信號(hào)課程設(shè)計(jì)題目

1、信號(hào)課程設(shè)計(jì)題目與內(nèi)容一 信號(hào)發(fā)生器目的： 1 學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2 掌握常用基本信號(hào)的波形、產(chǎn)生和應(yīng)用。3 設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器內(nèi)容： 1 常用信號(hào)發(fā)生器2 任意波形發(fā)生器3 多諧波發(fā)生器4 噪聲發(fā)生器原理： 常用信號(hào)、任意波形信號(hào)、多諧波信號(hào)和噪聲信號(hào)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的必用的信號(hào)。常用信號(hào)是根據(jù)其函數(shù)表達(dá)式，利用LabVIEW控件產(chǎn)生的。任意波形是根據(jù)線性插值產(chǎn)生的。多諧波信號(hào)和噪聲信號(hào)是利用LabVIEW的控件產(chǎn)生的。 在LabVIEW中用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)實(shí)際上相當(dāng)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了一個(gè)信號(hào)發(fā)生器的功能。設(shè)計(jì)示例：1 常用信號(hào)發(fā)生器圖1 常用信號(hào)發(fā)生器界面。 常用信號(hào)發(fā)生器包括

2、連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)兩部分。每部分包括抽樣信號(hào)、正弦信號(hào)、符號(hào)函數(shù)、單位沖激信號(hào)、矩形脈沖、單位階躍信號(hào)、延時(shí)的單位階躍、三角形脈沖信號(hào)、截平的斜變信號(hào)、單位斜變信號(hào)、延遲的斜變信號(hào)、單邊指數(shù)衰減信號(hào)、指數(shù)信號(hào)。調(diào)整參數(shù)，觀察信號(hào)波形的變化。用LabVIEW語(yǔ)言編寫(xiě)程序。2 任意波形發(fā)生器圖2 任意波形發(fā)生器界面 產(chǎn)生任意波形信號(hào)。輸入選擇“重新設(shè)置初值”為“ON”，在“Wave Table”中輸入信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的樣點(diǎn)值，可用LabVIEW定位工具任意調(diào)整數(shù)組的長(zhǎng)度。選擇“采樣點(diǎn)數(shù)”、“幅值”、“采樣頻率”、“采樣率”，之后選擇“重新設(shè)置初值”為“OFF”，即可按上述設(shè)置產(chǎn)生任意波形信

3、號(hào)。3 多諧波發(fā)生器可產(chǎn)生多諧波。即任意多個(gè)正弦波的合成波。每個(gè)正弦波的頻率和幅值可調(diào)。調(diào)整面板上的“各諧波頻率”、“各諧波幅值”、“各諧波相位”、“采樣信息”，即可按設(shè)置產(chǎn)生所希望的多諧波。在教科書(shū)“周期信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)”中，我們知道，方波是由余弦波及其各次諧波合成的。在此，要求輸入“各諧波頻率”、“各諧波幅值”、“各諧波相位”，產(chǎn)生一個(gè)周期方波。圖3 多諧波發(fā)生器界面二 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域分析目的： 1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、給出連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的的微分方程和初始條件，通過(guò)時(shí)域方法解微分方程求系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)。3、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)域

4、分析處理內(nèi)容：求輸入系數(shù)后所構(gòu)成的微分方程的零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)。原理：1 求零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng)是沒(méi)有外加激勵(lì)信號(hào)的作用，只有起始狀態(tài)(起始時(shí)刻系統(tǒng)儲(chǔ)能)所產(chǎn)生的響應(yīng)。記為r zi(t)。它是滿足方程及起始狀態(tài)r(k)(0-)(k=0,1,.n-1) 的解。它是微分方程的齊次解。由于沒(méi)有外界激勵(lì)作用，因而系統(tǒng)的起始狀態(tài)不會(huì)發(fā)生跳變，亦即r(k)(0+)= r(k)(0-),所以rzi (t) 中的常數(shù)Azik可以由r(k)(0-)確定。2 求零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)是不考慮起始系統(tǒng)儲(chǔ)能的作用（設(shè)起始狀態(tài)等于零），由系統(tǒng)的外加激勵(lì)信號(hào)所產(chǎn)生的響應(yīng)，記為r zs(t)。它滿足方程及起始狀

5、態(tài)r(k) (0-)(k=0,1,.n-1)，其形式為其中B(t)是特解?？梢?jiàn)零狀態(tài)響應(yīng)在激勵(lì)信號(hào)作用下，它的響應(yīng)有自由響應(yīng)部分及強(qiáng)迫響應(yīng)部分B(t)兩部分構(gòu)成。3 系統(tǒng)全響應(yīng)系統(tǒng)全響應(yīng)的表示式如下：設(shè)計(jì)示例：連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析的前面板. 選擇激勵(lì)，調(diào)節(jié)激勵(lì)、系統(tǒng)方程和初始值等有關(guān)參數(shù)，來(lái)觀察他們構(gòu)成的系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的波形顯示。系統(tǒng)方程同時(shí)也顯示在前面板上。如果想查看零輸入響應(yīng)方程或零狀態(tài)響應(yīng)方程，就可以按下相應(yīng)鍵來(lái)彈出它們的對(duì)話框查看。圖4 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析的前面板三 離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析目的： 1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、時(shí)域分析離散時(shí)間系統(tǒng)在

6、給定激勵(lì)下的響應(yīng)。3、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析處理 內(nèi)容： 解差分方程，求零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)。要求差分方程系數(shù)可在前面板輸入。原理： 零輸入下的差分方程為齊次差分方程，一般表達(dá)式表示為和求齊次微分方程類似，先假設(shè)一個(gè)如下形式的解：y(n)=Crn其中C、r 都是與n無(wú)關(guān)的參量。將此解代入（21）式可得將滿足(2-1)式，故（22）式稱為（21）式的特征方程，特征方程的N個(gè)根r1,r2,rN稱為差分方程的特征根。由于特征方程根的類型不同，使得各個(gè)解y(n)也將采取不同形式，歸納如下：(1) 對(duì)每一個(gè)單實(shí)根r ，其解的函數(shù)為Cn1。(2) 對(duì)m重的實(shí)根r ,其解為m

7、個(gè)函數(shù)之和(3) 對(duì)于每一對(duì)復(fù)根a±jb，其解為兩個(gè)函數(shù)之和(4) 對(duì)m重的一對(duì)復(fù)根a±jb，其解為m對(duì)函數(shù)之和 如下式方程：解題的方法是先求齊次解（即齊次方程之解），然后求特解，即求任何一個(gè)能滿足上式的y(n) 函數(shù)。齊次解求法已討論過(guò)了，為了求特解，先將輸入函數(shù)x(n)代入方程式右端（稱為自由項(xiàng)），觀察自由項(xiàng)的函數(shù)形式來(lái)選擇含有待定系數(shù)的特解函數(shù)式，將此特解函數(shù)代入方程后，再求待定系數(shù)。最后，齊次解與特解之和即為完全解。設(shè)計(jì)示例：離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析主面板。選擇激勵(lì)，調(diào)節(jié)激勵(lì)、系統(tǒng)方程和初始值等有關(guān)參數(shù)，來(lái)觀察他們構(gòu)成的系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和完全響應(yīng)的波形顯示。

8、系統(tǒng)方程同時(shí)也顯示在前面板上。如果想查看零輸入響應(yīng)方程或零狀態(tài)響應(yīng)方程，就可以按下“零輸入響應(yīng)方程”或“零狀態(tài)響應(yīng)方程”鍵 圖5 離散時(shí)間系統(tǒng)時(shí)域分析主面板四 信號(hào)的頻譜分析目的： 1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、掌握周期信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)和非周期信號(hào)的傅立葉變換。3、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜分析處理內(nèi)容： 1.對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，并計(jì)算傅氏級(jí)數(shù)的系數(shù)，即周期信號(hào)各次諧波的振幅和相位。 2.對(duì)非周期信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。 3.掌握頻率歸一化問(wèn)題。利用傅立葉變換進(jìn)行頻譜分析原理：1. 周期信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)分析傅立葉變換是在傅立葉級(jí)數(shù)正交函數(shù)展開(kāi)的基礎(chǔ)上發(fā)展而產(chǎn)生的，也稱傅

9、立葉分析。按照傅立葉級(jí)數(shù)的定義，周期函數(shù)f(t)可由三角函數(shù)的線性組合來(lái)表示。傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)表達(dá)式為： 周期信號(hào)被分解成直流分量及許多正弦、余弦分量。這些正弦、余弦分量的頻率必定是基頻f1(f1=1/T1)的整數(shù)倍。 通常把頻率為f1的分量稱為基波，頻率為2 f1、3 f1等稱為二次諧波、三次諧波等。顯然直流分量的大小以及基波與各次諧波的幅度、相位取決于周期信號(hào)的波形。一般來(lái)說(shuō)，任意周期函數(shù)表示為傅立葉級(jí)數(shù)時(shí)需要無(wú)限多項(xiàng)才能完全逼近原函數(shù)。2. 非周期信號(hào)的傅立葉分析 傅立葉正變換：傅立葉逆變換： 而 其中|F(w) |是F(w)的模,它代表信號(hào)中各頻率分量的大小。是F(w)的相位函數(shù),它表示

10、信號(hào)中各頻率分量之間的相位關(guān)系。3. 頻率歸一化 歸一化頻率（單位周期數(shù)/采樣數(shù)），計(jì)算公式為 f=模擬頻率/采樣頻率。 采樣頻率的單位為每秒采樣數(shù)。歸一化頻率假設(shè)從0到1.0的范圍與從0到fs的采樣頻率這一范圍相對(duì)應(yīng)。設(shè)計(jì)示例：周期與非周期信號(hào)的頻譜分析面板。圖6周期與非周期信號(hào)的頻譜分析面板周期信號(hào)虛擬頻譜演示儀，要求學(xué)生編程分別產(chǎn)生周期方波、三角波、鋸齒波信號(hào)并用FFT控件分析方波頻譜。 “期望達(dá)到的波形”是由LabVIEW信號(hào)產(chǎn)生控件產(chǎn)生的，通過(guò)調(diào)整“采樣點(diǎn)數(shù)”，“幅值”，“頻率”來(lái)改變波形參數(shù)?！隘B加后的波形”是根據(jù)周期信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)，通過(guò)各次諧波的疊加產(chǎn)生的?！隘B加次數(shù)的選擇”用

11、來(lái)選擇疊加次數(shù)?！案鞔沃C波的波形”中用不同顏色顯示各次諧波，各次諧波的疊加就是“疊加后的波形”中顯示的波形。 可見(jiàn)，任一周期信號(hào)可由三角函數(shù)信號(hào)疊加產(chǎn)生。換言之，任一周期信號(hào)可分解為各次諧波的三角函數(shù)信號(hào)，即基波及各次諧波。而基波及各次諧波就表示該信號(hào)的頻譜?？梢?jiàn)，時(shí)域信號(hào)與其頻譜是一一對(duì)應(yīng)的，信號(hào)頻譜是信號(hào)的另一種表示方法。得到信號(hào)的頻譜，就可以恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域波形。因此，分析和處理信號(hào)不僅僅在時(shí)域，在頻域同樣可以。信號(hào)的頻譜分析廣泛應(yīng)用于通信、檢測(cè)等各領(lǐng)域，具有廣泛和深遠(yuǎn)的意義。五 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的抽樣及頻譜分析目的：1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、掌握抽樣定理內(nèi)容。3、設(shè)計(jì)相應(yīng)的

12、虛擬儀器實(shí)現(xiàn)信號(hào)連續(xù)時(shí)間信號(hào)的抽樣及頻譜分析處理內(nèi)容：對(duì)指數(shù)衰減震蕩信號(hào)進(jìn)行周期矩形脈沖抽樣，驗(yàn)證抽樣定理。原理：時(shí)域抽樣定理： 一個(gè)頻帶受限信號(hào)f(t)，如果頻譜只占據(jù)-WM+WM的范圍，則信號(hào)可以用等間隔的抽樣值唯一地表示。而抽樣間隔必須不大于（其中），或者說(shuō)，最低抽樣頻率為。設(shè)計(jì)示例：連續(xù)時(shí)間信號(hào)的抽樣及頻譜分析主面板。圖7 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的抽樣及頻譜分析主面板面板中“信號(hào)時(shí)域波形”中顯示的是一個(gè)指數(shù)衰減震蕩信號(hào)，表達(dá)式為： 其中：A為信號(hào)幅度，為指數(shù)衰減系數(shù)，W為信號(hào)頻率，為信號(hào)初相。面板上“檢測(cè)到的信號(hào)頻率”是通過(guò)LabVIEW的控件檢測(cè)的。面板上“抽樣信號(hào)時(shí)域波形”顯示的是周期矩形抽

13、樣信號(hào)?？赏ㄟ^(guò)左側(cè)面板的“抽樣信號(hào)頻率”、“抽樣信號(hào)相位”、“抽樣信號(hào)采樣率”來(lái)調(diào)整其參數(shù)。面板上的“檢測(cè)到的抽樣信號(hào)頻率”也是通過(guò)LabVIEW的控件檢測(cè)的。面板右側(cè)的“原信號(hào)頻譜”、“抽樣信號(hào)頻譜”、“抽樣后信號(hào)的頻譜”都是將各自信號(hào)通過(guò)LabVIEW的FFT控件產(chǎn)生的。觀察它們是否同課堂講授的理論相同，調(diào)整參數(shù)觀察頻譜的變化。調(diào)整輸入信號(hào)頻率和采樣頻率，使之出現(xiàn)滿足抽樣定理和不滿足抽樣定理的兩種情況，觀察結(jié)果并分析原因。六 卷積積分與離散卷積目的： 1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、掌握卷積的基本概念及解法。3、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)信號(hào)卷積積分與離散卷積的處理內(nèi)容：求連續(xù)時(shí)間

14、信號(hào)的卷積和離散時(shí)間信號(hào)的卷積。原理：1 連續(xù)時(shí)間信號(hào)的卷積卷積定理即對(duì)于任意兩個(gè)信號(hào)f1(t)和f2(t)做卷積運(yùn)算，定義為 卷積定理滿足交換率在求連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的現(xiàn)代解法中就用到卷積定理：設(shè)系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)為e(t),沖激響應(yīng)為h(t),則系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)為 對(duì)信號(hào)做卷積積分運(yùn)算的五個(gè)步驟：(1) 改換圖形中的橫坐標(biāo)，由t改為，變成函數(shù)的自變量；(2) 把其中的一個(gè)信號(hào)反褶；(3) 把反褶的信號(hào)做位移，移位量是t,這樣t是一個(gè)參變量。在坐標(biāo)系中，t>0圖形右移；t<0圖形左移；(4) 兩信號(hào)重疊部分相乘e()h(t-)；(5) 完成相乘后圖形的積分。2 離散時(shí)間信號(hào)的卷積上式稱為“

15、卷積和”(或仍稱為卷積)。它表征了系統(tǒng)響應(yīng)y(n)是x(n)與h(n)的卷積，用簡(jiǎn)化符號(hào)記為y(n)=x(n)*h(x) 得： 這表明,兩序列進(jìn)行卷積的次序是無(wú)關(guān)緊要的,可以互換。設(shè)計(jì)示例： 1、卷積積分界面。圖8 卷積積分界面觀察給定連續(xù)時(shí)間信號(hào)的的反褶、移位、求積分的過(guò)程。其中“移位t”顯示移位的范圍，“卷積積分表達(dá)式”顯示了積分的結(jié)果?！耙莆贿^(guò)程”和“卷積積分結(jié)果”兩個(gè)示波器隨著它們的變化動(dòng)態(tài)顯示波形變化。2、離散卷積（函數(shù)序列）界面。首先可以調(diào)節(jié)“指數(shù)a”和“矩形寬N值”來(lái)確定您要進(jìn)行卷積的兩波形。然后按下“演示”按鈕就可以觀察給定離散時(shí)間信號(hào)的的反褶、移位、求積分的過(guò)程。其中“移位過(guò)

16、程”顯示移位的范圍，“y(n)”顯示了卷積后的結(jié)果。示波器“移位過(guò)程”隨著它們的變化動(dòng)態(tài)顯示波形變化。圖9離散卷積（函數(shù)序列）界面3、 離散卷積（離散點(diǎn)）可觀察到這兩個(gè)信號(hào)的移位、反褶、相乘、相加的過(guò)程。“卷積結(jié)果”隨著“中間過(guò)程波形”的變化同步變化。在這里您可以任意輸入卷積的兩序列樣點(diǎn)個(gè)數(shù)和他們的各元素值，進(jìn)行其卷積運(yùn)算。圖10離散卷積（離散點(diǎn)）界面七 快速傅立葉變換目的： 1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、掌握DFT和FFT算法原理及應(yīng)用熟悉。3、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)信號(hào)DFT和FFT的處理 內(nèi)容： 1 進(jìn)一步加深DFT算法原理和基本性質(zhì)的理解2 熟悉FFT算法原理和FFT子程

17、序的應(yīng)用。3 學(xué)習(xí)用FFT對(duì)連續(xù)信號(hào)和時(shí)域離散信號(hào)進(jìn)行譜分析的方法。設(shè)計(jì)示例：快速傅立葉變換主面板。圖11 快速傅立葉變換主面板設(shè)定輸入序列參數(shù)。在“樣點(diǎn)個(gè)數(shù)”中輸入序列長(zhǎng)度（為2的冪次），在“各樣點(diǎn)值”中輸入序列。觀看“倒序后的各樣點(diǎn)值”和“FFT結(jié)果”，同您計(jì)算的值比較，是否相同？思考FFT結(jié)果說(shuō)明什么意義？求多諧波信號(hào)的頻譜要求：1. 用多諧波節(jié)點(diǎn)控件產(chǎn)生多諧波，調(diào)節(jié)其頻率和幅值，并顯示輸入信號(hào)波形。 2用LabVIEW的FFT控件求多諧波的頻譜，顯示頻譜圖及FFT后的數(shù)組，并驗(yàn)證求得的頻譜值是否對(duì)應(yīng)信號(hào)頻譜值。 3編寫(xiě)程序，并寫(xiě)出驗(yàn)證結(jié)論。 八 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)目的：1、學(xué)習(xí)LabVIE

18、W的基本知識(shí)及操作。2、掌握FIR和IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)3、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)FIR和IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)內(nèi)容：1 FIR濾波器的設(shè)計(jì)2 IIR濾波器的設(shè)計(jì)原理： 數(shù)字濾波器的作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選,只讓特定頻段的信號(hào)通過(guò).經(jīng)典濾波器假定輸入信號(hào)x(t)中的有用成分和噪聲成分各占不同的頻帶,通過(guò)濾波器后,可將噪聲成分有效濾去. FIR濾波器設(shè)計(jì) 1. 設(shè)h(n), n=0,1,2,.是濾波器的沖激響應(yīng).一個(gè)線性時(shí)不變因果(所謂因果性是指系統(tǒng)的輸出僅取決于過(guò)去和現(xiàn)在的輸入)濾波器若對(duì)所有nN(N為有限正整數(shù)),有h(n)=0,則稱其為有限沖激響應(yīng)濾波器(finite impulse res

19、ponse,FIR),否則稱之為無(wú)限沖激響應(yīng)濾波器(infinite impulse response, IIR).2. FIR濾波器的最大特點(diǎn)是其相頻特性可以設(shè)計(jì)成具有嚴(yán)格的線性,而其幅頻特性可以任意設(shè)計(jì), 排除了輸出波形相位失真的可能性. IIR濾波器的設(shè)計(jì)IIR濾波器的設(shè)計(jì)源于傳統(tǒng)的模擬濾波器設(shè)計(jì),可以通過(guò)低通模擬濾波器進(jìn)行模擬頻率變換得到IIR濾波器.常用IIR濾波器有巴特沃斯(Butterworth)濾波器、切比雪夫(Chebyshev)濾波器、切比雪夫型(Chebyshev )濾波器、 橢圓(Elliptic)濾波器和貝塞爾(Bessel)濾波器.各濾波器有各自的特點(diǎn),用途也不盡相

20、同. 濾波器的選擇選擇濾波器時(shí)要考慮應(yīng)用的需求,如是否要求線性的相頻響應(yīng),是否允許波紋存在,是否需要宰的過(guò)渡帶等.設(shè)計(jì)示例：1 FIR濾波器的設(shè)計(jì)圖12. FIR濾波器設(shè)計(jì)界面要求掌握用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的原理和方法.熟悉線性相位FIR數(shù)字濾波器特性.了解各種窗函數(shù)對(duì)濾波器特性的影響.1. 測(cè)試各種數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù).2. 比較各種窗函數(shù)對(duì)濾波器頻率響應(yīng)特性的影響.2 IIR濾波器的設(shè)計(jì)圖13 IIR濾波器設(shè)計(jì)界面要求：測(cè)試各種數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù).比較切比雪夫?yàn)V波器與巴特沃斯率波器及其他濾波器頻率響應(yīng)特性的不同.比較數(shù)字濾波器參數(shù)對(duì)濾波器頻率響應(yīng)特性的影響.九 網(wǎng)絡(luò)的頻響

21、特性目的：1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、求一階和二階網(wǎng)絡(luò)的頻響特性。3、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器顯示網(wǎng)絡(luò)的頻響特性曲線內(nèi)容：1. 一階網(wǎng)絡(luò)頻響特性分析 一階RC高通網(wǎng)絡(luò)頻響特性 一階RC低通網(wǎng)絡(luò)頻響特性2. 二階網(wǎng)絡(luò)頻響特性分析原理：所謂“頻響特性”是指系統(tǒng)在正弦信號(hào)激勵(lì)之下穩(wěn)態(tài)響應(yīng)隨信號(hào)頻率的變化情況。這包括幅度隨頻率的響應(yīng)以及相位隨頻率的響應(yīng)兩個(gè)方面，即幅頻特性和相頻特性。給定一階和二階系統(tǒng)，求出系統(tǒng)函數(shù)H(s),由 得到幅頻特性和相頻特性，當(dāng)在0之間變化時(shí)，就得到幅頻特性曲線和和相頻特性曲線。設(shè)計(jì)示例： 1 一階高通網(wǎng)絡(luò)頻響特性一階高通網(wǎng)絡(luò)頻響特性界面。圖14 一階高通網(wǎng)絡(luò)頻響特

22、性界面一階高通網(wǎng)絡(luò)頻響特性之“具體計(jì)算”界面。圖15 一階高通網(wǎng)絡(luò)頻響特性之“具體計(jì)算”界面一階高通網(wǎng)絡(luò)頻響特性界面上調(diào)整參數(shù)R、C的值，觀察幅頻特性和相頻特性波形的變化，及“具體計(jì)算”中參數(shù)的變化，說(shuō)明什么問(wèn)題？2 一階低通網(wǎng)絡(luò)頻響特性一階低通網(wǎng)絡(luò)頻響特性界面。調(diào)整面板上參數(shù)R、C的值，然后點(diǎn)擊“具體計(jì)算”，進(jìn)入圖3.44一階低通網(wǎng)絡(luò)頻響特性之“具體計(jì)算”界面。圖16 一階低通網(wǎng)絡(luò)頻響特性界面圖17 一階低通網(wǎng)絡(luò)頻響特性之“具體計(jì)算”界面3 二階網(wǎng)絡(luò)頻響特性二階網(wǎng)絡(luò)頻響特性界面。注意，由于二階網(wǎng)絡(luò)特性中，低頻截止頻率和高頻截止頻率相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，不能在同一坐標(biāo)系中顯示，因此用兩個(gè)示波器顯示。

23、圖18 二階網(wǎng)絡(luò)頻響特性界面十 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的變換域分析目的：1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、掌握連續(xù)系統(tǒng)頻域分析方法3、進(jìn)一步理解卷積定理4、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的變換域分析處理 內(nèi)容：1.按實(shí)驗(yàn)說(shuō)明進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)頻域分析實(shí)驗(yàn)2.記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果,寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告3.自己動(dòng)手設(shè)計(jì)，利用LabVIEW中信號(hào)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生激勵(lì)，利用公式節(jié)點(diǎn)控件產(chǎn)生系統(tǒng)，將信號(hào)和系統(tǒng)分別進(jìn)行傅立葉變換，將變換結(jié)果相乘后進(jìn)行傅立葉反變換，通過(guò)頻域方法得到系統(tǒng)的響應(yīng)。原理：設(shè)激勵(lì)為e(t)，系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)為h(t)，響應(yīng)為r(t)。則 r(t)= e(t) h(t) 設(shè)E(w)、H(w)、R(w)分別為

24、e(t)、h(t)、r(t)的傅立葉變換，則 R(w)= E(w) H(w) 設(shè)計(jì)示例：連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的變換域分析主面板。改變激勵(lì)信號(hào)和單位沖擊響應(yīng)的頻率,觀察頻譜變化。記錄輸入?yún)?shù)及各個(gè)波形，并對(duì)參數(shù)和波形進(jìn)行分析。利用LabVIEW中信號(hào)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生激勵(lì)，利用公式節(jié)點(diǎn)控件產(chǎn)生系統(tǒng)，將信號(hào)和系統(tǒng)分別進(jìn)行傅立葉變換，將變換結(jié)果相乘后進(jìn)行傅立葉反變換，通過(guò)頻域方法得到系統(tǒng)的響應(yīng)。同主面板上響應(yīng)波形是否相同？從而驗(yàn)證公式。圖19 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的變換域分析主面板十一 離散時(shí)間系統(tǒng)的變換域分析目的：1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、掌握離散時(shí)間系統(tǒng)Z域分析方法。3、z域求解離散時(shí)間系統(tǒng)零狀態(tài)響

25、應(yīng)4、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間系統(tǒng)的變換域分析處理 內(nèi)容：1. z域求解離散時(shí)間系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)。2. 按實(shí)驗(yàn)說(shuō)明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果,寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)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(lái)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) = =Y(z)= H(z)X(z)Y(z)的逆Z變換就是系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)。設(shè)計(jì)示例：離散時(shí)間系統(tǒng)的變換域分析主界面。在前面板中改變差分方程的系數(shù)和激勵(lì)系數(shù)，設(shè)置為使差分方程的根為兩個(gè)實(shí)根,兩重根和虛根三種情況，觀察波形變化

26、。記錄輸入?yún)?shù)及各個(gè)波形，并對(duì)參數(shù)和波形進(jìn)行分析。圖20離散時(shí)間系統(tǒng)的變換域分析主界面 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LabVIEW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(wú)影響？圖 21 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析界面十二 狀態(tài)方程的求解目的：1、學(xué)習(xí)LabV

27、IEW的基本知識(shí)及操作。2、掌握狀態(tài)方程的求解方法。3、設(shè)計(jì)相應(yīng)的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)方程的求解內(nèi)容：求解狀態(tài)方程原理：狀態(tài)變量表達(dá)式： 在時(shí)域求解方法中需要用到“矩陣指數(shù)”，先給出矩陣指數(shù)的定義和主要性質(zhì)，它的定義為 （1）式中A為k×k方陣，也是一個(gè)k×k方陣。它的主要性質(zhì)有： (2) (3) (4)下面對(duì)給定的狀態(tài)方程進(jìn)行時(shí)域求解，若已知 (5)并給出起始狀態(tài)矢量 （6） 對(duì)式(6)兩邊左乘，移項(xiàng)有 (7)化簡(jiǎn)得 (8)兩邊取積分，并考慮式（5）的起始條件，有 (9)對(duì)式（9）兩邊左乘，考慮到 (10)可得 (11)表示式（11），即為方程（5）的一般解。將此結(jié)果代入輸出

28、方程得到r(t) (12)無(wú)論狀態(tài)方程的解或輸出方程的解都由兩部分相加組成，第一部分輸入解，由引起，第二部分是零狀態(tài)解，由激勵(lì)信號(hào)e(t)引起。兩部分的變化規(guī)律的與矩陣有關(guān)，因此可以說(shuō)反映了系統(tǒng)狀態(tài)變化的本質(zhì)。稱為“狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣”(state transition maxtrix)。下面介紹如何從時(shí)域直接求的方法。雖然，的定義式（1）由無(wú)窮項(xiàng)相加構(gòu)成，但是按凱萊哈密頓定理可將它化為有限項(xiàng)之和。該定理指出，對(duì)于方陣A有如下特性： （jk） (13)也即，對(duì)于jk，可利用以下冪次的各項(xiàng)之和表示，式中b為各項(xiàng)系數(shù)。依次原理，將無(wú)窮項(xiàng)之和的表示式中高于k次的各項(xiàng)全部化為冪次的各項(xiàng)之和，經(jīng)整理后即可將化

29、為有限項(xiàng)之和 （14）式中各系數(shù)c都是時(shí)間t的函數(shù)。按照凱萊哈密頓定理，將矩陣A的特征值代入式（14）中的A之后，方程仍滿足平衡，利用這一關(guān)系可求得式（14）中的系數(shù)c,最后解出。具體計(jì)算步驟是先求矩陣A的特征值，然后將個(gè)特征值分別代入式（14）得到一組聯(lián)立方程，即可求出系數(shù)c。下面分兩種情況舉例說(shuō)明。第一種情況:A的特征值各不相同，分別為代入式（14）有 (15) 解式（15）的聯(lián)立方程求得，代入式（14）即可得 的表達(dá)式。第二種的情況:若A的特征根具有m階重根，則重根部分方程為 （16）其他非重根部分與式（15）相同處理，兩者聯(lián)立解得要求得系數(shù)。設(shè)計(jì)示例：用LabVIEW設(shè)計(jì)狀態(tài)變量方程的

30、求解是個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，下面我們只介紹k=2時(shí)，e(t)=u(t)的求解方法。求矩陣A的特征值圖22 求解實(shí)方陣的特征值和特征向量這里用到如圖22所示的節(jié)點(diǎn)，端口Input Matrix輸入2唯矩陣，這里輸入矩陣A；端口matrix type是指輸入矩陣的類型，0：一般形式 1:對(duì)稱形式；端口output option是指用此節(jié)點(diǎn)計(jì)算什么，0：特征值 1：特征值和特征向量。本例中選擇第0種情況，只求矩陣A的特征值。然后將A的特征值用數(shù)組索引節(jié)點(diǎn)索引出來(lái)，并用節(jié)點(diǎn)將特征值實(shí)虛部分開(kāi)，。判斷A的特征值是否相同，進(jìn)入case結(jié)構(gòu)，求出狀態(tài)變量的響應(yīng)曲線和輸出方程r(t)的響應(yīng)曲線。判斷A的特征值是否相

31、同，這里分3種情況:1)共軛復(fù)根2）相等實(shí)根3）不相等實(shí)根 此過(guò)程由一個(gè)大的case結(jié)構(gòu)嵌套一個(gè)小的case結(jié)構(gòu)完成。1)共軛復(fù)根當(dāng)a1I=-a2I0時(shí)，進(jìn)入case1結(jié)構(gòu)中的true循環(huán)。如圖23 圖 23 共軛復(fù)根時(shí)由式（15）得，由式（14）求出，然后由式（11）求出，由式（12）求出r(t),矩陣A、B、C、D的系數(shù)由前面板輸入。具體運(yùn)算由公式節(jié)點(diǎn)編出。下面介紹一下公式節(jié)點(diǎn)。對(duì)于復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理，變換形式多種多樣，LabVIEW不可能把所存的數(shù)學(xué)運(yùn)算和組合方式都形成圖標(biāo)。為了解決這一問(wèn)題，LabVIEW提供了一種專用于處理數(shù)學(xué)公式編程的特殊結(jié)構(gòu)形式，稱為公式節(jié)點(diǎn)。在公式節(jié)點(diǎn)框架內(nèi)，Lab

32、VIEW允許用戶像書(shū)寫(xiě)數(shù)學(xué)公式或方程式一樣直接編寫(xiě)數(shù)學(xué)處理節(jié)點(diǎn)，形式與標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言類似。2）相等實(shí)根當(dāng)a1I=a2I=0時(shí)，進(jìn)入case1結(jié)構(gòu)的false界面，然后進(jìn)行判斷，如果a1R=a2R,則進(jìn)入case2結(jié)構(gòu)的true循環(huán)。 圖 24 相等實(shí)根時(shí)首先由式（16）得，與共軛復(fù)根算法相同求出和r(t)。3）不相等實(shí)根當(dāng)a1Ra2R時(shí)，則進(jìn)入case2結(jié)構(gòu)的false循環(huán)。 圖25 不相等實(shí)根時(shí)由式（16）得， 同理求出和r(t)。因?yàn)長(zhǎng)abVIEW無(wú)法對(duì)變量進(jìn)行求值運(yùn)算，所以求解過(guò)程中含變量t的運(yùn)算，都要先將它們當(dāng)作常量代入公式推導(dǎo)到最后一步實(shí)現(xiàn)，在用積分公式節(jié)點(diǎn)對(duì)t進(jìn)行運(yùn)算。圖（26）為積分

33、公式節(jié)點(diǎn)。 圖26 積分公式節(jié)點(diǎn)start和end端口為積分區(qū)間，formula端口為輸入的公式。Integral of Y端口為積分結(jié)果。圖27 狀態(tài)方程的求解主面板十三、虛擬小波消噪儀的設(shè)計(jì)目的：1、學(xué)習(xí)LabVIEW的基本知識(shí)及操作。2、掌握小波消噪的方法3、設(shè)計(jì)虛擬小波消噪儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)小波消噪處理 內(nèi)容：1. 利用LabVIEW自己動(dòng)手設(shè)計(jì)2.記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果,寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告原理：1 小波多分辨率分析理論設(shè)()是平方可積函數(shù),記作()L (),()是基本小波函數(shù)。則W(,)= a>0=(),()(1) (1)被稱為()的連續(xù)小波變換。其中>0是尺度因子;是位移,其值可正可負(fù);符號(hào)

34、<>代表內(nèi)積:(),()=() (),上標(biāo)*代表取共軛; () = 。式(1)等效的頻域表示為WT（，） (2)從式(1)、式(2)可以看出,當(dāng)值小時(shí),時(shí)軸上觀察范圍小,而在頻域上相當(dāng)于在較高頻率作分辨率較高的分析;當(dāng)值較大時(shí),時(shí)軸上觀察范圍大,而在頻域上相當(dāng)于在較低頻率作分辨率較低的分析。但在各分析頻段內(nèi)分析的品質(zhì)因數(shù)卻保持不變。由粗及精對(duì)事物的逐級(jí)分析稱為多分辨率分析,它是小波變換聯(lián)系工程應(yīng)用的重要方法。在二分情況下,從平方可積的函數(shù)空間分解概念出發(fā),在小波變換與多分辨分析之間建立起聯(lián)系。把平方可積的函數(shù)()L ()看成是某一逐級(jí)逼近的極限情況,每級(jí)逼近都是用某一低通平滑函數(shù)(

35、)對(duì)()作平滑的結(jié)果,只是逐級(jí)逼近時(shí)平滑函數(shù)()也作逐級(jí)伸縮。這也就是用不同分辨率來(lái)逐級(jí)逼近待分析函數(shù)()。利用小波多分辨率分析對(duì)信號(hào)進(jìn)行消噪小波變換是線性變換,因此當(dāng)信號(hào)由原始信號(hào)和噪聲線性組合而成時(shí),信號(hào)的小波變換由原始信號(hào)的小波變換和噪聲的小波變換相加組成。如果噪聲是白噪,隨著小波尺度加大,它的極大點(diǎn)會(huì)顯著減少。而且由于白噪的均勻指數(shù)為-1/2-(>),因此其小波變換的幅度隨的增大而減小,這樣,在大尺度下剩余的極大值將主要是屬于信號(hào)的。以此為基礎(chǔ),可以采用由粗及精的策略,跟蹤各尺度下的小波變換極大值,找出屬于信號(hào)的部分,并將屬于噪聲的部分去除。2 噪聲在小波分解下的特性一個(gè)含噪聲的

36、一維信號(hào)的模型可以表示成如下的形式:()=()+(),=0,1,.,-1式中,()為原始信號(hào),()為噪聲,()為含噪聲的信號(hào)。在實(shí)際工程中,有用信號(hào)通常表現(xiàn)為低頻信號(hào)或是一些比較平穩(wěn)的信號(hào),而噪聲信號(hào)則通常表現(xiàn)為高頻信號(hào)。噪聲信號(hào)有3個(gè)主要特征,即相關(guān)性、頻譜和頻率分布,它的高頻部分影響的是小波分解的高頻第一層,低頻部分影響的是小波分解的最深層及其低頻層。當(dāng)通過(guò)濾波器將有色噪聲引入后,該信號(hào)就不是白噪聲了。一維信號(hào)的消噪過(guò)程可分為3個(gè)步驟進(jìn)行: 1) 一維信號(hào)的小波分解。選擇一個(gè)小波并確定一個(gè)小波分解的階次，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行層小波分解。圖1為進(jìn)行3層分解的示意圖,噪聲部分通常包含在1,2,3中。

37、2) 小波分解高頻系數(shù)的閾值量化。對(duì)第1層到第層的每一層高頻系數(shù),選擇一個(gè)閾值進(jìn)行軟閾值量化處理。3) 一維小波的重構(gòu)。根據(jù)小波分解的第層的低頻系數(shù),和經(jīng)過(guò)量化處理后的第1層到第層的高頻系數(shù),進(jìn)行一維信號(hào)的小波重構(gòu)。在這3個(gè)步驟中,最關(guān)鍵的就是如何選取閾值,和如何進(jìn)行閾值的量化,從某種程度上說(shuō),它直接關(guān)系到信號(hào)消噪的質(zhì)量。3 小波消噪在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)MATLAB是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外廣泛流行的一種可視化科學(xué)計(jì)算軟件，其語(yǔ)法結(jié)構(gòu)并具有極強(qiáng)的數(shù)值計(jì)算、圖像處理、數(shù)據(jù)分析、圖形繪制等功能，因而倍受數(shù)據(jù)處理和圖形圖像生成等非專業(yè)計(jì)算機(jī)編程人員的青睞。MATLAB的意思是矩陣實(shí)驗(yàn)室，MATLAB語(yǔ)言在矩陣

38、運(yùn)算和數(shù)值計(jì)算等方面，具有強(qiáng)大的功能，非常直觀、簡(jiǎn)潔、且效率高，交互性好，因而它在科學(xué)與工程計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。它即可以作為一種功能強(qiáng)大的“計(jì)算器”，又可以作為一個(gè)計(jì)算工具在其它應(yīng)用程序中調(diào)用.虛擬小波消噪儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)虛擬小波消噪儀的軟件設(shè)計(jì)包括軟面板設(shè)計(jì)、小波消噪在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)與MATLAB接口的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)三部分.1） 虛擬小波消噪儀設(shè)計(jì)原理在信號(hào)的采集、傳輸與處理過(guò)程中，由于外界或電路內(nèi)部因素干擾,使得信號(hào)被噪聲污染，所處理的信號(hào)中夾雜著一些無(wú)用的噪聲信號(hào)，將噪聲從所處理的信號(hào)中消除稱為信號(hào)的消噪，應(yīng)用小波進(jìn)行信號(hào)消噪處理是小波分析的一個(gè)重要應(yīng)用之一。虛擬小波消噪儀

39、的設(shè)計(jì)思路其原理框圖如下圖所示。 圖4.1 虛擬小波消噪儀原理框圖盡管LabVIEW中提供了一些信息處理功能函數(shù)，但功能有限。而MATLAB軟件特別擅長(zhǎng)數(shù)值分析和處理，所以在LabVIEW中調(diào)用它的話，不失為一種較好的解決方法。即MATLAB Script節(jié)點(diǎn)方式。通過(guò)這種方式，用戶可以在LabVIEW中使用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算功能。MATLAB Script節(jié)點(diǎn)使得用戶既可以將M程序?qū)氲搅鞒虉D中，又可以在流程圖中根據(jù)MATLAB程序的語(yǔ)法編輯M程序。在LabVIEW中選擇該節(jié)點(diǎn)的操作為：Functions>>Mathematics>>Formula Palet

40、te在將該節(jié)點(diǎn)添加到流程圖中，選擇對(duì)應(yīng)的腳本服務(wù)器，即MATLAB Script。與其相關(guān)的菜單項(xiàng)可以將M程序?qū)氲皆摴?jié)點(diǎn)，并且可以給節(jié)點(diǎn)增加輸入輸出變量。添加節(jié)點(diǎn)之后，就可以按照MATLAB的語(yǔ)法要求在節(jié)點(diǎn)中編寫(xiě)M程序，完成后通過(guò)單擊Export將程序保存到選定目錄中。起到在LabVIEW和MATLAB之間傳遞參數(shù)的作用。圖4.2 MATLAB Script節(jié)點(diǎn)舉例說(shuō)明2） 虛擬小波消噪儀編程實(shí)現(xiàn)MATLAB編程軟件中豐富的小波函數(shù)庫(kù),在LabVIEW中調(diào)用MATLAB相關(guān)的小波消噪函數(shù)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行小波消噪，LabVIEW中很好的支持了這一功能。為了實(shí)現(xiàn)消噪功能，我們選取自動(dòng)消噪函數(shù)wde

41、n對(duì)信號(hào)進(jìn)行消噪，這里我們選用啟發(fā)式閾值,軟閾值設(shè)置，并且不對(duì)所乘的閾值進(jìn)行調(diào)整。以用sym4小波對(duì)信號(hào)xx進(jìn)行消噪為例，具體的函數(shù)表達(dá)式為：xd=wden(xx,'heursure','s','one',x,'sym4');其中xd為消噪后的信號(hào)，x為消噪層數(shù)。為了能夠?qū)γ恳粚酉氲慕Y(jié)果進(jìn)行對(duì)比來(lái)選取最佳的消噪層數(shù)，我們?cè)贛ATLAB中調(diào)用了一個(gè)顯示程序，具體顯示窗口見(jiàn)下圖。運(yùn)行結(jié)果如圖4.12所示，圖中左半部分是含噪信號(hào)波形及使用小波對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解后每一層低頻部分的波形，而右半部分是含噪信號(hào)波形及使用小波對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解后每一層

42、高頻部分的波形。從圖中可以得出結(jié)論，選擇小波消噪層數(shù)的多少與消噪質(zhì)量密切相關(guān)，消噪層數(shù)過(guò)少影響消噪效果，而消噪層數(shù)過(guò)多，又會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生失真，所以，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)節(jié)點(diǎn)程序來(lái)比較消噪效果，具體框圖見(jiàn)下圖。該程序完成的是對(duì)消噪后均方誤差的計(jì)算，面板上對(duì)應(yīng)的顯示控件為3）虛擬小波消噪儀軟面板虛擬小波消噪儀前面板由四個(gè)子面板構(gòu)成Signal Generation：?jiǎn)螕粜盘?hào)選擇控件，選擇仿真正弦信號(hào)、疊加信號(hào)、矩形脈沖信號(hào)或單邊指數(shù)信號(hào)，并可對(duì)頻率、帶寬等信號(hào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，該子面板還提供兩種白噪聲(高斯白噪聲和均勻白噪聲)，噪聲級(jí)別也可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。Noise Processing：在此面板中可以對(duì)小波和濾

43、波器進(jìn)行選擇并可對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 其中小波控件部分包括對(duì)小波及消噪層數(shù)的選擇，而濾波器控件則提供了對(duì)濾波器類型的選擇并可對(duì)各種類型濾波器通帶、阻帶及階數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這里提供兩個(gè)小波系的四種小波以供選擇，而在濾波器選擇方面給出了巴特沃斯和切比雪夫兩種濾波器。Waveform Display：原始信號(hào)的時(shí)域波形、頻域波形、信號(hào)加噪聲后的波形、使用小波進(jìn)行消噪后的波形及濾波器進(jìn)行消噪后的波形及濾波器的幅度響應(yīng)將在此面板中進(jìn)行顯示。程序運(yùn)行后，調(diào)用MATLAB工具箱中的小波函數(shù)對(duì)含高頻的正弦信號(hào)進(jìn)行提取處理，即時(shí)信號(hào)波形、濾波器進(jìn)行消噪的波形、小波消噪后的波形將在同時(shí)同步進(jìn)行顯示，以便于對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)

44、行比較。小波消噪儀的儀器面板及框圖如下：4） 儀器測(cè)試結(jié)果與分析對(duì)矩形脈沖信號(hào)消噪后結(jié)果 含噪信號(hào)波形 小波消噪后的波形 可以看出，濾波器對(duì)信號(hào)消噪突變部分的消噪質(zhì)量尤為低劣，原因是小波是把確認(rèn)為是信號(hào)突變部分的附近各點(diǎn)予以保留。突變部分與噪聲的顯著區(qū)別突變部分有較大的能量和范圍，在平滑濾波的作用下，它不會(huì)像噪聲那樣消失，而表現(xiàn)為模糊化，而小波變換的值在突變處表現(xiàn)為明顯的峰值，可與噪聲區(qū)別開(kāi)來(lái)，所以經(jīng)過(guò)重構(gòu)后就可以恢復(fù)去除噪聲后的原始信號(hào)。這樣便得到很好的濾噪效果。十四 虛擬模糊熱點(diǎn)溫度分析儀設(shè)計(jì)虛擬模糊熱點(diǎn)溫度分析儀是用于對(duì)電力變壓器的熱點(diǎn)溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，以確保用電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)

45、際測(cè)量過(guò)程中，通常要采用溫度傳感器（如鉑熱電阻、熒光光纖測(cè)溫傳感器等）對(duì)變壓器熱點(diǎn)溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，然后通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)。數(shù)據(jù)采集卡將信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)值符號(hào)轉(zhuǎn)換，并且給出最終的擬人類語(yǔ)言符號(hào)輸出。在本列中溫度信號(hào)采用labview中的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，僅是作為傳統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的一種模擬。1 功能描述l 能對(duì)20 ，140 攝氏度范圍內(nèi)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示。l 可供用戶選擇隸屬函數(shù)有如下幾種：梯形（trapmf）、高斯形（gaussmf）、廣義鐘形（gbellmf）、三角形（trimf）l 在20，140 攝氏度論域上允許用戶定義模糊集合個(gè)數(shù)可以是x個(gè)，其中，x3，4，5，與此

46、對(duì)應(yīng)的熱點(diǎn)溫度狀態(tài)的語(yǔ)言描述如下：“低” 、“正?！?、“高”“低” 、“正?！?、“偏高” 、“高”“低” 、“正?！?、“偏高” 、“高” 、“非常高”l 隸屬函數(shù)每個(gè)參數(shù)的值可以自行設(shè)定。l 能對(duì)20，140攝氏度范圍內(nèi)的熱點(diǎn)溫度，根據(jù)前面的設(shè)置自動(dòng)給出相應(yīng)的語(yǔ)言描述。l 能夠打印所設(shè)置的隸屬函數(shù)的圖形。l 當(dāng)熱點(diǎn)溫度超過(guò)140攝氏度時(shí)能夠報(bào)警提示。2 實(shí)現(xiàn)原理本列中，模糊推理部分是通過(guò)調(diào)用matlab程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Matlab程序是自己編寫(xiě)的一個(gè)m函數(shù)文件，用于實(shí)現(xiàn)與labveiw的連接與建立模糊推理系統(tǒng)。因此，運(yùn)行前，用戶的計(jì)算機(jī)上必須安裝matlab軟件（5.0版本以上），并且安裝

47、時(shí)要選擇模糊系統(tǒng)工具箱（Fuzzy Toolbox）。1. 隸屬函數(shù)的生成函數(shù)本分析儀所需的各種隸屬函數(shù)均采用matlab軟件中模糊系統(tǒng)工具箱的一些功能函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。前面已經(jīng)介紹了隸屬函數(shù)的生成方法，這里就不介紹了。2. 模糊系統(tǒng)的建立及測(cè)量過(guò)程1) 模糊系統(tǒng)的建立 建立模糊系統(tǒng)的工作流程如下圖：設(shè)置隸屬函數(shù)參數(shù)，及其其它一些參數(shù)啟動(dòng)labview程序 Matlab Script選擇隸屬函數(shù)類型Matlab(模糊系統(tǒng))選擇模糊集合數(shù)模糊系統(tǒng)的建立從圖中可見(jiàn)，啟動(dòng)labview程序后，用戶將擬選用的隸屬函數(shù)類型、模糊子集的個(gè)數(shù)以及對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)的參數(shù)和其它的參數(shù)確定后，通過(guò)接口程序?qū)⑦@些信息傳遞到

48、matlab的工作空間（workspace）中去。然后，labview繼續(xù)通過(guò)程序接口調(diào)用相應(yīng)的matlab程序生成符合要求的模糊系統(tǒng)，構(gòu)造模糊系統(tǒng)時(shí)用到的信息就是存儲(chǔ)在matlab工作空間的信息。2) 模糊測(cè)量過(guò)程 在生成相應(yīng)的模糊系統(tǒng)之后，就可以執(zhí)行擬人類的模糊測(cè)量過(guò)程。對(duì)于實(shí)際測(cè)量過(guò)程來(lái)講，熱點(diǎn)的測(cè)量溫度值應(yīng)該通過(guò)數(shù)據(jù)采集電路送入計(jì)算機(jī)，本列的主要目的是闡明模糊測(cè)量的原理，所以，對(duì)如何通過(guò)硬件采集信號(hào)就不加論述。因此溫度信號(hào)值通過(guò)labview中的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通過(guò)傳遞到matlab script節(jié)點(diǎn)之后，緊接著就繼續(xù)調(diào)用相應(yīng)的matlab程序（模糊系統(tǒng)）進(jìn)行模糊測(cè)量，并且要件要將熱點(diǎn)溫度

49、的測(cè)量結(jié)果通過(guò)matlab script節(jié)點(diǎn)反饋到labview，同時(shí)，能把測(cè)量數(shù)值結(jié)果用labview中的示波器來(lái)顯示，整個(gè)過(guò)程如下圖。Matab script模糊系統(tǒng)matlabLabview示波器熱點(diǎn)溫度值labview熱點(diǎn)溫度狀態(tài)labviewMatlab script實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程，要用到一個(gè)matlab程序lmeasure.m 自行開(kāi)發(fā)的matlab函數(shù)，用于根據(jù)用戶的選擇建立模糊系統(tǒng)，并且可以完成模糊，畫(huà)出隸屬函數(shù)的圖形。其原代碼將在下一章給出。3. 模糊推理的實(shí)現(xiàn)與最大隸屬度的求取本模糊系統(tǒng)是利用前面用戶自己建立的模糊集合數(shù)，隸屬函數(shù)的類型，隸屬函數(shù)的參數(shù)，然后根據(jù)溫度值，求出溫

50、度值屬于各個(gè)模糊集合的隸屬度，求出其中的最大者，哪個(gè)最大則其屬于哪個(gè)模糊集合，從已定義好的擬人類語(yǔ)言輸出集合中找到對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言輸出值。3 程序流程圖開(kāi)始退出退出labview 是 測(cè)量/退出 否 是退出測(cè)量 否參數(shù)設(shè)置完成 否 是傳遞參數(shù)Matlab節(jié)點(diǎn)根據(jù)輸出結(jié)果設(shè)置T1、T2、T3、T4的值顯示結(jié)果4 設(shè)計(jì)過(guò)程1.首先將所有程序框圖代碼置于一個(gè)大的while循環(huán)之內(nèi)，當(dāng)循環(huán)次數(shù)不能確定時(shí)，就需要用到while循環(huán)，相當(dāng)于c語(yǔ)言中的while循環(huán)和do循環(huán)。最基本的while循環(huán)由循環(huán)框架（loop frame）、重復(fù)端口（iteration Terminal）以及條件端（conditional Termianal）組成。重復(fù)端口是記錄了循環(huán)的次數(shù)，條件端口主要控制循環(huán)是否執(zhí)行，每次循環(huán)結(jié)束時(shí)，條件端口便會(huì)檢測(cè)通過(guò)連線輸入的布爾值，我這里設(shè)計(jì)的while循環(huán)是當(dāng)為真值知停止執(zhí)行，默認(rèn)情況下是當(dāng)為假時(shí)停止。由前面板中的測(cè)量-退出按鈕來(lái)控制，當(dāng)撥到測(cè)量端時(shí)，則不停的執(zhí)行測(cè)量過(guò)程，當(dāng)點(diǎn)一下退出時(shí)，則退出測(cè)量過(guò)程，同時(shí)還用這個(gè)按鈕去控制一個(gè)stop節(jié)點(diǎn)停止執(zhí)行程序。整體程序框圖和前面板如下圖所示：前面板程序框圖2.首先程序?qū)?zhí)行參設(shè)置過(guò)程，等待用戶去設(shè)置參數(shù)，直到用