系统设计与仿真分析初步.ppt

第10章 系统设计与仿真分析初步 本章主要内容如下： 10．1 概述 10．2 几种保持器的设计 10．3 傅里叶级数中的吉布斯振荡与FFT中的频 谱泄漏 10．4 系统设计比较：采样、混叠与重建 10．5 A律压扩器 10．6 AM信号的相干解调 10．7 小结 10.1 概述 系统设计、构建、仿真与分析的过程： （1）根据设计要求与系统原理画出系统原理框图； （2）寻找合适的图符和实现结构把系统原理框图转化为SystemView系统窗口中的图形化系统； 注意：这时必须考虑确定所使用的图符、参数定义和系统定时。这是构建系统的关键。 （3）在SystemView的系统窗口中构建所设计的图形化仿真系统； （4）进行系统仿真运行，对仿真过程进行监测观察； （5）在分析窗口中对仿真结果进行所需的处理操作，对所设计的系统进行性能分析和评估。 10.2 几种保持器的设计 1、设计目的： 通过使用线性系统滤波器算子进行零阶保持器（ZOH）、一阶保持器（FOH）和冲激保持器（IH）的设计，仿真运行，并与SystemView提供的保持器进行比较。 2、原理分析： 几种保持器的单位冲激响应特性 三种保持器的传递函数与系统框图 零阶保持器的系统实现 系统定时 ： 系统采样率设定为默认的100Hz，仿真运行样本数为10。 零阶保持器（ZOH） 从图10-2（b）可知其构成为两部分级联而成，前一部分由一个单位采样间隔延时器和减法器构成；后一部分为第9章讨论过的模拟积分器。 第9章指出，SystemView是用近似的数字仿真系统来实现模拟系统的，因此对模拟积分器直接使用数字仿真，则零阶保持器Z域传递函数为： 这样，只须用一个线性系统滤波器算子就可在SystemView中实现零阶保持器。 一阶保持器的系统实现 系统定时 ： 系统采样率设定为默认的100Hz，仿真运行样本数为10。 一阶保持器 先对教材p205 图10-2c中的模拟环节 用双线性变换转换为数字系统，然后将这个数字系统与两个零阶保持器级联。 因此，也只须用一个线性系统滤波器算子就可在SystemView中实现一阶保持器。 冲激保持器的系统实现 系统定时 ： 系统采样率设定为默认的100Hz，仿真运行样本数为10。 冲激保持器 用算子库Gain/Scale子库中的增益（Gain）算子即可实现。 系统构建与仿真运行 仿真结果与分析 同样的系统可由不同的结构仿真实现 库内提供的保持器是采用了冲激保持器的形式。 注意，所设计的系统中有模拟环节时，由于SystemView对其实施了数字仿真，因而仿真结果只能是近似的。在某些情况下，甚至可能得不到满意的结果，如教材p208图10-6中的一阶保持器的SystemView 实现，其仿真结果与理论特性就有一定差距。 10.2.5 练习（随堂进行） 改变教材p208图10-6系统中信号源，使其为阶跃（Step），斜坡（Time），正弦（Sinusoid），周期脉冲（Pulse Train），进行系统仿真运行，观察各保持器输出之间的异同。 10.3 傅里叶级数中的吉布斯振荡与FFT中的频谱泄漏 设计目的： 1、观察周期信号傅里叶级数展开式在信号间断点处的吉布斯（Gibbs）振荡现象； 2、学习在分析窗口中进行简单的数据处理操作；在分析窗口中观察FFT中的频谱泄漏（Leakage）现象； 基本分析 周期信号可以展开成傅里叶级数： 注意：上式中等式的意义是在均方误差最小意义上的逼近。 基本分析 P210图10-7所示的奇对称周期方波连续处可以由下式表示： 例：基波+三次谐波+五次谐波+七次谐波 10.3.2 系统的SystemView实现 系统定时 ： 系统采样率取为5000Hz，样本数N=500点，由此得到系统定时设置中另一参数Freq.Res（频域分辨率），即FFT频域样本间隔 dF=5000/500=10Hz。 周期方波频率取100Hz，（或更低，但必须为10的整倍数以保证其所有谐波均为10Hz的整数倍，）当取n=11时，最高频率为(2n-1) × 100==2100Hz，小于系统采样率的一半2500Hz。 傅里叶级数截断用滤波器 ： 使用线性相位滤波器:FIR滤波器 FIR低通滤波器的截止频率略大于2100Hz以使11阶奇次谐波通过。 观察吉布斯（Gibbs）振荡及频谱泄漏的系统 10.3.3 系统窗口中仿真过程的观察分析 10.3.4 分析窗口中的操作处理 演示： 1、对数据段进行FFT （Spectrum） 2、删除或提取数据段 （Dat