離散時(shí)間系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

1、目 錄1 引言. .12虛擬儀器開發(fā)軟件labview8.2入門. . .32.1 labview介紹. . . .32.2利用labview編程完成習(xí)題設(shè)計(jì). . . . . .43 利用labview 實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析. . . .233.1離散時(shí)間系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析的基本原理. . .2332離散時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性的編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn). . . . .243.3運(yùn)行結(jié)果及分析. . .254結(jié)論. . . .275參考文獻(xiàn). . .271.引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子、電力電子、電氣設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，它們?cè)谶\(yùn)行中產(chǎn)生的高密度、寬頻譜的電磁信號(hào)充滿整個(gè)空間，形成復(fù)雜的電磁環(huán)境。

2、復(fù)雜的電磁環(huán)境要求電子設(shè)備及電源具有更高的電磁兼容性。于是抑制電磁干擾的技術(shù)也越來越受到重視。接地、屏蔽和濾波是抑制電磁干擾的三大措施，下面主要介紹在電源中使用的emi濾波器及其基本原理和正確應(yīng)用方法。 電子設(shè)備的供電電源，如220v/50hz交流電網(wǎng)或115v/400hz交流發(fā)電機(jī)，都存在各式各樣的emi噪聲，其中人為的emi干擾源，如各種雷達(dá)、導(dǎo)航、通信等設(shè)備的無線電發(fā)射信號(hào)，會(huì)在電源線上和電子設(shè)備的連接電纜上感應(yīng)出電磁干擾信號(hào)，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械和點(diǎn)火系統(tǒng)，會(huì)在感性負(fù)載電路內(nèi)產(chǎn)生瞬態(tài)過程和輻射噪聲干擾；還有自然干擾源，比如雷電放電現(xiàn)象和宇宙中天電干擾噪聲，前者的持續(xù)時(shí)間短但能量很大，后者的頻率

3、范圍很寬。另外電子電路元器件本身工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱噪聲等。這些電磁干擾噪聲，通過輻射和傳導(dǎo)耦合的方式，會(huì)影響在此環(huán)境中運(yùn)行的各種電子設(shè)備的正常工作。另一方面，電子設(shè)備在工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生各種各樣的電磁干擾噪聲。比如數(shù)字電路是采用脈沖信號(hào)（方波）來表示邏輯關(guān)系的，對(duì)其脈沖波形進(jìn)行付里葉分析可知，其諧波頻譜范圍很寬。另外在數(shù)字電路中還有多種重復(fù)頻率的脈沖串，這些脈沖串包含的諧波更豐富，頻譜更寬，產(chǎn)生的電磁干擾噪聲也更復(fù)雜。 各類穩(wěn)壓電源本身也是一種電磁干擾源。在線性穩(wěn)壓電源中，因整流而形成的單向脈動(dòng)電流也會(huì)引起電磁干擾；開關(guān)電源具有體積小，效率高的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代電子設(shè)備中應(yīng)用越來越廣泛，但是因?yàn)樗诠β首?/p>

4、換時(shí)處于開關(guān)狀態(tài)，本身就是很強(qiáng)的emi噪聲源，其產(chǎn)生的emi噪聲既有很寬的頻率范圍，又有很高的強(qiáng)度。這些電磁干擾噪聲也同樣通過輻射和傳導(dǎo)的方式污染電磁環(huán)境，從而影響其它電子設(shè)備的正常工作。 2虛擬儀器開發(fā)軟件labview8.2入門2.1 labview介紹labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，labview 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定vi及函數(shù)的執(zhí)行順序。vi指虛擬儀器，是

5、labview的程序模塊。 labview 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 labview中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱g代碼。labview 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。 labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。labview集成了與滿足

6、gpib、vxi、rs-232 和 rs-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用tcp/ip、activex 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。 圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為 “g” 語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，labview 是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、

7、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。 2.2 利用labview編程完成習(xí)題設(shè)計(jì)2.2.1習(xí)題2.1 寫一個(gè)類似于左圖的正弦波發(fā)生器，要求頻率和幅度可調(diào)2.2.2習(xí)題3.1新建一個(gè)vi，進(jìn)行如下練習(xí)：任意放置幾個(gè)控件在前面板，改變它們的位置、名稱、大小、顏色等等。在vi前面板和后面板之間進(jìn)行切換，并排排列前面板和后面板窗口2.2.3習(xí)題3.2 編寫一個(gè)vi求三個(gè)數(shù)的平均值，如右圖所示。要求對(duì)三個(gè)輸入控件等間隔并右對(duì)齊，對(duì)應(yīng)的程序框圖控件對(duì)象也要求如此對(duì)齊。添加注釋，分別用普通方式和高亮方式運(yùn)行程序，體會(huì)數(shù)據(jù)流向。單步執(zhí)行一遍2.2.4習(xí)題4.1寫一個(gè)vi判斷兩個(gè)數(shù)的大小，如右圖所示：當(dāng)

8、a>b時(shí)，指示燈亮2.2.5 習(xí)題4.2寫一個(gè)vi獲取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，并將其轉(zhuǎn)換為字符串和浮點(diǎn)數(shù)。這在實(shí)際編程中會(huì)經(jīng)常遇到。2.2.6 習(xí)題4.3寫一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)器，如右圖所示，當(dāng)溫度超過報(bào)警上限，而且開啟報(bào)警時(shí)，報(bào)警燈點(diǎn)亮。溫度值可以由隨即數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。2.2.7 習(xí)題4.5給定任意x, 求如下表達(dá)式的值2.2.8習(xí)題5.1利用順序結(jié)構(gòu)和timing面板下的tick count vi，計(jì)算for循環(huán)產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度為20000點(diǎn)的隨機(jī)波形所需的時(shí)間。2.2.9習(xí)題5.2為第4章習(xí)題4添加一個(gè)while循環(huán)和定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的溫度采集監(jiān)測(cè)2.2.10習(xí)題5.3計(jì)算學(xué)生三門課（語(yǔ)文，數(shù)學(xué)，英語(yǔ)）的

9、平均分，并根據(jù)平均分劃分成績(jī)等級(jí)。要求輸出等級(jí)a,b,c,d,e。90分以上為a，8089為b，7079為c，6069為d，60分以下為e。2.2.11習(xí)題6.1為第5章的習(xí)題2連續(xù)溫度采集監(jiān)測(cè)添加報(bào)警信息，如下圖所示，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)輸出報(bào)警信息，例如“溫度超限！當(dāng)前溫度78.23”，正常情況下輸出空字符串。2.2.12習(xí)題6.2將一些字符串和數(shù)值轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的輸出字符串，輸出的字符串gpib命令字符串，他可以用來與串口儀器進(jìn)行通信，如圖2.2.13習(xí)題6.3用for循環(huán)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組，并用圖形顯示輸出的數(shù)組。如下圖所示：2.2.14習(xí)題6.4利用簇模擬汽車控制，如右圖所示，控制面板可以對(duì)顯示面板

10、中的參量進(jìn)行控制。油門控制轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速油門*100，檔位控制時(shí)速,時(shí)速檔位*40，油量隨vi運(yùn)行時(shí)間減少。2.2.15習(xí)題7.1利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器仿真一個(gè)0到5v的采樣信號(hào)，每200ms采一個(gè)點(diǎn)，利用實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線實(shí)時(shí)顯示采樣結(jié)果。2.2.16習(xí)題7.2在習(xí)題1的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號(hào)采集，此路電壓信號(hào)的范圍為5到10v。2.2.17習(xí)題7.3利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器仿真一個(gè)0到5v的采樣信號(hào)，每200ms采一個(gè)點(diǎn)，共采集50個(gè)點(diǎn)，采集完后一次性顯示在waveform graph上。2.2.18習(xí)題7.4在習(xí)題3的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號(hào)采集，此路電壓信號(hào)的范圍為5到10v，采樣間隔是50ms，共采100

11、個(gè)點(diǎn)。采樣完成后，將兩路采樣信號(hào)顯示在同一個(gè)waveform graph中。3利用labview 實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的設(shè)計(jì)3.1離散時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本原理一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)在時(shí)域中可以用線性常系數(shù)差分方程來描述。此差分方程的一般形式為 若x(n)是因果序列，且系統(tǒng)處于零狀態(tài)，此時(shí)，由上式的z變換得到：y(z)· = x(z)· 于是： h(z) = =離散時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性分析設(shè)離散時(shí)間系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)h(z)=b(z)/a(z)，其中a(z)= b(z)= 規(guī)定b0=1使a(z)=0的點(diǎn)為系統(tǒng)的極點(diǎn)。當(dāng)極點(diǎn)全部位于單位圓內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定。反之，則系統(tǒng)不穩(wěn)定。利用labv

12、iew的解方程控件求出a(z)=0這個(gè)方程的根，即求出了系統(tǒng)的極點(diǎn)。判斷極點(diǎn)的絕對(duì)值是否小于1。若小于1，則系統(tǒng)穩(wěn)定；反之，系統(tǒng)不穩(wěn)定。調(diào)節(jié)參數(shù)a(z)和b(z)，觀察系統(tǒng)的穩(wěn)定性變化并進(jìn)行分析。參數(shù)b(z)對(duì)穩(wěn)定性有無影響？32離散時(shí)間系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的編程設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)首先在labview軟件下的前面板設(shè)計(jì)一個(gè)顯示器，用來顯示零極點(diǎn)的分布；左邊放置兩個(gè)數(shù)組控件，用來做輸入端；同時(shí)下端有個(gè)led燈，綠色代表穩(wěn)定系統(tǒng)，紅色代表系統(tǒng)不穩(wěn)定； 前面板 后面板3.3運(yùn)行結(jié)果及分析運(yùn)行結(jié)果一：分析：系統(tǒng)有極點(diǎn)不在圓內(nèi)，故系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行結(jié)果二：分析：因?yàn)榱銟O點(diǎn)全在單位圓內(nèi)，故系統(tǒng)穩(wěn)定4結(jié)論對(duì)我來說本次實(shí)驗(yàn)最難的地方就是怎么產(chǎn)生兩個(gè)方波序列，經(jīng)過查閱大量labview資料，我知道了怎么產(chǎn)生噪聲。其次比較困難的地方是怎么進(jìn)行演示過程，其實(shí)產(chǎn)生演示過程最主要是把移位過程分為三步，獨(dú)立考慮每一步是怎么進(jìn)行的，最后讓波形連續(xù)的移動(dòng)并顯示在波形圖中。此次實(shí)驗(yàn)對(duì)我來說特別有意義，讓我對(duì)labview的學(xué)習(xí)更加感興趣，雖然課設(shè)設(shè)計(jì)的不是太完美，但是通過自己的努力和老師