 |
Изучение алгоритмов формирования векторов тока и напряжения
|
|
|
|
Цель лабораторной работы – исследование алгоритмов формирования векторов тока и напряжения и изучение эффектов, возникающих при вычислении спектра сигнала.
План лабораторной работы
1. Создание имитационной модели алгоритмов формирования векторов тока и напряжения по двум или трем выборкам сигнала.
2. Исследование алгоритмов формирования векторов на разработанных имитационных моделях в различных условиях работы.
3. Исследование эффектов, возникающих при вычислении спектра сигнала.
4. Создание имитационной модели алгоритма формирования векторов тока и напряжения при помощи оконного преобразования Фурье.
5. Исследование алгоритма формирования векторов на основе преобразования Фурье на разработанных имитационных моделях в различных условиях работы.
Исходные данные для выполнения лабораторной работы
Таблица Л2.1 – Исходные данные для выполнения лабораторной работы
| Номер варианта | Формула определения вектора по нескольким выборкам тока или напряжения | Тип оконного преобразования |
| 1 | 
| Прямоугольное |
| 2 | 
| Треугольное |
| 3 | 
| Ханна |
| 4 | 
| Кайзера |
| 5 | 
| С плоской вершиной |
| 6 |
| Прямоугольное |
| 7 | 
| Треугольное |
| 8 | 
| Ханна |
| 9 | 
| Кайзера |
| 10 |
| С плоской вершиной |
| 11 |
| Прямоугольное |
| 12 |
| Треугольное |
| 13 | 
| Ханна |
| 14 | 
| Кайзера |
| 15 |
| С плоской вершиной |
Ход выполнения лабораторной работы
1. Создание имитационной модели алгоритмов формирования векторов тока и напряжения по двум или трем выборкам сигнала.
1.1. В соответствие с выданным вариантом задания создать имитационную модель, реализующую соответствующую формулу расчета вектора по мгновенным значениям. На рисунке Л2.1 приведен пример имитационной модели вычисления вектора по двум соседним выборкам.
|
|
|
а) внутреннее устройство модели
б) внешний вид модели
Рисунок Л2.1 – Пример модели определения вектора по мгновенным значениям
1.2. Добавить к созданной имитационной модели определения вектора модель аналого-цифрового преобразования методом округления из первой лабораторной работы.
2. Исследование алгоритмов формирования векторов на разработанных имитационных моделях в различных условиях работы.
2.1. Выполнить исследование точности определения амплитуды и фазы тока при разном количестве выборок сигнала за период промышленной частоты: N=12; 24; 48; 96.
2.2. Выполнить исследование алгоритмов при наличии гармоник (150 Гц; 250 Гц). Гармоники сформировать путем сложения двух сигналов блоков Sine Wave. Амплитуды гармонических составляющих принять равными 10% (для 150 Гц) и 5% (для 250 Гц) номинального значения тока.
2.3. Выполнить исследование алгоритма при наличии апериодической составляющей. Пример имитационной модели апериодической составляющей приведена на рисунке Л2.2.
Рисунок Л2.2 – Пример модели апериодической составляющей
2.4. Выполнить исследование алгоритма при наличии шума. Шум сформировать при помощи блока Band-Limited White Noise. Мощность шума: 0.001. Частота шума: 0.0001.
3. Исследование эффектов, возникающих при вычислении спектра сигнала.
3.1. Создать имитационную модель, показанную на рисунке Л2.3. Для создания модели использовать блоки библиотеки DSP.
Рисунок Л2.3 – Имитационная модель для исследования эффектов, возникающих при вычислении спектра сигнала: 1 – генерация сигнала и вычисление его амплитудного спектра; 2 – вычисление нормирующего коэффициента
3.2. Настроить блоки имитационной модели.
В блоке Sine Wave задать амплитуду синусоиды, равную 1, частоту сигнала – 50 Гц, период дискретизации – 0,02/96, количество выборок в пакете – 1.
|
|
|
Буфер накапливает один или несколько периодов сигнала для дальнейшего анализа. Размер буфера задайте в виде переменной и в качестве начального значения установите количество выборок, равное 96 (один период сигнала).
После буфера сигнал подвергается операции взвешивания прямоугольным окном (рис. Л2.4).
Рисунок Л2.4 – Настройки блока Window Function
Блок FFT выполняет быстрое преобразование Фурье.
Блок Submatrix необходимо настроить для отображения амплитуды основной частотной компоненты, а блок Vector Scope – для отображения спектра сигнала (результата быстрого преобразования Фурье) (рис. Л2.5).
3.3. Выполните исследование спектра сигнала при ширине окна 96, 192 и 960 выборок и сделайте выводы.
3.4. Выполните исследование сигнала и его спектра при использовании окон в соответствии с вариантом и ширине окна 96, 192 и 960 выборок и сделайте выводы
3.5. Повторите исследования 3.3 и 3.4 при ширине окна 100, 200, 1000 выборок и сделайте выводы.
3.6. Измените частоту сигнала на 45 Гц, повторите исследования 3.3 и 3.4 и сделайте выводы.
а)
б)
Рисунок Л2.5 – Настройки блока Vector Scope:
а – вкладка Scope Properties; б – вкладка Axis Properties
4. Создание имитационной модели алгоритма формирования векторов тока и напряжения при помощи оконного преобразования Фурье.
На основе выполненных исследований и по подобию модели, показанной на рисунке Л2.3, создайте имитационную модель алгоритма формирования векторов тока и напряжения при помощи оконного преобразования Фурье и добавьте в ранее созданную модель преобразования сигнала (в лабораторной работе №1).
5. Исследование алгоритма формирования векторов на основе преобразования Фурье на разработанных имитационных моделях в различных условиях работы.
Выполните исследования, перечисленные в пункте 2 для алгоритма формирования векторов на основе преобразования Фурье.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- цель и задание на лабораторную работу;
- имитационную модель алгоритмов формирования векторов тока и напряжения по двум или трем выборкам;
- результаты исследования имитационной модели алгоритмов формирования векторов тока и напряжения по двум или трем выборкам;
|
|
|
- результаты исследований эффектов, возникающих при выполнении преобразования Фурье;
- имитационную модель алгоритма формирования векторов тока и напряжения при помощи оконного преобразования Фурье;
- результаты исследований алгоритма формирования векторов тока и напряжения при помощи оконного преобразования Фурье.
Результаты исследований должны быть представлены в виде таблиц и графиков с соответствующими выводами.
Перечень вопросов по лабораторной работе
1. Дискретное преобразование Фурье.
2. Оконное преобразование, его назначение. Основные виды оконных преобразований.
3. Как найти амплитуду и фазу синусоидального сигнала, если известно его мгновенное значение и значение его производной?
4. Как найти первую и вторую производные по дискретным отсчётам?
5. Запишите вектор мгновенного значения сигнала в аналоговой форме.
6. Запишите вектор мгновенного значения сигнала в дискретной форме.
7. Вычисление параметров синусоидального сигнала по трём соседним выборкам.
8. Алгоритм двух выборок: его достоинства и недостатки. Правильно ли будет работать данный алгоритм при глубоких насыщениях трансформатора тока и почему?
Лабораторная работа №3.
|
|
|
