南昌大学信号与系统实验课程7连续时间系统的模拟.docVIP

南昌大学实验报告学生姓名： 学 号： 班级： 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 2011-04-23 实验成绩： 硬件实验三：连续时间系统的模拟(一)实验目的1，掌握学习根据给定的连续系统的传输函数，用基本运算单元组成模拟装置。(二)实验原理1,线性系统的模拟 系统的模拟就是用基本运算单元组成的模拟装置来模拟实际的系统。这些实际的系统可以是电的或者非电的物理量系统，也可以是社会、经济和军事等非物理量系统。模拟装置可以与实际系统的内容完全不同，但是两者之间的微分方程完全相同，输入输出关系即传输函数也完全相同。模拟装置的激励和响应是电物理量，而实际系统的激励和响应不一定是电物理量，但它们之间的关系是一一对应的。所以，可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统，最终达到在一定条件下确定最佳参数的目的。对于那些用数学手段较难处理的高阶系统来说，系统模拟就更为有效。2,传输函数的模拟若已知实际系统的传输函数为：H(s)=Y(s)/F(s)=(a0*sn+a1*s(n-1)+.+an)/(sn+b1*s(n-1)+.+bn)分子、分母同乘以s(-n)得到：H(s)=Y(s)/F(s)=(a0+a1*s(-1)+.+an*s(-n)/(1+b1*s(-1)+.+bn*s(-n)式中P(s(-1)和Q(s(-1)分别代表分子、分母的s负幂次方多项式。因此：Y(s)=P(s(-1)*F(s)/Q(s(-1)若X=F(s)/Q(s(-1)，则F(s)=XQ(s(-1)=X+b1*s(-1)X+.+bn*s(-n)XX=F(s)-b1*s(-1)X+.+bn*s(-n)XY(s)=P(s(-1)X=a0X+a1*s(-1)X+.+an*s(-n)X根据X的表达式可以画出模拟框图。在该图的基础上画出系统的模拟框图。在 南昌大学实验报告学生姓名： 学 号： 班级： 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 2011-04-23 实验成绩： 连接模拟电路时，s(-1)用积分器，-b1、-b2、-b3以及a0、a1、a2均用标量乘法器，负号可用倒相器，求和用加法器。从而画出系统的方框图求解。(3) 实验预习内容及个人见解1,RC低通电路的系统函数如下：H(s)=(a2)/(s2+3*a*s+a2)其中a=1/RC,值为4170。用基本运算单元模拟图画出RC低通电路的传输特性。在运算单元连接方式中，反相积分器的时间常数为0.24ms，实验时分别测量RC电路及其模拟装置的幅频特性，并比较两者是否一致。Simulink系统框图如下：正弦： 南昌大学实验报告学生姓名： 学 号： 班级： 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 2011-04-23 实验成绩： 产生的图形：方波： 南昌大学实验报告学生姓名： 学 号： 班级： 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 2011-04-23 实验成绩： 产生图形如下：实验测量过程的中使用RC电阻电容连接的电路得到实验数据如下：Vi(V)555555555555f(Hz)100200300400460480500520550580600700Vo(V)4.242.882.161.681.521.361.321.281.241.161.120.96f(Hz)8009001K10K100K500KVo(V)0.80.640.60.080.080.08 南昌大学实验报告学生姓名： 学 号： 班级： 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 2011-04-23 实验成绩： 整理实验数据，并以log f为横坐标，Vo/Vi为纵坐标，绘制滤波器的幅频特性曲线。再以log f为横坐标，（）为纵坐标，绘制滤波器的相频特性曲线。RC低通滤波器幅频响应曲线图如下：同上所示是实际电容电阻的连接，而下进行使用LM324芯片连接电路图，信号发生器分别输入正弦波等信号，示波器得到相应的波形及记录幅频特性曲线数据值，然后进行对比。但是在实际连接中会出现很多问题，这也是这次实验最难的地方，我们可以发现很多时候即使是你连接正确好线路，也还是不能得到正确的波形，或者说是根本就连波形都无法出现。这会让人很头疼。于是需要使用万用表来测量电路的正确性。一步步地从一级检测，二级检测还有反馈的检测，配合示波器不断调节，便可得到良好的波形。其实我这次实验中还是没有很好的解决加芯片的电路连接，总是不能很好的解决问题，一直到实验结束很久后留在实验室里，通过同学的帮忙，很好的解决了这个问题。然后便是记录数据，这次的不同于之前的实际器件连接，所以最好是得到比较多的实验数据才能够更好地得到波形图。那么接着是软件方面，正如同上面所示，使用matlab绘制系统框图求得波形，得到理论值再进行对比。其实在网上还是能够查询到直接通过matlab函数编辑来绘制幅频特性曲线图等一系列图形。我认为同样可以使用这种方法进行理论的求取。如下便是使用芯片连接后测量的数据值： 南昌大学实验报告学生姓名： 学 号： 班级： 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 2011-05-16 实验成绩： Vi(V)555555555555f(Hz)105060708090100120140160180200Vo(V)554.964.884.764.564.444.083.83.523.243.08f(Hz)240260280300320340360380400450480500Vo(V)2.682.62.42.22.122.041.961.881.721.561.441.4f(Hz)520550560580600620640660700720750780Vo(V)1.361.321.281.241.161.151.121.0410.960.920.88f(Hz)8008609009501K2K3K4K5KVo(V)0.840.80.760.720.640.240.160.120.08整理实验数据，并以log f为横坐标，Vo/Vi为纵坐标，绘制滤波器的幅频特性曲线。再以log f为横坐标，（）为纵坐标，绘制滤波器的相频特性曲线。RC低通滤波器幅频响应曲线图如下： 南昌大学实验报告学生姓名： 学 号： 班级： 实验类型： 验证 综合 设计 创新 实验日期： 2011-04-23 实验成绩： 我们可以对比一下两张图的区别便可得知：使用芯片能够更好地显示出RC滤波器频谱特性曲线的特点，曲线也更加平滑。(五)实验的学习与感想这次的硬件实验中，在保证板上电阻、电容连接正确之后，信号发生器输入正弦信号后，示波器引出相应的波形，从而调节示波器读取实验数据，在滤波器幅频特性实验时要注意临界值附近的频率测量多次，以达到更好的效果，这样能够得到更好的幅频特性曲线，从而与理论情况相比较。就RC高通滤波器而言，达到