MATLAB仿真技术

MATLAB仿真技术（共12篇）

MATLAB仿真技术 篇1

目前使用的第二代移动通信系统的缺陷逐步明显, 如全球漫游、容量不足、频谱问题、支持宽带业务等问题。用户迫切需要通信业界能够在短时间内提供一种真正意义上的全球性、提供更宽的带宽、更灵活的业务, 并且使终端能够在不同的网络间无缝漫游的系统, 代替第一代和第二代移动通信系统。作为第三代移动通信系统核心的CDMA网络, 成为了当前研究工作的热点领域。MATLAB语言中的SIMULINK动态仿真软件已逐渐成为各种通信系统分析、设计、仿真和实验的综合平台。

1 CDMA通信理论基础技术-扩频技术

扩频是一种处理信息传输技术。扩频技术是利用同域传输数据 (信息) 无关的码对被传输信号扩展频谱, 使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。扩频通信的理论基础来源于信息理论和抗干扰理论, 即香农公式:

式中, C代表信道容量, 单位为bps, 表示信道所允许的最大传输速率, 也是需要达到的目的性能;B代表信道带宽, 意味着为之付出的代价, 单位为Hz;S/N代表信噪比, 单位d B, 表示周围的环境影响或物理特性。鉴于此, 可得出结论:相对于给定的信息传输速率, 可使用不同的信噪比和带宽的组合来进行传输。扩频通信系统正是利用这一理论, 将信道带宽扩展很多倍以换取信噪比上的提高, 增强了系统的抗干扰能力。

扩频通信的重要参数 (扩频增益) , 反映了由频谱扩展对抗干扰性的强弱。其定义为:

式中, Si和So分别为输入、输出信号功率;Ni和No分别为输入、输出干扰功率;Bw为随机码的信息速率, Rb为基带信号的信息速率。

2仿真工具

矩阵实验语言 (MATLAB:Matrix Laboratory) 是一种以矩阵为基础的交互式的程序设计语言。不仅具有卓越的计算能力, 还可应用在可视化、数字信号、图像处理、过程控制等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵, 其编程语言与数学工程中常用的形式十分相似, 为此, 在具有相同工作量的情况下, 利用MATLAB来解决实际问题, 要比用C、Pascal等语言快捷, 简便得多, 开发周期较短和减少工作量。MATLAB 7.0/Simulink 4.0包括数百个内部函数和几十种工具包 (Toolbox) 。在通信仿真系统中, 通信工具箱中的各模块都是可以读写的, 操作起来比较方便, 可以让用户进行二次开发, 满足实际设计和运算的需要。

3 仿真模型结构及分析

本课题研究了比较简单的DS-CDMA通信系统, 与实际的系统相比较, 此仿真模型省去了信道编码和解码, 但还是可以很真实地模拟DS-CDMA通信系统的工作过程。

3.1 仿真结构

信源设计中, 信源采用二进制贝努利序列产生器 (Bernoulli Binary Generator) 产生二进制序列;伪随机序列生成器, 在扩频通信技术中, 正交编码技术和为随机序列比较重要的技术。主要的序列有Walsh序列、Golden序列和m序列等。本设计采用m序列生成器, 其参数设置如图1所示。

信道, 采用加性高斯白噪声信道进行分析。加性高斯白噪声信道是最简单的一种噪声, 它表现为信号围绕平均值的一种随机波动过程。加性高斯白噪声信道的均值为0, 方差表现为噪声功率的大小。一般情况下, 噪声功率越大, 信号的波动幅度范围越大, 接收端接收到的信号的误比特率就越高。在研究通信系统的误码率与信道质量的关系时, 一般先研究它在加性高斯白噪声信道的性能, 然后再把它推广到具有快衰落的复杂情况。

本仿真结构主要包括三个部分:扩频;通过高斯信道, 加入干扰信号;解扩和误码率的计算, 由伯努利随机二进制信号产生器 (Bernoulli Binary Generator) 产生{0, 1}序列;PN序列发生器 (PN Sequence Generator) 产生用户地址码, 其码元周期远小于伯努利信号发生器产生的信号。并通过中继器 (delay) 将其转换为{1-, 1}, 此过程相当于BPSK调制;再将二者的序列用乘法器乘起来, 实现对数据序列的扩频, 即:将信号码元周期改造成PN序列的码元周期;再通过高斯信道 (AWGN Channel) 加入干扰信号, 模拟环境中的噪声;然后用相同的伪随机序列与其相乘, 达到对数据序列的解扩;再通过低通滤波器, 码元再生器, 就得到最后的信号, 再将原来的信号通过一个延迟器;将这两种信号通过误码率计数器 (Error Rate Calculation) 相比较可以计算出误码率, 再通过显示器显示出来。

3.2 仿真结果分析

运行上述仿真结构, 可以得出图2-6的仿真结果。

对扩频和解扩以后的波形进行傅里叶分析, 分析结果如图7-10。

通过对以上的波形和傅立叶变换分析, 最终将接受码元恢复到了发送信号, 而且误码率0.4%不到。证明了该系统具有很强的抗干扰能力, 保证了通信系统的可靠性和实用性。

摘要：在深入研究了CDMA通信系统的理论基础值之上, 利用了集成在MATLAB软件中的仿真软件SIMULINK对CDMA通信系统模型的组建和仿真。文章主要是在给定的条件下, 对各模块的设计, 运行仿真系统, 通过对波形和参数的分析, 证明系统设计的正确性, 即是CDMA系统具有较强的抗干扰能力, 在同频、同时, 信道是可以复用的特性。

关键词：CDMA,PN扩频,simulink仿真

参考文献

[1]徐明远, 等.MATLAB仿真在通信与电子工程的应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2005

[2]张葛祥, 等.MATLAB仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社, 2003

[3]樊昌信.通信原理教程[M].北京:电子工业出版社, 2004

[4]邓华.MATLAB通信仿真及实例详解[M].北京:人民邮电出版社, 2003

[5]陈怀深, 等.MATLAB及在电子信息课程中的应用[M].北京:电子工业出版社, 2003

MATLAB仿真技术 篇2

计算机控制技术 实

班 级 学 生 指 导 验 报 告

学 号 1108030301 姓 名 蔡 梦 教 师 张 坤 鳌

实验二 基于 Matlab 的离散控制系统仿真

一、实验目的和要求：

1、学习使用 Matlab 的命令对控制系统进行仿真的方法

2、学习使用 Matlab 中的 Simulink 工具箱进行系统仿真的方法

二、实验环境

X86系列兼容型计算机，Matlab软件

三、实验原理

1、控制系统命令行仿真

1）建立如图所示一阶系统控制模型并进行系统仿真：

一阶系统闭环传递函数为G（S）=

s1333s=s3，转换为离散系统脉冲传递函数并仿真。

2）建立如图所示二阶系统控制模型并进行系统仿真：

52s(s20.45)25251s(s20.45)=s220.45s52，二阶系统闭环传递函数为G（S）=转换为离散系统脉冲传递函数并仿真，改变参数，观察不同的系统的仿真结果。

2、控制系统的 Simulink 仿真

按图建立系统的 Simulink 模型，对不同的输入信号进行仿真，改变参数，观察不同的仿真结果。

将上述系统离散化并仿真，观察仿真结果

四、实验步骤

1、根据实验原理对控制系统进行软件仿真

2、观察记录输出的结果，与理论计算值相比较

3、自行选择参数，练习仿真方法，观察不同的仿真结果

5252s(s20.45)s(s20.45)525211s(s20.45)s(s20.45)进行软二阶系统闭环传递函数为G（S）=件仿真如下图：

分别进行离散仿真：

五、实验心得

针对这次实验设计，我通过各种渠道，上课认真学习，请教老师、上网搜索，图书馆查阅，询问同学等学习到了很多知识，一步步了解最少拍控制系统设计，锻炼了自我学习能力。

MATLAB仿真技术 篇3

【关键词】:数字水印 版权保护 MATLAB

中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)-06-0046-01

1 数字水印技术

1.1 基本概念

数字水印(Digital Watermark)技术是指用信号处理的方法在数字化的多媒体数据中嵌入隐蔽的标记,这种标记通常是不可见的,只有通过专用的检测器或阅读器才能提取^[1]。

1.2 特点

嵌入数字作品中的信息必须具有以下基本特性才能称为数字水印:

(1) 隐蔽性:在数字作品中嵌入数字水印不会引起明显的降质,并且不易被察觉。

(2) 稳健性:水印信息隐藏于数据而非文件头中,文件格式的变换不应导致水印数据的丢失。

(3) 鲁棒性:所谓鲁棒性是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后,数字水印仍能保持完整性或仍能被准确鉴别。

2 数字水印的常用算法及其一般模型

数字水印算法一般可分为两种:空间域和变换域。

空间域,即数字图像水印直接加载在图像数据上,它抵抗图像的几何变形、噪声和图像压缩的能力普遍较差而且可嵌入的水印容量也受到了限制。

变换域,即在变换域(离散余弦变换DCT、离散小波变换DWT、离散Fourier变换DFT等)中嵌入水印,信号能量可以扩散到空间域的所有像素上。变换域方法有以下优点:1)嵌入的水印信号能量可以分布到空域的所有像素上,有利于保证水印的不可见性;2)视觉系统(HVS)的某些特性(如频率的掩蔽特性)可以更方便地结合到水印编码过程中;3)频域法可与国际数据压缩标准兼容,从而实现在压缩域(compressed domain)内的水印编码。

数字水印的一般模型分为嵌入模型和检测/抽取模型。

3 数字水印攻击分析

所谓水印攻击分析,就是对现有的数字水印系统进行攻击,以检验其鲁棒性,通过分析其弱点所在及其易受攻击的原因,以便在以后数字水印系统的设计中加以改进。下面对一些典型的攻击方法进行分析。

3.1IBM攻击

是针对可逆、非盲(non-oblivious)水印算法而进行的攻击。其原理为:设原始图像为I,加入水印WA的图像为IA=I+WA。攻击者首先生成自己的水印WF,然后创建一个伪造的原图IF=IA-WF,也即IA=IF+WF。此后,攻击者可声称他拥有IA的版权。因为攻击者可利用其伪造原图IF从原图I中检测出其水印WF;但原作者也能利用原图从伪造原图IF中检测出其水印WA。这就产生无法分辨与解释的情况。

3.2StirMark攻击

Stirmark是英国剑桥大学开发的水印攻击软件,它采用软件方法,实现对水印载体图像进行的各种攻击,从而在水印载体图像中引入一定的误差,以水印检测器能否从遭受攻击的水印载体中提取/检测出水印信息来评定水印算法抗攻击的能力。

3.3 马赛克攻击

其攻击方法是首先把图像分割成为许多个小图像,然后将每个小图像放在HTML页面上拼凑成一个完整的图像。一般的Web浏览器都可以在组织这些图像时在图像中间不留任何缝隙,并且使其看起来这些图像的整体效果和原图一模一样,从而使得探测器无法从中检测到侵权行为。

3.4 串谋攻击

是利用同一原始多媒体数据集合的不同水印信号版本,来生成一个近似的多媒体数据集合,以此来逼近和恢复原始数据,其目的是使检测系统无法在这一近似的数据集合中检测出水印信号的存在。

3.5 跳跃攻击

跳跃攻击主要用于对音频信号数字水印系统的攻击,其一般实现方法是在音频信号上加入一个跳跃信号(jitter),以阻止水印信号的检测定位,达到难以提取水印信号的目的。

4实用工具——Matlab

4.1 用Matlab研究数字水印的优点

Matlab是当前在国内外十分流行的工程设计和系统仿真软件包^[2]。用它来进行数字水印的研究具有如下的优点:

(1) 集成了DCT、DWT等函数有丰富的小波函数和处理函数。

(2) 强大的数学运算功能。能够方便、高效地实现音频、视频中的大量矩阵运算。

(3) 提供了图像处理工具箱、小波分析工具箱、数字信号处理工具箱。

4.2 嵌入和提取思路

首先,把原始图片分成8x8的不重叠像素块,对分块后的图片进行 DCT变换,得到由DCT系数组成的频率块,把水印信息或防伪标识作为密匙输入一个m-序列(maximum-length random sequence)发生器来产生水印信号,然后此m-序列被重新排列成二维水印信号,并按像素点逐一插入到原始图像像素值的最低位。

然后,随机选取N对像素点,然后通过增加像素对中一个点的亮度值,而相应降低另一个点的亮度值的调整来隐藏信息。为增加其水印的鲁棒性,还可以把像素对扩展为小块的像素区域(如8x8),通过增加一个区域中的所有像素点的亮度值而相应减少对应区域中所有像素点的亮度值的调整来隐藏信息。

最后,提取时则选取相同的DCT系数,并根据系数之间的关系抽取比特信息,相当于前述嵌入原理逆运算。

5 小结

数字水印技术是一个新兴的研究领域,通过对现有技术的分析,数字水印技术今后可能的研究方向为:算法分析、基于特征的数字水印技术、公匙数字水印系统、数字水印代理(Agent)及文献^[3]阐述的基于三角面片几何图形的水印嵌入算法等其它的技术。

参考文献:

[1]伯晓晨,李涛,刘路等编著.《Matlab工具箱应用掼——信息工程篇》[M].北京: 电子工业出版社 2000年4月第1版

MATLAB仿真技术 篇4

1 基于变压器磁路控制的谐波抑制原理

基于变压器磁路控制的单相谐波抑制原理,如图1所示。图中Na和Nb分别是变压器的原、副边绕组,Nc是增加的变压器控制绕组,1为变压器的基波磁链,2为负载产生的谐波磁链,3为控制绕组产生的谐波磁链。对于三相变压器,只需在每相各增加一个控制绕组、电流检测器和谐波发生器,连接方法与单相变压器相同。

负载电流包含基波(50 Hz)和谐波两种分量,它们在通过变压器副边绕组时分别产生基波磁势F1和谐波磁势F2,从而在变压器的磁路中分别产生基波磁链1和谐波磁链2。在负载侧通过电流检测器检出负载电流I2中需要滤除的谐波分量I3,然后将其接入控制绕组Nc,产生相关次谐波磁势F3=W·I3(其中,F3为控制绕组的谐波磁势,W为控制绕组匝数)。通过改变控制绕组的连接方式和控制绕组匝数W,使谐波控制绕组产生的相关次谐波磁势F3与负载侧产生的谐波磁势F2大小相等而方向相反,从而使得由F3产生的谐波磁链3和由F2产生的谐波磁链2相互抵消。由于在变压器的磁路中消除了谐波的磁势和磁链,因此在变压器原边绕组中不会感应产生相关次谐波电流,使得由负载侧产生的谐波电流不会对变压器原边电网产生影响,从而达到治理电网谐波的目的[3]。

2 原理验证

基于以上分析,通过研究负载绕组和控制绕组的谐波电流对电源电流的影响来验证上述方案的正确性。用Matlab中的电力系统仿真工具箱对该方案进行建模和仿真[4,5,6]。

2.1 负载绕组的谐波电流对电源电流的影响

变压器负载绕组中的谐波分量在通过变压器副边绕组时产生谐波磁势F2,从而在变压器的磁路中产生谐波磁链2,使得变压器原边电流发生畸变。以整流负载为例,研究变压器负载绕组谐波电流对电源电流的影响。仿真模型,如图2所示。

为了便于比较,可让变压器作等压变换。假定电源电压没有发生畸变,变压器参数为:V1=V2=220 V,R1=R2=0.002 Ω,L1=L2=0.08 H。R=10 Ω,L=0.1 mH。负载电流和电源电流的各次谐波如表1所示。

可以看出,电源电流由标准的正弦波变成了含3,5,7等奇次谐波的畸变电流。也就是说,负载绕组中的谐波电流会使电源电流发生畸变。在变压器作等压变换时,除基波外,电源电流Is和负载电流Il的各次谐波大小相等。说明在电源电压没有发生畸变的情况下,负载绕组的谐波电流对电源电流有直接影响。当变压器的参数变化时,用电流折算的方法,仍可得出该结论。

2.2 控制绕组注入的谐波电流对电源电流的影响

与负载电流相似,控制绕组电流的变化(包括畸变)也必然会通过变压器在电源电流中有所反映。在控制绕组注入理想的谐波电流源,并适当调整其幅值和相位,研究变压器控制绕组谐波电流对电源电流的影响。仿真模型如图3所示。

滤波前后电源的各次谐波电流,如表2所示。注入3次谐波后,Is中的3次谐波由5.90减小到0.60,注入3,5次谐波后,Is中的3次谐波由5.90减小到0.86,5次谐波则由3.07减小到0.71。由于谐波电流源的幅值和相位很难精确控制,因此很难将某次谐波的幅值减小到零。说明如果能产生与变压器原边电流的谐波分量大小相等、方向相反的补偿电流,就能消除变压器原边电流中的该次谐波。

3 系统仿真与结果分析

3.1 负载绕组的谐波检测

负载绕组中谐波电流的检测采用以瞬时无功功率理论为基础的单相电路谐波检测方法。

由于从单相构造构造三相时,有240°的延时,这一延时影响了检测方法的实时性。为减小这一延时,文中由单相电流直接构造两相电流,即令Iα=Il,Iα延时90°为Iβ。然后按照Ip-Iq方式计算负载电流的谐波。其原理,如图4所示,LPF为低通滤波器,PLL为锁相环,其后为正弦、余弦信号发生电路。这部分电路能消除负载电压波形畸变对检测结果的影响,使得检测结果比较准确[7]。

3.2 控制绕组的谐波注入

无源滤波器只能滤除特定次谐波,并且可能与变压器阻抗发生谐振,使该次谐波放大。有源滤波器则克服了上述缺陷,并能实现动态补偿。因此,控制侧的谐波注入采用有源滤波方式。其仿真模型,如图5所示。

把图4中检测出的谐波电流I1h作为补偿电流的指令信号与实际的补偿电流信号Ic进行比较,两者的偏差△Ic作为滞环比较器的输入。通过滞环比较器产生主电路中开关通断的PWM信号,该信号经驱动电路控制开关的通断,从而控制补偿电流Ic的变化。

3.3 结果与分析

图5的参数设置如下:DC1=DC2=700 V,L=5 mH,变压器参数不变。注入控制绕组中的谐波电流Ic和注入Ic前变压器原边电流Is的波形如图6所示。Is的THD由29.95%降为0.48%,功率因数由0.80提高到0.96,Is的波形如图7所示。注入控制电流前后电源电流的各次谐波,如表3所示。

由图7可以看出,注入Ic后,变压器原边电流Is在一个周期左右达到稳定状态。由表3所示,Is基波基本不变,但各次谐波大大减小。说明控制绕组逆变产生的谐波电流和变压器原边电流的谐波分量方向相反,抵消了电源电流中的大部分谐波分量。仿真结果和理论分析一致,进一步验证了文中谐波抑制方案的可行性。

4 结束语

文中通过研究变压器负载侧和控制侧的谐波电流对电源电流的影响,提出了在变压器电源电压无畸变的情况下,通过变压器磁路控制抑制电源谐波电流的方案。理论分析和仿真结果表明,通过变压器磁路控制能有效抑制电力系统谐波。

消除谐波的过程在变压器内部完成,可以取得更好的谐波抑制效果。由于控制绕组注入的谐波电流抵消了电源电流的大部分谐波,减小了电源电流,因此减轻了变压器的负担。

在电网线路上注入谐波的方法在注入谐波时需要专门的变压器,而文中提出的谐波抑制方案只需在传统电力变压器上附加控制绕组,通过控制绕组注入相应的谐波电流来抑制由负载绕组引起的谐波。因此,该方案不但简化了电路,而且降低了成本。当然,对变压器的制作也提出了更高的要求。

参考文献

[1]Akagi H.New Trends in Active Filters for Power Condi-tioning[J].IEEE Transaction on Industry Applications(S0093-9994),1996,32(6):1312-1320.

[2]杨君,王兆安.并联型电力有源滤波器控制方式的研究[J].西安交通大学学报,1995,29(3):97-102.

[3]杨华云,任士焱.基波磁势自平衡谐波抵消式串联有源滤波器[J].电工技术学报,2005,20(5):45-48.

[4]任永峰,李含善,云怀中,等.并联型电能质量控制器的建模仿真研究[J].系统仿真学报,2007,19(20):4620-4623,4684.

[5]洪乃刚.电力电子技术基础[M].北京:清华大学出版社,2008.

[6]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的Matlab仿真[M].北京:机械工业出版社,2006.

MATLAB仿真技术 篇5

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Work2 2-1

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2-4 2-4-(1)

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Work3 3-1

3-1-（1）

Work 4 4-1 4-

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Work5 5-1-（1）

5-1-2

5-1-（3）

5-2简述MATLAB命令窗的主要作用？

（1）命令窗口(Command Window)位于MATLAB 操作桌面的右方，用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果，是MATLAB 的主要交互窗口。

（2）Matlab既可以运行命令也可以执行程序，在命令窗口中可以运行单独的命令也可以调用程序，相当方便，而编辑调试窗口和图像窗口都是程序运行结果展示窗口，可以很直观的对程序运行过程中出现的矩阵或者是变量等等进行监视。（3）在MATLAB 命令窗口中可以看到有一个“>>”，该符号为命令提示符，表示MATLAB正在处于准备状态。在命令提示符后输入命令并按回车键后，MATLAB 就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。5-3简述MATLAB绘制二维图形的一般步骤 MATLAB绘制图形一般采取以下7个步骤：（1）准备数据

（2）设置当前绘图区（3）绘制图形

（4）设置图形中曲线和标记点格式（5）设置坐标轴和网格线（6）标注图形

（7）保存和导出图形

5-4启动Simulink的方式有几种？ 1.启动Simulink 启动Simulink通常有三种方式：

1)直接从Matlab指令窗口选取菜单File| New| Modal命令，Matlab将会打开Simulink库浏览器和名为untitled的模型窗口。2)在Matlab命令窗口中键人Simulink命令，Matlab将会打开Simulink库浏览器。

3)点击Matlab命令窗口工具条的图标，启动Simulink库浏览器。

由启动Simulink的三种方式，要新建一个模型文件，至少可以采用两种方式：

1)直接从Matlab指令窗口选取菜单File|New|Modal命令。2)先启动Simulink库浏览器，然后点击Simulink库浏览器的工具条中的“新建模型”图标，建立新的模型文件。

如果模型文件已经存在，至少有三种方法打开模型文件： 1)从Matlab指令窗口选取菜单File|Open命令。

2)先启动Simulink库浏览器，然后点击Simulink库浏览器的工具条中的“打开模型”图标，打开已经存在的模型文件，对它进行编辑、修改和仿真。

3)在Matlab命令窗口中键人模型文件名称，不需要．mdl后缀。Simulink用不同的窗口显示模块库、模型号和仿真输出图形结果．这些窗口不是Matlab图形窗口，不能用句柄图形命令来操作。5-5

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MATLAB仿真技术 篇6

【摘 要】MATLAB是一种高效率的工程计算软件，LabVIEW是一种高性能的图形化虚拟仪器编程软件，本文首先分析了几种LabVIEW与MATLAB混合编程技术的优缺点，然后在LabVIEW中通过MATLAB Script节点调用MATLAB，利用MATLAB图像处理工具箱中的函数进行图像处理。

【关键词】虚拟仪器；LabVIEW；MATLAB Script

MATLAB是一款强大的科学计算软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，针对不同领域的应用，具有信号处理、图像处理、神经网络等几十个专用工具箱；MATLAB缺点在于界面开发能力较差，并且数据输入、网络通信、硬件控制等方面都比较繁琐。

虚拟仪器是是一个按照仪器需求组织的数据采集系统，LabVIEW是开发虚拟仪器的、基于图形化编程G语言的高效软件，它图形界面丰富，可以容易地制作各种界面。但在对各种算法的支持方面，LabVIEW的工具箱非常有限，这就限制了大型应用程序的快速开发。

如果能把二者的优点想整合，利用混合编程技术在LabVIEW中调用和操作MATLAB，就可以相互补充，充分发挥两者的优势，开发出高效率的虚拟仪器。

一、LabVIEW中调用和操作MATLAB的方法

LabVIEW和MATLAB混合编程的实现主要有以下几种方法。

（一）利用MATLAB Script节点调用MATLAB算法

在MATLAB Script节点中，用户可以编辑MATLAB程序，也可以直接调入已经存在的MATLAB程序，并在LabVIEW环境下运行。用户可以很方便地在自己的LabVIEW应用程序中使用MATLAB编写的算法和功能丰富的工具箱。

MATLAB Script节点对输入、输出数据的类型有明确的要求。目前两者之间的数据通信仅支持Real、Real Vector、Real Matrix、Complex、Vector Complex、Matrix六种格式的数据，而且还必须根据具体情况进行选择。

用该方法实现LabVIEW与MATLAB的混合编程简单、实用，其缺点是没有脱离MATLAB的环境，而只是将它在后台执行，所以这种方法必须在计算机中安装有MATLAB。

（二）利用COM组件调用MATLAB算法

COM技术的核心就是二进制接口规范，此规范独立于编程语言和操作系统。从MATLAB6.5开始增加MATLAB COM Builder功能，它可以帮助用户将用M语言开发的算法自动、快速地转变为独立的COM组件对象。通过COM组件，可以同其他用户共享已经开发的算法，并且可以免费地随同COM应用程序发布MATLAB算法。

LabVIEW在其Function》Communication》ActiveX模块中提供了一组与组件操作相关的子VI，其中Automation Open节点打开一个与COM对象相连的Refnum，然后该Refnum 能够被传递给模块中的其他函数节点，从而实现具体的COM对象操作，最后Close Automation节点关闭Refnum。

利用COM技术，MATLAB Builder for COM能够将低速执行的M文件编译成二进制的COM组件，嵌入到LabVIEW程序中。这种方法对于规模较大，性能、速度、内存管理要求较高的LabVIEW应用程序来说，是非常有利的。

（三）利用动态链接库技术

动态链接库（DLL）是基于Windows程序设计的一个重要的组成部分。在LabVIEW下利用DLL技术调用MATLAB，首先是用m文件翻译器Matcom将MATLAB的，源文件翻译为cpp代码，并编译为dll文件；然后用LabVIEW提供的调用库函数（Call Library Function，CLF）节点，在LabVIEW中实现DLL函数的调用。

该方法必须安装Matcom，但是Matcom对class类和图形窗口的支持不够，使得图像处理的一些功能不能使用，无法画出像MATLAB中那样精细的图像。

比较以上三种方法可知，利用动态链接库的方法不适合调用MATLAB进行图像处理；利用COM组件可以完成调用MATLAB图像处理的功能，但比较繁琐，适合于大型系统设计；利用MATLAB Script节点可以方便地完成MATLAB图像处理功能，满足一般需求，开发出小型高效的虚拟仪器系统。

二、LabVIEW与MATLAB混合编程图像处理的实现

LabVIEW的每个程序就是一个VI，它包括前面板和框图程序窗口两部分。在LabVIEW中利用MATLAB Script实现MATLAB图像处理方法为：在框图程序窗口中，通过Functions Palette- Mathematics-Formula-MATLAB Script，打开MATLAB Script节点，可以直接在其框图中写入MATLAB图像处理程序，也可以在框图中点击右键，在弹出菜单中选择“import”，在对话框中选择要导入的图像处理M程序文件即完成了节点程序的写入。一般情况下推荐使用后者，在MATLAB环境下编译通过的M文件导入节点可以节省调试时间，提高开发效率。在框图内书写或调用文件时要保证每一条语句的完整性，或者完整写在一行，或者分行要有连接符，否则，程序运行会产生错误。MATLAB Script节点的参数传递可通过添加输入输出完成。在节点边框上单击鼠标右键，在弹出式菜单中选择“Add Input”或“Add Output”，注意數字图像是以矩阵格式存储的，所以输入输出图像的数据格式选择为Real Matrix。

三、结束语

通过LabVIEW与MATLAB混合编程，二者扬长避短，优秀的LabVIEW图形化编程语言与强大的MATLAB工程计算语言结合，必将大大提高虚拟仪器的开发效率。

参考文献：

[1]杨乐平，李海涛，杨磊.LabVIEW程序设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]裴锋，汪翠英，李资荣.基于LabVIEW的虚拟仪器算法解决方案[J].自动化仪表，2005，26（8）：63-65.

作者简介：

基于MATLAB的图像融合技术 篇7

计算机技术日益发展兴盛, 图像处理的需求也日益扩大, 所以作为当今社会的大学生, 我们需要掌握这一项数字图像处理的技能, 当然这门课程也受到了相当大的重视, 很多高校计算机相关专业和电子专业都开设了MATLAB相关课程。

数字图像融合技术课程难度大、门槛高, 不是那么容易理解, 从理论到实践性的跨度很大。图像融合技术可广泛用于数字照相机的大景深成像、医学多模式图像的综合显示、地球遥感图像分类识别、机器人视觉、虚拟现实、三维图像重建、防恐怖安全检查等领域。所以我们要重视这一技术的理论及应用。

算法原理

图像的小波分解

mattat在Burt和Adelson图像分解与重构金字塔的启发下提出了小波变换的Mallat快速算法, 该算法在小波变换中的作用如同傅里叶变换中的快速傅里叶变换FFT是对图像作小波分析和综合的基础。若对图像进行J层小波分解则将产生3J+1个像分量, 包括3J个高频分量和1个低频分量。设尺度函数和小波函数对应的滤波器系数矩阵分别为H与G则图像小波分解为与之对应的图像重构公式为:

式中Cj+1、Djh+1、Djv+1、Djd+1分别对应于图像Cj的低频分量、水平方向的高频分量、垂直方向的高频分量以及对角方向的高频分量。H′、G′分别为H、G的共轭转置矩阵。

图像融合原理

图像融合技术包括两个部分, 即“无缝合成”和“图像配准”。在进行图像融合时, 成像过程中可能会受到各种因素的影响, 得到的图像间存在着相对的几何差异。

利用将要融合的图像自身的特点、图像传感器类型和图像融合的目标, 本文研究基于MATLAB的开放式数字图像处理上机实验平台, 对“图像融合”的技术进行进一步的研究。

本文采用的图像融合算法是小波变换法算法, 小波变换法能够同时提供信号在时域和频域中的信息, 得到的融合图像清晰且细节丰富, 在图像处理方面应用广泛。

小波变换原理公式为:

其中, ϕ为傅里叶变换, C、ϕ取有限。

系统框架设计

选择两幅图像;

对这两幅图像进行预处理, 即把噪声去除并进行图像配准等等;

选择并确定适当的图像融合算法;

对图像融合的结果进行评估;

若对图像融合的评估结果不满意, 则需调整参数, 重新进行图像融合, 重复步骤以上的操作。

输出图像融合结果。

系统实现

图像预处理

图像预处理部分是对图像的灰度值进行判断, 如果灰度值较大, 要对像素点进行减弱操作 (用0.5与像素点做乘法) , 反之如果灰度值较小, 对像素点加强 (用1.2与像素点做乘法) 。处理之后图像的灰度值整体趋于平缓。其程序流程图如下图所示。

小波分解及图像融合

小波分解和图像融合部分分为两步, 第一步是将经灰度处理的图像进行小波分解, 小波分解部分利用Matlab自带的函数进行, 分解后检查图像的频域, 将低频部分进行增强。其图像流程图如下图所示

其中关键性函数有:

Waverec2:二维信号的多层小波分解。

Colormap (map) 用map矩阵映射当前图形的色图。

Subplot:将多个figure放到一个平面中。

实验结果和分析

可以利用小波分析的方法, 首先我们要对信号加以分解, 使将要被分解的信号利用小波分析的方法, 通过一组尺度不同的带通滤波器进行滤波, 使信号分解, 当信号分解成不同频带后, 对不同的图像进行频带检测, 以确认可以进行信息的处理。举个例子, 人类视觉的多通道滤波也是利用光线的不同频带进行信息的分析处理。小波滤波与人类视觉通道按对数特征变化是一致的。

小波变换能把信号进行多分辨分析, 表达了图像在不同分辨率下的特征, 适用于图像融合技术。

小波分析用于图像融合是小波分析应用的一个重要方面。它的特点是压缩比高, 压缩速度快, 压缩后能保持信号与图像的特征不变。下面有两张原始图像, 建好坐标后, 大小一致。

融合之后即是下图的效果:

下图为融合的对比图:

结束语

MATLAB仿真技术 篇8

关键词：Matlab软件,图像增强,灰度变换,噪声

在数字图像处理中, 图像增强是采取图像处理技术将图像中的重要信息突出, 不需要的信息弱化或清除, 以使图像更为清晰。采用图像增强技术可以改善图像质量, 通常所采用的技术方法为空间域去噪方法和频率域去噪方法。空间域去噪方法是运算处于空间域内的图像像素的灰度值, 并直接处理噪声。频率域去噪方法是运算某种变换域内的图像的变换值。比如, 将图像的对比度增强, 可以起到增强图像的效果。

1 空间域去噪算法

空间域去噪, 要确定噪声点且重新幅值。运用空间域滤波法对图像的灰度值以调整, 采用相应的图像处理技术处理图像的像素。运用空间域去噪算法增强图像效果, 一般会选用平滑线性空间滤波器及统计排序非线性空间滤波器两种方式。

1.1 平滑线性空间滤波器

平滑线性空间滤波器包括多种滤波方式, 其中均值滤波器操作简单。通过求取出模板中所含有的像素平均值, 利用一定尺寸的模板操作图像邻域之间的像素。为了能够使所有的像素都可以滤波, 要确保像素点刚好呼吁模板的中心位置。要对, 要移动模板以满足实验的需要。平滑线性空间滤波器虽然操作简便, 计算数值的速度较快。但是图像的模糊程度会有所提高, 特别是图像的边沿以及细微之处, 图像扩散范围逐渐增大, 就越是模糊。

1.2 非线性排序统计滤波器

非线性排序统计滤波器多采用中值滤波器对图像滤波。中值滤波算法是对一个邻域内的滑动窗口内的所有像素灰度值按照一定的排列排列, 窗口中心像素的原灰度使用中替代, 可以抑制随机噪声, 图像的边沿稳定;中值滤波器是对于所有的像素点都要采用同一滤波处理方式, 误差值也存在其中, 使得图像边缘遭到损坏。

2 频率域去噪算法

频率域去噪法是运用低通滤波方法修正图像的频谱, 将图像从空间域转向频率域处理图像。频域滤波方法基于空间域转换而来, 图像从空间域转换到频域中, 去除变换后的噪声系数, 再以反变换方式将图像由频域转换到空间域中, 图像去噪完成。在图像转换中, 傅里叶变换起到了重要的作用, 尤其对图像边缘位置的去噪效果更好。频域滤波方法在图像增强处理时仍然存在着局限性, 当图像信号与噪声的频带相互重叠, 就会影响到图像去噪效果就会受到影响, 表现为图像边缘模糊不清, 图像的细节损坏。

3 运用Matlab软件实施图像增强技术

3.1 Matlab软件的功能

Matlab软件所形成的集成环境中, 可以支持概念设计、算法开发、建模仿真, 技术性处理程序包括数据分析、工程与科学绘图、数值和符号的计算。图像处理中, 还要进行仿真和原型开发。Matlab软件具备图形基础环境, 且对于有关信息进行数值分析。Matlab软件中, Matlab Toolbox (工具箱) 可以实现多种算法的比较, Matlab Compiler编译器可以自动生成C代码, 加快应用程序的开发速度。Simulink的功能在于建立仿真环境, 运用仿真驱动程序, 无需书写代码, 就可以将系统模型创建出来。Stateflow作为驱动系统, 可以建立嵌入式系统, 对于设计模型进行分析、处理, 建立仿真功能。

3.2 图像增强技术

基于Matlab的图像增强处理, 采用均值滤波。由于均值滤波算法的灵活度不够, 如果图像污染程度较低, 采用均值滤波极为有效。如果图像已经严重污染, 均值滤波的敏感度就难以满足增强图像效果的技术需求。

3.2.1 均值滤波对高斯噪声的滤波效果

创建预定义的滤波算子运用f special函数, 表示为:

如果运用目测方式感受图像的视觉效果, 采用高斯噪声进行均值滤波去噪效果良好, 但是图像的邻域半径需要扩大。判定去噪效果, 需要采用度量方式才能够提高图像效果。

3.2.2 高斯噪声的滤波辅之以线性加权滤波方法

采用线性加权滤波方法对图像进行去噪, 如果图像的噪声污染非常严重, 中心权值相同的模板的滤波能力就会明显下降。处于同等的噪声污染程度, 随着滤波器中心权值能力相对较小, 滤波器的滤波能力就会有所增强, 可以获得较好的图像视觉效果。如果图像的噪声污染程度较轻, 图像的滤波方式可以做出调整, 即采用线性加权滤波方法的图片去噪效果较好。针对于重度噪声存在的图像, 采用线性加权滤波方法, 就很难达到令人满意的图形啊视觉效果。但是, 线性加权滤波方法的算法极具灵活性, 而且图像去噪具有较强的适应性, 且与其他滤波方式相比, 具有较短的滤波时间。线性加权滤波方法对图像去噪的对比效果见图1、图2。

3.2.3 倒数加权滤波对高斯噪声的滤波效果

图像处于同等的噪声污染程度, 采用倒数加权滤波, 可以利用其较强滤波能力, 使得图像细节的噪声得以消除。中心权值小的滤波器, 如果模板的中心权值相同, 噪声滤波的能力就会下降。如果图像为轻度的噪声污染, 运用倒数加权滤波方法处理图片, 效果会较好, 且在图像的细节上及边缘区域具有一定保管能力。如果噪声污染为重度, 采用倒数加权滤波就很难获得良好的图像去噪效果。基于倒数加权滤波算法具有一定的灵活性, 可以对于图像增强技术的参数以调节, 因此, 针对于噪声污染程度不同的图像, 倒数加权滤波方法可以通过调节参数发挥其适应性, 以获得理想的图像去噪效果。

4 结语

综上所述, 基于Matlab的图像增强技术, 要发挥其图像噪声去除能力, 就要运用好的滤波算法, 同时还要保持图像的边缘和细节。本论文对于图像去噪处理, 采用了均值滤波去噪法、线性加权滤波去噪方法、倒数加权滤波去噪法, 对于图像增强效果以对比。由于图像的污染程度不同, 其在图像增强技术处理中, 细节之处存在着差异, 使得图像去噪效果有所不同。

参考文献

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[2]杨新华, 王艳, 段永军, 等.基于MATLAB的图像增强处理系统的设计与实现[J].火力与指挥控制, 2008, 33 (6) .

[3]宋杰静.基于matlab的图像增强技术的研究[J].计算机光盘软件与应用, 2011 (17) .

[4]吴斌, 吴业东, 张红英.基于变分偏微分方程的图像复原技术[M].北京:北京大学出版社, 2008.

[5]李琳, 蒋华伟, 刘啸岭.基于小波变换的数字图像压缩编码方法研究[J].微计算机信息, 2007 (19) .

[6]王洪兰, 张若钢.浅谈图像增强的直方图处理及其MATLAB实现[J].电脑知识与技术, 2007, 3 (16) .

MATLAB仿真技术 篇9

在经典控制理论当中,PID控制是发展较为成熟的控制策略之一,对于可建立精确数学模型的确定控制系统,其算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点得到充分体现,因此,被广泛应用于各种控制系统当中,然而,实际控制过程中往往具有非线性、时变、大时滞、不确定性等特点,所以较难建立精确的数学模型,应用传统控制理论方法往往就不能达到理想的控制效果。

与传统控制相比,模糊控制有着十分突出的优点:首先是模糊控制可以不需被控对象的数学模型即可实现较好的控制,这是因为被控对象的动态特性已隐含在模糊控制器输入,输出模糊集及模糊规则中。其次模糊控制在许多应用中可以有效且便捷地实现人的控制策略和经验,模拟人的思维过程。

尽管模糊控制技术有着上述十分突出的优点,然而,在处理受时延影响较大的系统时,经典控制理论还是较常采用的控制策略。但同时,探索如何将模糊控制应用于时延处理当中,也是人们关注的焦点。在文献[1]中,介绍了基于Smith预估结构的时滞系统自适应模糊PID控制方法,利用模糊控制原理对PID参数进行在线修正,取得较好的效果。文献[2]中,则介绍了模糊逻辑控制器在线性系统中对变时延问题的处理,最后通过一个温度控制问题来表明控制性能的显著改善。本文则在文献[3]阐述的相平面分析法中,通过引入时延处理机制,使得模糊控制规则具有时延处理能力,从而达到运用模糊逻辑对非线性时滞系统进行控制的目的。

1 模糊逻辑控制系统结构

图1指出了通常情况下的双输入单输出的模糊逻辑控制系统结构图。

模糊逻辑控制器F L C(F uzzy L og ic Controller),是一个典型的二输入单输出的模糊控制器,图1中的输入为e,Δe。e为参考输入值与输出端反馈到的值之差,即参考误差;Δe为当前时刻的e和上一个时刻的e值之差,即误差的变化;通过对这两个输入量进行模糊判定,可以得出控制调整值ΔP。

其中的Pk为控制输出量,KP、KI分别为增益因子。F表示模糊逻辑控制器作用下的模糊规则,输入量通过模糊机构的作用后产生控制调整量。

2 模糊控制算法

系统控制由模糊控制器F L C实现,SIG d为参考输入值,并且输出的调整值可根据调整后的SIG值计算得出,因此有:

其中,e(m)和Δe(m)表示在第m个采样周期时的SIG误差和SIG误差的变化。

模糊控制器首先需要将上述两个输入量模糊化,将其转化为适合人类思考的语义表达的模糊量。基于这两个模糊量,通过模糊规则库和模糊推理,得到控制调整值ΔP(模糊量),最终通过反模糊化处理得到F L C的控制输出ΔP。

输入输出变量的隶属函数如图2所示。

模糊知识库由常见的IF-T H E N句型构成的模糊规则来描述:

7 7的模糊控制规则集见表1所示。利用模糊规则集并结合一定的量化关系,便可以得到量化后的模糊控制决策表。此表可由线下生成,因此节省了在线计算所需的大量资源和时间,便于实时控制,对决策表查询后,控制器便可以做出控制决策。

3 控制算法调整

由于通常情况下,系统中的时延对其性能往往有着显著的影响,因此,有必要将时延的信息加入到模糊规则中,从而使得控制器具有对系统时延的处理能力。上述模糊算法描述的为通常情况下的二输入单输出的控制策略,为此,我们需要基于上述算法来做出适当的调整,得到具有时延控制能力的模糊算法。由于二阶系统系统的响应中包括了超调、振荡、稳态等情况下的特点,因此,我们可通过对二阶系统模型进行分析而得到一般情况下的具有时延控制能力的模糊算法。如图3所示。

通过前述的控制算法,F L C的控制效果应同理想预期情况下的相似,但是由于时延的影响,常规的F L C的控制效果实际上会滞后一定时间。

图3中,b1、b2、c1、c2分别为响应的过零点和峰值点。而A1、A2、A3、A4则根据Δe和e的取值进行划分:A1:Δe<0、e>0;A2:Δe<0、e<0;A3:Δe>0、e<0;A4:Δe>0、e>0;

如何补偿时延引起的衰落,使得控制效果曲线能较好的拟合,是调整算法需要解决的问题。本文借助文献[3]中提出的相平面法的思想,将时延信息添加到模糊规则中,实现F L C对时延的处理。

相平面方法对非线性系统稳定性的分析是十分有效的。在模糊控制中,误差状态平面可以作为联系系统性能和规则库的桥梁,根据上述Δe和e的关系,就可以得到误差状态平面(如图4所示)。通过对A1、A2、A3、A4四个区域和四个点c1、c2、b1、b2的分析,可以知道,它们将图3中可能的阶跃响应均映射到了误差状态平面中.

规则库中输出变量的行为,可以依据以下原则调整:(1)倘若e以合理的速度趋向于零,则维持原输出(ΔP=0);(2)倘若e=0,Δe=0,则维持原输出(ΔP=0);(3)倘若e以不正确的方向趋向于零,则相应调整输出增量ΔP,其值不为零。

通过结合相平面轨迹的分析,可以得到详细的规则建立原则:(1)在过零点b1、b2,应阻止区域A2、A4里的超调;(2)在峰值点c1、c2,应加快响应速度;(3)在区域A2,应减小波峰的超调;(4)在区域A4,应减小波谷的超调;(5)在区域A1、A3,当e较大时应加快响应速度并且在e接近零时阻止区域A2、A4里的超调。

规则库中输出值的确定可由下述方法确定:(1)在峰值点c1、c2(Δe=0)确定此时的输出ΔP0=e。(2)在状态e=0,Δe与输出有相同的正负号,在其它状态,它对输出也应有类似作用。于是,可由以下方法得到输出值:ΔP=ΔP0+Δe=e+Δe

正如前所述,在系统时延的影响下,F L C的控制曲线会明显落后于实际的曲线,为降低这种影响,由此,我们可以在控制决策上将控制曲线向左平移以拟合实际的曲线(如图3)。同时,A1-A4四个响应区和峰值点均需要向左平移。对于相平面而言,就是将下半平面(A1、A2)的曲线向左移动,而上半平面(A3、A4)的曲线向右边移动。按照上面阐述的误差状态平面的内容,可以将上述调整映射到模糊规则框架中。因此,相平面下半部分的左移动就等效为图3阶跃响应中的A1、A2、b1的向左移,同理,相平面上半部分的右移动就等效为图3响应曲线中A3、A4、b2的向左移。表2即是调整后的具有时延处理能力的模糊规则集。

4 仿真

根据上述算法,利用M AT L AB模糊工具箱与Simulink对工业控制过程中常见到一阶时滞系统进行仿针研究。系统的仿真结构图如图5所示。

其中的X Y G raph用于观察误差相平面关系,F uzzy L og ic Controller则是用模糊工具箱设计的模糊控制器,它反映了模糊控制的算法。Scope用于比较输入信号与控制输出信号。输入信号源通过一手动开关进行选择。T ransfer F cn为一阶时滞系统,其传递函数模型为:

其中T为受控对象时间常数,τ为系统滞后时间,K为受控对象的增益。

仿真过程中,我们取T=5s,K0=1.5;τ则取15s作为系统的仿真参数。同时,由于调节KP、KI、K的值相当于对模糊集论域的大小进行调整,因此,通过三个值的调节,能较好的调整控制效果,仿真中,三个参数调整的值分别为:0.5、50、0.11,其调整值与相应隶属函数论域的范围有关。在调整K时,应特别注意系统的稳定性,不可使K过大。通常情况,通过上述调整能得到较好的控制效果,倘若调节后仍达不到控制要求,则需要对模糊规则进行相应修改调整,此时可以根据上述方法,以相平面图作为依据作出调整。

图6为当τ=15s时,输入为方波信号时的控制响应曲线。

通过上述仿真图表明,模糊控制器对时滞系统有着较好的控制效果。同时可以根据不同的控制要求,选择是否需要建立另一模糊控制规则用以精调以达到控制精度。

5 结论

综上所述,基于模糊控制方法的模糊控制器,引入了时延处理模糊规则调整,因而对于克服系统的时滞具有明显的作用。更主要的是,通过相平面的引入,使得模糊规则的建立和调整都有了较为明确的理论方法,减少了由于经验差异而带来的系统控制的不稳定性。同时,在模糊控制器的设计过程中,如何调节KP、KI、K也是十分重要的课题,有待进一步的研究和探讨。

本文作者创新点:本文通过相平面方法的引用,通过修改模糊规则库将模糊控制方法应用于时延处理,使得传统基于经验的模糊规则调整有一定的理论依据作为参考。

摘要：对模糊控制理论模糊规则集的构造进行了研究,介绍了利用模糊技术对时延系统进行处理的控制方法,该方法根据控制误差e和误差的变化△e与输出△p的关系,通过对建立的常规模糊规则集进行适当的修改,将时延处理信息加入模糊规则集,使得被控系统具有良好的动静态特性和抗干扰性,同时拓广了模糊控制技术的应用。

关键词：模糊控制,隶属函数,时延,MATLAB仿真

参考文献

[1]郑恩让,王新民.时滞系统的智能控制方法[J].系统仿真学报.2005,17(12):2947-2949.

[2]James G.Dawson,Zhiqiang G ao.Fuzzy log ic control of linear systems with variable time delay[J].IE E E International Symposium on Intellig ent Control,16-18Aug1994Pag e(s):5-10.

[3]Han-X iong Li,H.B.G atland.A new methodolog y for desig ning a fuzzy log ic controller[J].IE E E Transactions on Systems,Man & Cybernetics.1995,25(3):505-512.

[4]闻新,周露,李东江等.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用[M].北京:科学出版社.2001.

MATLAB仿真技术 篇10

电力电子技术是20世纪后半叶诞生与发展的一门崭新技术, 也是自动化、电气工程类专业的一门重要专业基础课。它日新月异的发展, 使得该门课程处于不断充实、更新之中。目前的电力电子技术实现了从以半控的晶闸管电路为主体向以全控型器件电路为主体的转变。随着电路越来越复杂, 在实际中应用就越来越来越难, 因此在验证一种电路的可行性时, 如果可以通过一种计算机软件来模拟它的可行性, 这样既可以节省时间, 又可以节省大量的财力和物力。因此, MATLAB软件中的Simulink可以在电力电子技术中找到它的用武之地。可以看出Matlab作为一种新型的高性能的语言, 为电力电子技术的研究与应用实现提供了理想的工具。

1 Matlab电力电子仿真简介

在Matlab环境下进行仿真, 可基于Simulink图形界面建立模块化交互式的仿真模型。而有关电力电子的仿真研究主要基于PSB (Power System Bloksets) 进行, 仿真模型依据元件模型来建立, 其中包括:电源模型库、连接模型库、元件模型库、电机模型库、测量模型库及附加模型库等。

在具体的仿真中建立模型是基础, 参数设置是关键。建立仿真, 一般采取以下步骤:

(1) 按自己习惯的方式 (有三种方式) 进入Matlab/Simulink界面建立模型 (Model) 文件;

(2) 依据要仿真的电路在模型库中选择相应元件模型, 然后布局连接;

(3) 设置元件模型参数及控制算法;

(4) 仿真分析, 参数微调。

2 仿真实例

本文以电力电子中典型单相半波可控整流电路及三相桥式全控整流电路为例, 从仿真模型建立、参数设置及结果分析进行研究。

2.1 仿真模型

2.2 参数设置及结果

参数设置是仿真的关键也是仿真的难点。本次仿真中选择ade23b算法, 设置脉冲幅值为100V, 脉冲占比为30%, 周期为0.02S, 采用单一参数负载。相误差设置为1e-5, 开始时间为0, 停止时间为0.1S, 改变触发角, 得到仿真结果如图3所示。

3 结论

本文通过Matlab对两种整流电路, 首先用模块搭建仿真模型, 进而设置参数, 最后进行仿真, 突破了传统的仿真方法需要大量繁琐的编程调试工作, 使用户不必对计算机系统本身赋予更多的注意, 而将主要的精力集中在课题本身。基于图形界面的仿真建模方式的仿真软件——Matlab适用范围极广, 值得大力推广。

参考文献

[1]陆治国.电源的计算机仿真技术[M].北京:科学出版社, 2001.

[2]李传奇.电力电子技术计算机仿真实验[M].北京.电子工业出版社, 2007.

MATLAB仿真技术 篇11

【关键词】等厚干涉 Matlab 仿真

【中图分类号】TP391.9 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）01-0176-02

1.引言

在计算机技术迅速发展的今天，光学实验仿真受到越来越多的科研工作者和教育者的广泛关注。其中主要有两个方面：第一是在科学计算方面，利用仿真实验的结果指导实际实验，减少和避免贵重仪器的损伤：第二是在光学教学方面，将抽象难懂的光学概念和规律，由仿真实验过程直观的描述，让学生饶有兴趣的掌握知识。本文在光学理论的基础上，编写了MATLAB程序代码，实现了等厚干涉的实验仿真。

2.等厚干涉的基本原理

当光源照到一块由透明介质做的薄膜上时，光在薄膜的上表面被分割成反射和折射两束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又经上表面折射，最后回到原来的媒质中，在这里与反射光交迭，发生相干。只要光源发出的光束足够宽，相干光束的交迭区可以从薄膜表面一直延伸到无穷远。薄膜厚度相同处产生同一级的干涉条纹，厚度不同处产生不同级的干涉条纹。这种干涉称为等厚干涉。如图1所示。由于介质的折射率满足n1n3的条件，两束反射光的光程差按其计算公式为

■ （1）

图1等厚干涉

由于各处薄膜的厚度e不同，光程差也不同，因而产生明暗相间的干涉条纹。

明纹条件为

■ （2）

明纹所在处的厚度为

■ （3）

暗纹条件为

■ （4）

暗纹所在处的厚度为

■ （5）

这里k是干涉条纹的级次，k=0的零级条纹这里应为暗纹，出现在厚度为零处即棱边处。

3.仿真过程及结果

基于上述原理分析，假设波长为500nm，楔形角大小为0.000001rad。通过Matlab编程，则得到相应的仿真结果。实现等厚干涉仿真程序如下：

Clear %清除原有变量

Lambda=500*（1e-9）； %设定波长

theta=1*（1e-6）； %设定倾角

ni=500； %微元个数

ds=linspace（0，0.0005，ni）； %竖直方向分割

for k=1：ni

y（k）=ds（k）/sin（theta）； %水平方向的对应坐标

Delta=2*ds（k）+Lambda/2； %对应点的光程差

Phi=2*pi*Delta/Lambda； %对应点的相位差

B（k，：）=4*cos（Phi/2）.^2； %光强与相位差相联系

end

figure（gcf）； %以下为形成图像过程， 将光强与图像辉度相对应

NCLevels=250；

Br=（B/4.0）*NCLevels；

image（0，y，Br）；

colormap（gray（NCLevels））；

title（'二维强度分布'）；

图2 等厚干涉条纹

运行上述程序即可获得等厚干涉条纹分布图，如图2所示。由图可见，图样是明暗相间的条纹，相邻两条亮条纹或暗条纹对应的光程差都为λ，所以从一个条纹过度到相邻一个条纹，平板的厚度改变为λ∕2n。

4.结束语

在光学干涉教学中，光学理论复杂抽象，实验演示难度大。本文基于Matlab仿真技术，利用matlab简单易学、编程效率高、图形处理功能强大的特点，将其作为光学实验演示平台，很好地解决真实的光学实验因环境限制而不能进入课堂的难题。通过仿真不仅可以提高对光学理论的学习效率，还可以增强对光学规律的理解能力，受到很好的教学效果。

参考文献：

MATLAB仿真技术 篇12

关键词：数字交换网络,T接线器,S接线器,Simulink

(一) 数字交换网络的工作原理

数字交换网络是程控数字交换机的核心, 主要由数字接线器组成, 能够直接交换从数字传输设备进来的数字信号。当数字交换网络只连接一套PCM系统时, 数字交换仅在这条总线的话路时隙之间进行;当数字交换网络同时连接多套PCM系统时, 数字交换不仅可以在不同PCM总线的相同时隙之间进行, 也可以在不同时隙之间进行。

组成数字交换网络的接线器有时间 (T) 接线器和空间 (S) 接线器两种。T接线器完成时隙之间的交换, S接线器完成PCM总线之间的交换。如果不同PCM总线的不同时隙之间进行交换则需要两种接线器协同完成, 称为多级数字交换网络。

(二) T接线器

1. T接线器的组成和工作原理

T接线器由话音存储器和控制存储器组成。话音存储器 (SM) 用于寄存经过PCM编码处理的话音信息, 每个单元存放一个时隙的内容。控制存储器 (CM) 用于寄存话音信息在SM中的单元号, 如果某话音信息存放于SM的2号单元中, 那么在CM的单元中就应写入“2”。通过在CM中存放地址, 从而控制话音信号的写入或读出。一个SM的单元号占用CM的一个单元, 所以CM的单元数和SM的单元数相等。

T接线器的工作方式分为输出控制方式和输入控制方式两种。如果SM的写入信号受定时脉冲控制, 而读出信号受CM控制, 则称为输出控制方式, 即SM是“顺序写入, 控制读出”。反之, 如果SM的写入信号受CM控制, 而读出信号受定时脉冲控制, 则称其为输入控制方式, 即SM是“控制写入, 顺序读出”。

图1所示为顺序写入、控制读出的T接线器示意图。在定时脉冲CP控制下将PCM总线上的每个输入时隙所携带的话音信息依次写入SM的相应单元中, 即A写入到SM单元号为10的单元中;然后根据要求, 在CM的相应单元中填写SM的读出地址, 即10写入到CM单元号为50的单元中, 最后在CP控制下按输出时隙的顺序读出SM中的话音信息, 这样A就被写入到时隙50中, 即完成了一次时隙交换。

2. T接线器的仿真

根据T接线器的组成和工作原理, 利用MATLAB对话音存储器“控制读出”的工作过程进行仿真。假设数字交换电路只有4个时隙, 要求将时隙1的内容交换到时隙4中。根据要求, 利用Simulink工具箱中的Pulse Generator (和采样时间无关) 、Step (阶跃信号) 、Dot Product (点乘运算) 、Date Store Real (从指定的数据存储器读数据) 、Date Store Memory (为数据存储器定义内存区域) 、Date Store Write (写数据到指定的数据存储器) 、Transport Delay (信号传输延时) 、Scope (示波器) 模块, 构建的T接线器的仿真图如图2所示。

首先用3个脉冲发生器来模拟3路话音作为话音存储器的输入数据, 其参数设置如表1所示。

为了把话音信号储存到存储器里, 需要对连续的话音信号进行采样。本文采用一个脉冲发生器和一个阶跃信号及一个点乘运算器对信号进行采样。对第1路话音的采样是用一个占空比为50%, 周期为4, 时延为0的脉冲信号和一个在2秒从1跳到0的阶跃信号进行点乘运算, 得到的采样时隙是第1个时隙, 然后和第1路话音信号进行点乘运算就将第1路话音放入到时隙1中。同理可以将第2、3路话音信号采样到时隙2和时隙3中, 形成的波形如图3所示。接着把三路信号分别送到三个由Date Store Real, Date Store Memory, Date Store Write组成的存储器中, 并用1个Transport Delay来实现对信号的控制读出。将第1路信号延时2个周期输出, 其余的信号正常输出, 得到的波形如图4所示。比较图3和图4所示的波形可以直观的看出, 时隙1的信号交换到了时隙4中, 即完成了同一总线上的时隙交换。

(三) S接线器

1. S接线器的组成和工作原理

数字交换网络的S接线器由交叉接点和控制存储器 (CM) 两部分组成。

图5所示为一个输入、输出端各有4条PCM总线 (HW) 的S接线器, 其中4×4开关矩阵由高速电子开关组成, 开关的闭合受4个CM控制。S接线器的工作过程如下:首先CPU根据路由选择结果在CM的相应单元内写入输入 (出) 线序号, 然后在CP控制下按时隙顺序读出CM相应单元的内容, 控制输入线与输出线之间的交叉接点的闭合。如果CM控制同号输出端的所有交叉接点, 则称为输出控制;反之, CM控制同号输入端的所有交叉接点, 则称为输入控制。

2. S接线器的仿真

假设S接线器有2路PCM总线, 要求将这两条总线中时隙2的内容进行交换。根据S接线器的工作原理, 利用Simulink工具箱中的Pulse Generator (和采样时间无关) 、Step (阶跃信号) 、Logical Operator (逻辑运算) 和Scope (示波器) 模块构建其仿真图, 如图6所示。

首先用2个脉冲发生器来模拟2路话音作为话音存储器的输入数据, 2个脉冲发生器的参数设置如表2所示。

为了实现不同总线之间的交换, 需要对连续的话音信号进行采样, 同时还需要将目的时隙清空以供交换。本文采用两个阶跃信号和一个与门对信号进行采样, 采用两个阶跃信号和一个或门来清空目的时隙。其交换过程如下:首先使用一个在2秒从1跳到0的阶跃信号和一个在4秒从0跳到1的阶跃信号相或, 接着和第1、2路话音信号相与就可以得到时隙2被清空的两路信号。然后采用一个在2秒从0跳到1的阶跃信号和一个在4秒从1跳到0的阶跃信号相与, 接着和第1、2路话音信号相与就可以得到两路信号中时隙2的内容被采样出来, 最后将采样出来的信号和被清空的两路信号分别相或产生的波形如图8所示, 和原来两路信号的波形 (如图7所示) 相比较, 可以清晰的看出两路信号中时隙2的内容进行了交换, 即不同总线相同时隙完成了交换。

(四) T-S交换网络的仿真

从以上的仿真结果可以看出, 时间接线器是完成同一总线不同时隙之间的交换, 空间接线器是完成不同总线相同时隙之间的交换, 而不同总线和不同时隙之间的交换则需要两种接线器的协同工作, 所以可以先进行时隙交换, 再进行总线交换, 这就构成了T-S交换网络;也可以先进行总线的交换, 再进行时隙的交换, 这构成了S-T交换网络;还可以先将时隙的内容交换到一个中间时隙, 在进行总线交换, 然后从中间时隙交换到目的时隙, 这构成的是T-S-T交换网络。当然, 还可以构成S-T-S、T-S-S-T等网络。本文是采用将T接线器封装成一个子系统作为S接线器的一路信号来仿真T-S交换网络, 也就是说, 先在T接线器中完成同一条总线上的时隙交换, 再进行不同总线上的时隙交换, 即完成不同总线不同时隙上的内容交换, 其仿真图如图9所示。为了与S接线器相区别, 本次交换的时隙设为4, 其交换前后的波形如图10、图11所示。通过比较发现, 两路总线中时隙4的内容进行了交换, 即第一条总线时隙1的内容交换到第二条总线时隙4中。

(五) 结束语

利用MATLAB软件中的Simulink工具箱对组成数字交换网络的T接线器、S接线器以及T-S交换网络进行了仿真, 结果表明采用最简单的输出控制方式和最简单的信号来演示同一总线不同时隙、不同总线相同时隙以及不同总线不同时隙之间的交换, 非常清楚并且便于理解。如果要对多极交换网络进行更完整的仿真, 还需要添加定时脉冲输入, 同时对来自控制存储器的控制信号进行操作, 这将大大增加电路仿真的复杂程度。

参考文献

[1]刘振霞, 马志强, 钱渊.程控数字交换技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2007.

[2]任瑞玲, 王忠.基于Simulink的时隙交换原理的仿真[J].电气电子教学学报, 2004, 26 (1) .