通信原理MATLAB仿真实验指导书
通信原理MATLAB仿真实验指导书V3.0最终版内容很全的实验指导书通信原理仿真实验指导书林志谋目录实验:基础实验的建模仿真实验:信道与噪声仿真实验:调制与解调仿真实验:调制与解调仿真实验调制与解调仿真实验编码与解码仿真实验:单极性码与双极性码眼图仿真实验调制与解调仿真实验调制与解调仿真实验调制与解调仿真实验:循环码的差错控制系统仿真综合实验:通信系统的仿真附录程序设计通信原理仿真实验指导书林志谋实验:基础、实验目的:.熟悉开发环境掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算熟悉和了解图形绘制程序编辑的基本指令;熟悉掌握利用图形编辑窗口编辑和修改图形界面,并添加图形的各种标注掌握等指令格式和语法二、实验原理:基础知识程序设计语言简介的缩写,是由公司升发的一套用科学工程计算的可视化髙性能语言,具有强大的矩阵运算能力。与大家常用的和等高级语言相比,的语法规则更简单,更贴近人的思维方方式,被称为“草稿纸式的语言”软件主要由主包、仿真系统()和工具箱()主大部分组成。界面及帮助基本界面如图所示,命令窗口包含标题栏、菜单栏、工具栏、命令行区、状态栏、垂盲和水平波动条等区域。标题栏菜单栏工具栏命令行区状态栏垂直和水平瘕动条)ATLA日? Ntt Dr ivory C MATLA86A5B=iwuEy1山具C2 dPubLe wrE田用田田3TZ doublE Wra面自172自的272 double ra9 dpublE rsa double wremn■double r电田ydoubl mri1.00000mm-0.1.0>I Workspace cuuneniDIncnpiF国]47【7.193,E,日:151117笔k【7,19B,z,B1,45图基本界面()菜单栏在主窗凵的菜单栏,共包含和个菜单项菜单项:菜单项实现有关文件的操作。通信原理仿真实验指导书林志谋菜单项:菜单项用于命令窗∏的编辑操作。菜单项:菜单项用于设置集成环境的显示方式。菜单项:菜单项用于设置的操作。菜单项:主窗口菜单栏上的菜单,只包含一个子菜单用」关闭所有打开的编辑器窗凵,包括和窗凵。菜单项菜单项用于提供帮助信息()工只栏主窗∏的工具栏共提供了个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令,但比菜单命令使用起来更快捷、方便,()命令行区按以下顺序对输入命令进行解释:检查它是否是工作空间中的变量,实则显示变量内容检查它是否是嵌入函数,是则运行之。检查它是否是子函数。检查它是否是私有函数检查它是否是位于搜索路径范围內的函数文件或脚本文件甲有以下几种方法可获得帮助()帮助命令()是查询函数相关信息的最直接方式,信息会直接显示在命令窗中键入,会显示相关信息命令可以从键入的关键字列出所有相关的题材,和/相比覆盖范围更广,可查找到某个主题所有词组或短语。()帮助窗凵()提供与帮助命令相同的信息,但帮助窗凵界面更为方便直接。()帮助桌面()通过在命令窗口中选择帮助菜单的“选项或键入命令即可进入帮助桌面。()在线帮助页是帮助桌面的在线帮助均有相应的格式文件。网站,对于连接入的用户通过公司的网站询问有关问题。熟悉环境桌面和命令窗口、命令历史窗、帮助信息浏览器、工作空间浏览器文件和搜索路径浏览器。掌握常用命令除命令窗口中内容清除工作空间中变量对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称査询工作空间中的变量信息变量与运算符变量命名规则如下()变量名可以由英语字母、数字和下划线组成()变量名应以英文字母开头()长度不大于个()区分大小写中设置了一些特殊的变量与常量,列于下表。表的特殊变量与常量变量名1功能说明变量名功能说明默认变量名,以应答最小的正实数最近一次操作运算结果通信原理仿真实验指导书林志谋或虚数单位无穷大圆周率不定值(浮点数的相对误差网数实际输入参数个数最大的正实数函数实际输出参数个数运算符,通过下面几个表来说明的各种常用运算符表算术运算符操作符功能说明操作符功能说明矩阵左除数组左除矩阵乘矩阵右除数组乘数组右除矩阵乘方矩阵转置数组乘方数组转置表关系运算符操作符功能说明等于不等于大于小于人于等于小于等于逻辑运算符逻辑运算符逻辑运算说明逻辑与逻辑或逻辑非逻辑异或表特殊运算符号功能说明示例符号功能说明例分隔行分隔列注释构成向量、矩阵调用操作系统命令构成单元数组用于赋值1的一维、二维数组的寻访通信原理仿真实验指导书林志谋表了数组访问与赋值常用的相关指令格式指令格式指令功能数组中指定行、指定列之元素组成的子数组数组中指定行对应的所有列之元素组成的了数组数组中指定列对应的所有行之元素组成的了数组数组中各列元素首尾相连组成的“维长列”了数组维长列了数组中的第个元素数组中指定行、指定列之元素组成的子数组的赋值数组仝元素赋值,保持的行宽、列长不变,、两组几素总合应相同的基本运算表两种运算指令形式和实质内涵的异同表数组运算矩阵运算指令含义含义非共轭转置共轭转置把标量赋给的每个元素标量分别与元素之和标量分别与元素之差标量分别与元素之积标量分别与每个元素之积标量分别被的元素除阵的逆乘的每个元素自乘次阵为方阵,自乘次对各元素分别求非整数幂方阵的非整数乘方对应元素相加矩阵相加对应元素相减矩阵相减对应元素相乘内维相同矩阵相乘的元素别的对应元泰除右除与上相同左除以自然数为底,分别以的元素为的矩阵指数函数指数,求幂对的各元素求对数「的矩阵对数函数对的各元素求平方根的矩阵平方根函数的常用函数表标准数组生成函数指令含义含义对角形数组(对高维不适用)生均匀分布随机数组单位数组(对高维不适用)E正态分布随机数组产生魔数组(对高维不适用)生全数组产生全数组返回指定矩阵的行数和列表数组操作函数通信原理仿真实验指导书林志谋指令含义提取对角线元素,或生成对角阵以数组“水平中线”为对称轴,交换上下对称位置上的数组儿素以数组“垂直中线”为对称轴,交换左右对称位置上的数组元素在总元素数不变的前提下,改变数组的“行数、列数”矩阵逆时针旋转度方阵的行列式值矩阵的秩三、实验内容和步骤学习使用命令例如在命令窗口输入,然后根据帮助说明,学习使用指令(其它不会用的指令依照此方法类推学习使用观察和等窗口的变化结果,执行前后有什么不同?初步程序的编写练习新建,保存(自己设定文件名,例如……),学习使用的基木运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。注意:每一次的修改后,都要存盘。二维曲线绘图基本指令演示。指令基本操作演示问题:本例运作后,再试验观察产生图形的有什么不同,为什么?问题:本例运作后,再试验观察产生图形的有什么不同,为什么?问题:本例运作后,再试验观察产生图形的有什么不同,为什么?用图形表示连续调制波形及其包络线。通信原理仿真实验指导书林志谋0∈问题请查找的的帮助,想想怎么用行语句来代替卜面这行一句绘制标准三维曲面。函数的调用格式为:凶数的调用格式为还有一个函数,称为多峰函数,常用于三维曲面的演示。图像如下:四、实验报告要求:回答实验内容和步骤上面所有的问题。并总结本次实验遇到了哪些问题?你是怎么解决的?如何避免下次实验再遇到同样的问题?如何在帮助窗口,帮助命令,帮助演示中查找的相关命令和演示程序?软件由几部分组成?各有什么作用?通信原理仿真实验指导书林志谋实验的建模仿真、实验目的熟悉工作环境及特点.掌握线性系统仿真常用基本模块的用法掌握的建模与仿真方法二、实验原理:简介提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。提供了专门用」显示输岀信号的模块,可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时,通过的存储模块,仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区或文件中,供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理。另外,把具有特定功能的代码组织成模块的方式,并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统,因此具有内在的模块化设计要求。基于上述优点,成为一种通用的仿真建模工具,)泛应用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网终.机控制和虚拟现实等领域。它使用户把精力从编程转向模型的构造。随着实验的不断深入,你们会发现它为用户省去了许多重复的代码编写工作,用户就不必、步步地从最底层廾始编写。如果把动态系统建模仿真过程比作建造房子,那么用高级语言或语言编写的仿真程序的方式就如同是从一堆沙子开始造房子。这不但麻烦,而且有许多重复操作,建造者的精力会大量地浪费在一些相同地例如把沙子变成砖块的事情上,以及如何把它们组在一起变成房子这些技术性的事情.而不能把更多的精力集中用到房子的设计上,这在计算机仿真里,就等于是把精力厦多地投入到某一个具体的算法的设计上,而不是用到模型的设计构造本身,的目的就是让用户能化更多的精力投入到模型设计本身。它首先提供了些基本模块,这些模块就放在上面的库浏览器里.用户可以调用这些模块,而不必再从最基△的做起的每个模块对用户而言都是透明的,用户只需知道模块的输入输出以及模块旳功能,而不必管模块内部是怎么实现。于是,留给用户的事情就是如何连接这些模块来完成自的仿真任务。连接的方式在里是很简单的,例如要连接两个摸块只需要将一个模块的输入和另一个模块的输岀用一根直线连起米就行了。模型构造好之后,用户可以进行仿真、等待结果、或者改变参数,再运行。至于像各个模块在运行时如何执行,时间是如何采样离散系统,事件足如何驱动等等细节性问题,用户可以根木不用去关心,都替你做好了。总之,把那些最没有意思、最烦人的细节都屏蔽掉了,而留绐用户的是一个友好的环境,让用户以最轻松、最有效的万式完成他们感兴趣的东西。启动的方法有很多种,按照的传统方式,只要在的命令窗口中键入:个称为的窗口就会弹出,如下图所示:
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SVPWM算法详解_已标注重点_
详细的讲解了SVPWM的过程，及其仿真，很适合初学者或(37)即磁链空间矢量可以等效为电压空间矢量的积分,如果能够控制电压空间矢量的轨迹为如式(3.4)所示的圆形矢量,那么磁链空间矢量的轨迹也为圆形。这样,电动机旋转磁场的轨迹问题就可以转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。进一步分析,由式(3.3)(3.5)(3.7)可以得到公式(3.8)∫-+yy(38)对电压积分,利用等式两边相等的原则有(39)其中,v为电机磁链的幅值,即为理想磁链圆的半径。y当供电电源保持压频比不变时,磁链圆半径v是固定的。在 SVPWM控制技术中,是取以y为半径的磁链圆为基准圆的。32逆变器电压的输出模式图32给出了电压源型PWM逆变器—异步电动机示意图14。昇步电动机定子绕组YY图3.2PWM逆变器电路(1~6为GBT)对于180°导电型的逆变器来说,三个桥臂的六个开关器件共可以形成8种开关模式。用分别标记三个桥臂的状态,规定当上桥臂器件导通时桥臂状态为1,下桥臂导通时桥臂状态为0,这样逆变器的八种开关模式对应八个电压空间矢量,其中为直流侧电压在逆变器的八种开关模式中,有六种开关模式对应非零电压空间矢量,矢量的幅值为一;有两种开关模式对应的电压矢量幅值为零,称为零矢量。当零矢量作用于电机时不形成磁链矢量;而当非零矢量作用于电机时,会在电机中形成相应的磁链矢量。对于每一个电压空间矢量,可由图32求出各相的电压值,再将各相的电压值代入式(3.3),可以求得电压空间矢量的位置。下面以开关状态)=(、0、0)为例,即开关导通,其余关断。逆变电路的形式可以变为B相和C相并连后再和A相串连的形式,易得将其数值代入式(33),可得采用同样的方法可以得到如表31所示的逆变器空间电压矢量。表31逆变器的不同开关状态对应的空间矢量表相电压矢量表达式定子电压开关状态(Us大小为空间矢量A相B相C相0000000101001110010111100由于 SVPWM控制的是逆变器的开关状态,在实际分析逆变器一电动机系统时,可以通过分析逆变器输出的电压空间矢量来分析电机定子电压的空间矢量,下面给出证明。设逆变器输出的三相电压为、,由图3.2可求出加到电机定子上的相电压为(310)其中,为电机定子绕组星接时中点0相对于逆变器直流侧点的电位。电机定子电压空间矢量为(311)而由三角函数运算知++因此,逆变器输出的电压空间矢量为(312)由式(3.12)可知,在PWM逆变器一电动机系统中,对电机定子电压空间矢量的分析可以转化为对逆变器输出电压空间矢量的分析。这时,在求解表3.1时,可以直接利用逆变器输出的电压合成得到,即A,B,C三相输出电压值只有一和-—两个值。当逆变器输出某一电压空间矢量时,电机的磁链空间矢量可表示为y =y3.13)其中,W为初始磁链空间矢量;△为的作用时间。当为某一非零电压矢量时,磁链空间矢量y从初始位置出发,沿对应的电压空间矢量方向,以为半径进行旋转运动,当为一零电压矢量时,W=y,磁链空间矢量的运动受到抑制。因此合理地选择六个非零矢量的施加次序和作用时间,可使磁链空间矢量顺时针或逆时针旋转形成一定形状的磁链轨迹。在电机控制当中尽量使磁链轨迹逼近正多边形或圆形。同时,在两个非零矢量之间按照一定的原则,比如开关次数最少,插入一个或多个零矢量并合理选择零矢量的作用时间,就能调节ψ的运动速度。33SWPM的具体实现方法在实际应用中,应当利用 SVPWM自身的特点找到控制规律,避开复杂的数学在线运算,从而较为简单的实现开关控制,本节将给出实现 SVPWM的具体方法。根据3.2节中给出的不同开关状态组合可以得到如图33的电压空间矢量图C图3.3 SVPWM矢量、扇区图通常在矢量控制的系统当中,根据控制策略,进行适当的巫标变换,可以给出两相静止坐标系即(a,B)坐标系电压空间矢量的分量,g,这时就可以进行 SVPWM的控制,具体要做以下三部分的工作如何选择电压矢量。2.如何确定每个电压矢量作用的时间。3.确定每个电压矢量的作用顺序3.3.1电压空间矢量的空间位置这里需要引入扇区的概念,将整个平面分为六个扇区。如图3.3所示,每个扇区包含两个基本矢量,落在某个扇区的电压空间矢量将由扇区边界的两个基本电压空间矢量进行合成。在确定扇区时,引入三个决策变量A,B,C。根据给出的待合成的空间矢量的两个分量,p来决定A,B,C的取值,有以下关系式所在扇区的位置为当N取不同的值对应的扇区位置如图3.3所示,这样给定一个空间电压矢量就可以确定其所在的扇区。33.2电压空间矢量的合成扇区确定之后,就可以利用扇区边界上的两个基本矢量合成所需的矢量在合成过程中应当使得两个基本矢量的合成效果接近于期望矢量的效果。于是采用伏秒平衡的原则,以图3.3所示的第Ⅲ扇区为例,以a尸轴为基准,将两个基本矢量向aB轴上投影,应当有轴:=||+尸轴其中,为对应电压矢量作用的时间(=),为采样周期,通常为PW的调制周期。且|=||=-。求解上面两式可以得到这两个基本矢量的作用时间如式3.14(314)通过上面的方法即可以确定基本矢量的作用时间,当需要合成的矢量位于各个不同的扇区时都存在如上的运算。通过对每个扇区基本矢量动作时间的求解不难发现它们都是一些基本时间的组合。所以给出几个基本的时间变量x,Y,Z。定义√(315)通过计算可以得到在每个扇区内的基本矢量动作时间,(由于五段和七段式的实现方法不同,所以这里没有考虑矢量的动作顺序,仅按照逆时针方向)。设每个刷区的两个基本矢量动作的时间为于是可以得到矢量动作时间表3,2表3.2的对应关系表扇区ⅣV在实际的应用中当给定的电压值太大时会出现过调制的情况,即+>。此情况出现时,还要对上述计算出来的电压矢量的作用时间进行调整,具体方法如式3.16所示。(316)即为调整后的动作时间。在一个P啊M周期内除了非零电压矢量的作用,还要有零电压矢量的作用,零电压矢量包括对于这两个矢量的作用时间,以及开关的动作顺序,取决于采用的SPwM是五段式还是七段式,3.3节将对这两种PWM形式进行详细的介绍3.4 SVPWM的硬件实现和软件实现TI公司的TM320LF2407A系列的DSP内部有硬件来实现 SVPWM,由于每个PWM周期被分为五段,因此也被称为五段式的 SVPWM。在每个PWM调制周期内,开关状态有五种,且关于周期中心对称。而七段式的SvPM在每个PWM调制周期内有七种开关状态,需要运用软件进行实现,因此也被称为 SVPWM的软件实现。需要注意的是,无论哪种方法,所遵循的基本原则是开关动作次数最少,每个开关在一个周期内最多动作两次。3.4.1五段式 SVPWM对于五段式的 SVPWM,只在PMM周期的中间插入零矢量,具体采用哪一个由硬件根据旋转方向和开关动作次数最少的原则自行决定。例如在第Ⅲ扇区内,如果旋转方向为逆时针时针,则先动作,后动作以此类推,动作时间可以直接采用表3.2中的数据即可,然后选择零矢量(硬件决定)即可使开关次数最少。对于五段式PWM而言,零矢量作用的时间可以表示为:根据上述的配置原则,在每个扇区内开关动作的示意图如图34所示202ⅣV/1Ⅵ图34每个扇区内的开关动作示意图每个TMS320LF2407A的事件管理器EV模块都具有十分简化的电压空间矢量PWM波形产生的硬件电路。编程时只需进行如下的配置2●设置 ACTRX寄存器用来定义比较输出引脚的输出方式,决定高电平还是低电平有效,正反转,所在扇区等。●设置COMC0Nx寄存器来使能比较操作和空间矢量PWM方式,并且把 CMPRX的重装条件设置为下溢●将通用定时器1或2,4或5设置成连续增/诚计数模式,并启动定时器。然后给据在两相静止(a6)坐标系下输入到电机的电压空间矢量,分解为,确定如下的参数●所期望的矢量所在的扇区。根据 SVPWM的调制周期计算出两个基本的空间矢量和零矢量作用的时间
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