MPSK

关于MPSK抗噪声性能的研究报告

彭文瑶

（南昌航空大学研究生院）

摘要：本文利用MA TLAB对2PSK、4PSK、8PSK、16PSK、32PSK五种MPSK调制方式在不同比特信噪比下的符号误码率进行了仿真研究，并将仿真结果以图表的形式呈现出来，根据图表对各种调制方式的抗噪声性能进行了定量分析，最后对五种调制方式进行了对比，指出它们各自的适用范围。

1 前言

该研究报告主要是对不同进制相移键控方式下的抗噪声性能进行仿真验证。在研究中利用了win7平台下的MA TLAB 7.0，理论模型为

P_M=erfc(sqrt(r))/2；(1)

P_M=1-(1-erfc(sqrt(r))/2).^2；(2)

P_M =2*Q((sqrt(2*k.*r))*sin(pi./M))；(3)

公式（1）是计算2PSK误码率的精确公式，公式（2）是计算4PSK误码率的精确公式，公式（3）则是计算MPSK误码率的近似公式。

该研究首先利用公式（1）、（2）、（3）研究用近似公式计算2PSK、4PSK误码率时与用精确公式计算存在的误差，从而评价近似公式的效果；然后利用公式（1）、（3）研究MPSK 在不同比特信噪比下的误码率并进行比较分析。该研究通过对MPSK的抗噪声性能进行仿真分析，能使研究者对各种进制相移键控的性能及其适用范围有更加深刻而广泛的理解，从而在设计各种调制器件时更加得心应手。

2 对近似公式进行分析

2.1 研究过程

首先用精确公式（1）、（2）计算2PSK和4PSK不同信噪比下的误码率，然后用近似公式（3）计算他们在不同信噪比下的误码率，最后对在不同公式下所得结果进行分析，从而得出近似公式与精确公式所存在的误差。该研究中信噪比r_b区间设为（-4,24），单位为dB。如下为实现程序：

clc

clear

r=10.^(-0.4):10.^(-0.4):10.^(2.4);

r_dB=10.*log10(r);

M=2;

k=log2(M);

P_2b1=2*Q((sqrt(2*k.*r))*sin(pi./M));

M=4;

k=log2(M);

P_4b1=2*Q((sqrt(2*k.*r))*sin(pi./M));

figure(2)

semilogy(r_dB,P_2b1,'kp',r_dB,P_4b1,'b-');

axis([-4 24 10e-7 1])

set(gca,'xtick',[-4:4:24])

hold on

grid on

P_2b2=erfc(sqrt(r))/2;

P_4b2=1-(1-erfc(sqrt(r))/2).^2;

figure(2)

semilogy(r_dB,P_2b2,'r*',r_dB,P_4b2,'r<');

axis([-4 24 10e-7 1])

set(gca,'xtick',[-4:4:24])

hold on

legend('近似公式计算2PSK误码率曲线','近似公式计算4PSK误码率曲线',...

'精确公式计算2PSK误码率曲线','精确公式计算4PSK误码率曲线')

2.2 研究结果及结论

仿真结果用图1-1显示如下：

图1-1

从图中可以看出，当M=2时，用近似公式计算的结果与用精确公式计算的结果之间相差大约2倍，当M=4时，两条曲线是相互重合的。为了更清晰的展现结果，分别从四条曲线中

表1.2

结论：由表1.1可以看出，当M=2时，用近似公式计算出的误码率是用精确公式计算的值的两倍；由表1.2可以看出，当M=4时，用近似公式计算出的误码率是用精确公式计算的值的一倍，即无误差。由此可以推测当M>=4时，用近似公式计算误码率有非常高的精确度，而经过统计，实际情况确实符合用近似公式计算所得。

3 对MPSK在不同信噪比下的误码率进行分析

3.1研究过程

在研究MPSK的过程中选取的方针语言为m语言，设置的比特信噪比r_b区间为（-4，24）单位为dB，抗噪声性能用对应符号误码率P_M表示，此时仿真结果更加清晰。利用公式（1）计算2PSK的符号误码率，公式（3）计算4PSK、8PSK、16PSK、32PSK的符号误码率，并将结果用图表的方式呈现出来。如下为实现语句：

clc

r=10.^(-0.4):10.^(-0.4):10.^(2.4);

r_b=10.*log10(r);

for M=[2 4 8 16 32];

k=log2(M);

if M==2

P_M=erfc(sqrt(r))/2;

else

P_M=2*Q((sqrt(2*k.*r))*sin(pi./M));

end

figure(1)

semilogy(r_b,P_M);

axis([-4 24 10e-7 1])

set(gca,'xtick',[-4:4:24])

hold on

grid on

end

3.2研究结果及结论

研究结果用图表形式呈现，如下图1-2

图1-2

可以看出当M>4时比特SNR所付出的代价，例如P M=10-5时，M=4与M=8之间的比特SNR 相差为4dB，而M=8与M=16之间的比特SNR相差为近似为5dB；当信噪比一定时，例如为8时，M=4与M=8之间的符号误码率相差约为200倍，可见随着进制数的增加，信号传输速率增加了，但随之而来的却是抗噪声性能的急剧下降，在实际应用中，应当在信息传输速率和抗噪声性能之间折中选择，若信道比较理想，例如光纤通信时，由于干扰非常小，此时便可选择大M值，但若是干扰比较多，如在大城市里，则应选用较小的M值。

4 结论

通过对近似公式及精确公式计算误码率所得结果进行分析，我们知道了近似公式在M>=4时有很好的精确度。然后又利用精确公式和近似公式计算了在不同比特SNR下各进制调制的抗噪声性能，并对他们进行了比较，从而对各进制调制的抗噪声性能有了比较深刻直观的认识，即随着调制进制数的增加，虽然信息传输速率得到了提高，但是抗噪声性能却急剧下降，在实际应用过程中，必须针对具体信道环境选用适当的调制方式。

5 参考文献

[1] 樊昌信，曹丽娜.《通信原理》第六版[M].北京：国防工业出版社，2009：232-236

[2] John G.Proakis《数字通信》第四版[M],张力军等.北京：电子工业出版社，2003:210-220

[3]全球气候变暖. 数字通信系统传输误码性能仿真[DB].[2011]

https://www.wendangku.net/doc/9713275275.html,/view/7aa405ea172ded630b1cb660.html

[4] 仇佩亮，陈惠芳，谢磊.《数字通信基础》[M].北京：电子工业出版社，2007：240-241

调制信号识别.

调制信号的小波分析 一、小波函数简介 1.Haar小波 最简单的小波函数，Haar小波是离散的，与阶跃信号相似，同Daubechies db1 小波是一样的。 2. Daubechies小波 Daubechies小波是紧支正则小波，便于进行离散小波分析。这类小波没有显式的表达式，除了db1（Haar）。然而它的传递函数的模的平方是有简单的表达式的。 3. Biorthogonal小波 此类小波具有线性相位，用于信号和图像重建。 4. Coiflet小波 这个小波族是I.Daubechies应R.Coifman的要求所创建的，coif N较dbN有更好的对称性。

5.Symlets 小波 此小波由Daubechies 提出，作为对db 小波族的修正，是一种近似对称小波，它和db 小波族的性质是近似的。 6.Morlet 小波 其尺度函数不存在，小波函数为x e x x 5cos )(22-=ψ， Morlet 小波不满足容许性条件。 7.Mexican Hat 小波 小波函数为2241 2 )1)(32 ()(x e x x ---=πψ，它是Gaussian 概率密度函数的二阶

导数，由于它不存在尺度函数，因此不具有正交性。 8.Meyer小波 Meyer小波的尺度函数和小波函数都在频域中定义，都具有显式的表达式。 二、连续小波变换 从数学上来说，傅里叶变换就是将信号) f乘以一个复指数后在所有的时间 (t 域上求和。变换的结果就是傅里叶系数。 相似的，连续小波变换（CWT）定义为，将信号乘以由尺度和位移确定的小波函数后，再在整个时间轴上相加。CWT的变换结果是很多小波系数C,C是尺度和位移的函数。 大尺度对应于时间上伸展大的小波，小波伸展地越大，所比较的信号段就越长，所以小波系数所量度的信号特征也就越粗糙。 在计算机中，任何实数域的信号处理都是对离散信号的操作，那么，CWT 的连续性及它与DWT的区别表现在尺度的选取和对位移的操作。与离散小波变换不同的是，只要在计算机的计算能力之内，CWT可以在每一个尺度上计算；在位移上连续是指小波可以在待分析函数的整个域上进行平滑的移动。 三、离散小波变换 对于大多数信号来说，低频部分往往是最重要的，给出了信号的特征。而高频部分则与噪音及扰动联系在一起。将信号的高频部分去掉，信号的基本特征仍然可以保留。 信号的概貌主要是系统大的、低频的成分，大尺度；而细节往往是信号局部、高频成分，小尺度。

系统仿真示例

Flexsim应用案例示例 示例一港口集装箱物流系统仿真 （根据：肖锋，基于Flexsim集装箱码头仿真平台关键技术研究，武汉：武汉理工大学硕士学位论文，2006改编） 1、港口集装箱物流系统概述与仿真目的 1.1港口集装箱物流系统概述 1.2港口集装箱物流系统仿真的目的 2、港口集装箱物流系统的作业流程 2.1港口集装箱物流系统描述 2.2港口集装箱物流系统作业流程 2.3港口集装箱物流系统离散模型分析 3、港口集装箱物流系统仿真模型 3.1港口集装箱物流系统布局模型设计 3.2港口集装箱物流系统设备建模 3.3港口集装箱物流系统仿真 4、仿真运行及数据分析 4.1仿真运行及数据处理 4.2仿真数据的结果分析 小结与讨论 示例二物流配送中心仿真 （根据：XXX改编） 1、物流配送中心概述与仿真目的 1.1物流配送中心简介 1.2仿真目的 2、配送中心的作业流程描述 2.1配送中心的功能 2.2配送中心的系统流程

3、配送中心的仿真模型 3.1配送中心的仿真布局模型设计 3.2配送中心的设备建模 3.3配送中心的仿真 4、仿真运行及数据分析 4.1仿真运行及数据处理 4.2仿真数据结果分析 4.3系统优化 小结与讨论 “我也来编书”示例 示例一第X章排队系统建模与仿真学习要点 1、排队系统概述 2、排队系统问题描述 3、排队系统建模 4、排队系统仿真 5、模型运行与结果分析 小结 思考题与习题（3-5题） 参考文献 1、李文锋，袁兵，张煜.2010.物流系统建模与仿真（第6章） 北京：科学出版社 2、王红卫，谢勇，王小平，祁超.2009.物流系统仿真（第6章） 北京：清华大学出版社 3、马向国，刘同娟.2012.现代物流系统建模、仿真及应用案例（第5章）

过程控制系统仿真实验指导

过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验 实验一 过程控制系统建模 ............................................................................................................. 1 实验二 PID 控制 ............................................................................................................................. 2 实验三 串级控制 ............................................................................................................................. 6 实验四 比值控制 ........................................................................................................................... 13 实验五 解耦控制系统 . (19) 实验一 过程控制系统建模 指导内容：（略） 作业题目一： 常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。 作业题目二： 某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶 系统的理解，分别进行下列仿真： （1）2n ?=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线； （2）0.8ζ=不变时，n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。

系统仿真测试平台

仿真测试系统 系统概述 FireBlade系统仿真测试平台基于用户实用角度，能够辅助进行系统方案验证、调试环境构建、子系统联调联试、设计验证及测试，推进了半实物仿真的理论应用，并提出了虚拟设备这一具有优秀实践性的设计思想，在航电领域获得了广泛关注和好评 由于仿真技术本身具备一定的验证功能，因此与现有的测试技术有相当的可交融性。在航电设备的研制和测试过程中，都必须有仿真技术的支持：利用仿真技术，可根据系统设计方案快速构建系统原型，进行设计方案的验证；利用仿真验证成果，可在系统开发阶段进行产品调试；通过仿真功能，还可对与系统开发进度不一致的子系统进行模拟测试等。 针对航电设备产品结构和研制周期的特殊性，需要建立可以兼顾系统方案验证、调试环境构建、子系统联调联试、设计验证及测试的系统仿真平台。即以半实物仿真为基础，综合系统验证、系统测试、设备调试和快速原型等多种功能的硬件平台和软件环境。 目前，众多研发单位都在思索着如何应对航电设备研制工作日益复杂的情况。如何采取高效的工程技术手段，来保证系统验证的正确性和有效性，是航电设备系统工程的重要研究内容之一，FireBlade 系统仿真测试平台正是在这种大环境下应运而生的。 在航电设备研制工程中的定位设备可被认为是航电设备研制工程中的终端输出，其质量的高低直接关系到整个航电设备系统工程目标能否实现。在传统的系统验证过程中，地面综合测试是主要的验证手段，然而，它首先要求必须完成所有分系统的研制总装，才能进行综合测试。如果能够结合面向设备的仿真手段，则可以解决因部分设备未赶上研发进度导致综合测试时间延长的问题。在以往的开发周期中，面向设备的仿真技术并没有真正得到重视： （1）仿真技术的应用主要集中在单个测试对象上，并且缺乏对对象共性的重用； （2）仿真技术缺乏对复杂环境与测试对象的模拟； （3）仿真技术的应用缺乏系统性，比如各个阶段中仿真应用成果没有实现共享，

simulink模拟通信系统仿真及仿真流程

基于Simulink的通信系统建模与仿真 ——模拟通信系统 姓名：XX 完成时间：XX年XX月XX日

一、实验原理（调制、解调的原理框图及说明） AM调制 AM调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。AM调制原理框图如下 AM信号的时域和频域的表达式分别为 式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即。 AM解调 AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。 AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。 AM相干解调原理框图如下。相干解调的关键在于必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。 AM包络检波解调原理框图如下。AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。 DSB调制 在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号 中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号（DSB）。DSB调制原理框图如下

DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，其时域和频域表示式分别为 DSB解调 DSB只能进行相干解调，其原理框图与AM信号相干解调时完全相同，如图 SSB调制 SSB调制分为滤波法和相移法。 滤波法SSB调制原理框图如下所示。图中的为单边带滤波器。产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为。 滤波法SSB调制的频域表达式 相移法SSB调制的原理框图如下。图中，为希尔伯特滤波器，它实质上是一个宽带相移网络，对中的任意频率分量均相移。

DMAS飞行系统仿真平台

DMAS 大型专业飞行系统仿真平台 DMAS—专业、大型飞行系统仿真平台 DMAS（Design Model Acquisition and Simulation System for Aircraft）是中仿科技将航空航天 仿真技术与虚拟现实技术有机结合，创新研发出的具有自主知识产权的飞行系统仿真产品，由飞行器设计与仿真系统、飞行器数据记录与分析软件、飞行模拟器等组成大型综合研究和应用一体化软硬件系统平台，支持当前主流航空系统，满足飞行器研制试验、飞行模拟训练、科研教学等多种需求。DMAS综合应用平台综合技术性能达到国际领先水平，属国内首创。 DMAS应用领域： DMAS飞行系统仿真平台满足固定翼飞机、直升机、无人机等多种飞行器研制试验、飞行训练、科研教学的需求，遵循CAD、CAE、CAM产品全生命周期PLM构架，有效解决设计、仿真、模拟等系统问题。DMAS 采用创新技术，高端的系统仿真技术不再是科研院所独享的，飞速更新的专业虚拟现实技术的引入，则将工程师们从繁重的底层设计工作中解脱出来，有更多的时间创新思考，使得航空技术实现跨越式的发展。 飞机研究院所工程师、大学教师及学生、飞机设计及改装爱好者、专业的飞机拥有者、飞行员、飞 行教练或考官等用户均可应用DMAS完成飞机开发、仿真实验、任务演示验证、飞行训练模拟等多种任务。?研制试验 飞机总体设计：概念设计、系统设计、结构设计、翼型设计、发动机设计、费效设计、性能优化设计； 飞行模拟测试：动力学特性仿真测试，飞行模拟数据分析，仿真与试验数据对比分析，飞机特性分析与表征； 飞行任务模拟：遥测照相、侦测雷达、GPS导航预测、航空通讯、防空模拟、C4ISR系统；飞行安全事件现 场重建分析。 ?教学科研 理论基础教学：航空航天概论、飞行理论、飞行动力学、飞机性能分析、飞行控制等； 新概念飞机开发：各种新概念飞机设计、人机工程学、飞行姿态控制、航电设计、通讯设计、雷达设计、 航线设计、飞行软件开发等。 ?飞行训练 飞行操纵训练：固定翼飞机、直升机、UAV无人机操作训练，VFR/IFR飞行训练； 飞行执照备考：飞行员培训、私人飞机驾驶执照、商业飞机驾驶执照、民航飞行驾驶执照；

浅析通信信号调制识别方法

浅析通信信号调制识别方法 通信信号调制方式的识别涉及到很多复杂的因素，是一种典型的模式识别。由于通信技术的迅猛发展，信号的调制样式也变得复杂多样，常规的识别方法已无法满足实际需要，新的通信信号识别研究面临着巨大的挑战。文章着重介绍了统计模式识别方法和决策模式识别方法并提出了它们的优缺点。简要介绍了非理想信道和共信道多信号的调制方式识别。 标签：调制方式；统计模式；识别；决策模式识别方法 信息通过信道快速、安全、准确地传输，极大地方便了人们的日常沟通。信号作为信息的媒介，可以在有线信道传输，却几乎无法直接通过无线信道进行传输。要使通信信号顺利在无线信道中传输，必须采用调制解调技术调制后才可以进行传输，而且调制方式是由简到繁，由虚拟到数字等多样的。调制识别存在于检测与调解之间，接受方面需要根据信号的调制进行解调才可以被进入到下一步的操作中。 如果想要解调相应地信息内容需要截获信号，同时还需要分析信号调制方式及参数，干扰信号，准确识别发出方的调制方式。调制方式是一种信号区别于另一种信号的重要特性指标。调制识别的基本任务存在与多信号及噪声干扰的复杂环境中，能够对信号的鉴别方式进行调制，并且对信号参数进行调节，能够在一定程度上对信号信息进行处理。当今，通信技术急速发展下，无线通信环境在不断的发展中变得愈来愈复杂。如何快速、高效的监视并识别那些采用了不同的调制参数和不同的调制样式的通信信号，无论是在军事还是民用领域都一直是人们关注的焦点。 1 数字调制识别方法 人工识别已无法满足在存在着大量未知信号的电磁环境中进行信号实时性识别的要求。后来，人们根据信号频谱的差异研究出了自动调制识别技术。它的出现解决了一直以来依赖人工识别的重要难题。通信信号也早已不是之前的模拟信号，已经成为具有较强抗失真和抗干扰的数字信号，而且数字调制识别方法的成本较低。高速数字信号处理技术、计算机技术和微型芯片技术的蓬勃发展下能够促使自动调制识别技术能够大规模的运用。归纳总结这些年国内外的研究成果，自动调制识别方法可归纳为统计模式识别、决策模式识别两种方法。 1.1 统计模式识别方法 统计模式识别方法主要由三个部分组成，分别为：信号预处理、特征提取和分类识别，从模式的识别理论中衍生而来，三者互为补充，不可或缺。信号的预处理主要是为了提供精确的数据，目的是为例特征的提取做相应地准备。信号的预处理在数字调制或中频上计算接收信号的瞬时幅度、相位和频率。在多信道多发射源的情况下，可以分离不同信号，确保信号在调制识别过程中保持唯一性。

仿真系统结构图和解题过程

6、设某船舶柴油机转速控制系统转速指令为2.0y 0 =的阶跃作用，如 图4-38所示。试采用面向系统的结构图方法，选用合理的步长，对该船舶柴油机转速控制系统的特性进行动态仿真。 其中：环节1表示柴油机的调速器，3-1101?=T ，是柴油机调速器阻尼系数；5 2 10 6.1-?=T ,表示柴油机调速器飞快质量，环节1的输出是柴油 机油门位移信号。环节2表示液压伺服执行机构，其输出是柴油机油门齿条的位移。环节3表示柴油机的输出速度。 7、解：将环节1化为两个惯性环节再加上一个负反馈形式，如下图： 由公式：α ++= S A S A A u y 12 211 ， 3 -110 1?=T ， 5 210 6.1-?=T ，可得： 解得： 写出系统的传递关系如下： 102421324 3 u y y y u y u y u y =--??=??=??=? 系统的连接矩阵为：0 0y W WY U +=，其中： 1 u 2 u 3 u 3 y 2 y 1 y 2.00 =y +11 12 2++S T S T S 1.011+S 211+1 2 3 ( ) 38 4-1 u 3 u 4 u 4 y 3 y 2.00=y + S 1.011+S 211+2 u α S A 111 12+S A 1 y 2 y 1 3 2 4 - ?? ???=?=?=1106.11012-23 -1αA A ?????===1112 21αT A T A A -

?????????? ??? ?--=01 0001000011010W ，?? ? ? ??????????=00010W 设环节1、2、3、4的系统矩阵分别为A 、B 、C 、D ：则可得： ????? ? ? ??? ??? ?=1000010000100000 A ，??? ???? ?????????=--20 0001.000 0010 6.10 0001012 3B ?????????? ??? ?=10 00100000100001 C ，??? ???? ??? ????=00 00000 00000000 D 利用MA TLAB 软件编制四阶龙格一库塔法进行仿真计算，取仿真步长t=0.002计算可得如下仿真结果图：

风力发电系统仿真平台—Simulation platform for Wind Turbines

Simulation platform for Wind Turbines by Professor Frede Blaabjerg Aalborg University fbl@iet.auc.dk http://www.iet.auc.dk/~fbl/ November 28, 2003

1.Background 2.Wind turbine concepts 3.Basic model library 4.Simulation examples 5.Conclusion

Why ?Electrical system of the wind turbine in steady progress and become more and more important ?Wind turbines grow in size (3-5 MW) 9Virtual prototyping is the only method for analysis and evaluation Goals ?Develop an extended simulation platform for electrical parts in wind turbines ?Develop models which may used in mechanical / aeroelastical design tools like HAWC

DigSilent electrical power system simulation tool ?aerodynamic models ?aeroelastic models ?turbulent wind model Mechanical aspects Electrical aspects HAWC aeroelastic simulation tool wind turbine ?grid components library ?dynamic simulation language Matlab/Simulink general developer tool wind turbine/ wind farm ?dynamic behavior of power systems ?assesment of power ?RMS and EMT simulations Saber advanced simulation tool ?Hydraulic ?Mechanic simulates physical effects in different engineering domains ?Magnetic ?Thermal ? Electric ? Electronic ? Digital control ? Embedded software ?calculation of mechanical loads on the structure ?dynamic behavior of wind turbine ?focus on frequency range 0 - 20 Hz wind turbine/ power converter 5S:bj-jn\simulation Platform for Wind Turbines

过程控制系统仿真实验指导DOC

过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验指导书 巢湖学院电子工程与电气自动化学院

实验一过程控制系统建模 (3) 实验二PID控制 (4) 实验三串级控制系统 (8) 实验四单闭环比值控制系统 (16) 实验五双闭环比值控制系统 ............................... 错误！未定义书签。

实验一 过程控制系统建模 指导内容 某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶 系统的理解。 仿真实例 以2n ?=，ζ为0.1时的单位阶跃响应仿真为例来说明过程控制系统的建模与仿真。 仿真模型如下图所示。 仿真结果如下图所示。 仿真实验 参考仿真实例，分别进行如下的Matlab 仿真，二阶系统模型同上。 （1）2n ?=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线； （2）0.8ζ=不变时，n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。 分别记录n 2W =， 0.11.0ε=、时的仿真结果和=0.8ε时， n 210W =、时的仿真结果。 实验报告要求 实验报告应包含以下内容：实验目的、实验原理、实验设备、实验内容、实验结果、实验结果分析。

实验二 PID 控制 指导内容： PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，它根据被控过程的特征确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间。 PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类： （1） 理论计算整定法 主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。 （2） 工程整定方法 主要有Ziegler-Nichols 整定法、临界比例度法、衰减曲线法。这三种方法各有特点，其共同点都是通过实验，然后按照工程实验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。 工程整定法的基本特点是：不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定；方法简单，计算简便，易于掌握。 a ． Ziegler-Nichols 整定法 Ziegler-Nichols 整定法是一种基于频域设计PID 控制器的方法。基于频域的参数整定是需要考虑模型的，首先需要辨识出一个能较好反映被控对象频域特性的二阶模型。根据这样的模型，结合给定的性能指标可推导出公式，而后用于PID 参数的整定。 基于频域的设计方法在一定程度上回避了精确的系统建模，而且有较为明确的物理意义，比常规的PID 控制可适应的场合更多。目前已经有一些基于频域设计PID 控制器的方法，如Ziegler-Nichols 法、Cohen-Coon 法等。Ziegler-Nichols 法是最常用的整定PID 参数的方法。 Ziegler-Nichols 整定法有两种：阶跃响应整定法（开环整定）和频域响应整定法（闭环整定）。这里重点介绍阶跃响应整定法。 如果系统开环单位阶跃响应曲线看起来是一条S 形的曲线，则可用此法，否则不能用。S 形曲线用延时时间L 和时间常数T 来描述，则对象的传递函数可以近似为： ()()1 Ls C s Ke R s Ts -=+ （1） 具体步骤如下： 1） 验证开环单位阶跃响应曲线是否近似S 形曲线，满足即可用此法，否则不能用。 2） 计算延时时间L 、放大系数K 和时间常数T ，计算公式如下： S K Y = （2） =1.5 t τ0.632 0.284t （-）3 （3） 0.6320.2841.5()T t t =- （4） 式中Y S 为稳态值，0.632t 和0.284t 分别为达到稳态值63.2%和28.4%时对应的时间。

电力系统仿真软件介绍

电力系统仿真软件 电力系统仿真软件简介 一、PSAPAC 简介: 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。 LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。 DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。 LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。 VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。 ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）：EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。 SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 二、EMTP/ATP 简介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。 ATP（The alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年，由

过程仿真实验报告

实验报告 液位单回路控制系统仿真 姓名：。。 学号：。。 时间：2010.12

一：控制系统的工作过程 1要设计的这个单回路液位控制系统，是由PID 调节器、执行阀、水箱对象连同被控过程组成的，用程序控制实现，对水箱液位进行控制的反馈控制系统，如下图： PID 调节器 执行阀 水箱对象 液位传感器 设定液位 实际液位 e u Q - 2实现代码如下 IF start == 1 THEN cs=0.5; dt = dt + 0.5; e2=e1; e1=e; e=(l1 - h2)/40*5; ki=kc*cs/ti; kd=kc*td/cs; u=kc * (e - e1) + ki * e+kd * (e - 2 * e1 + e2); u2=u1 + u; IF u2 > 10 THEN u2 = 10; ENDIF; IF u2 < 0 THEN u2 = 0; ENDIF; k=u2 / 10;

q1=k * 3.5; u1=u2; h2=(0.5*20*q1+200*h1)/200.5; h1=h2; IF h2 >= h THEN h = h2; ENDIF; IF tt==1 AND h2 <= l1 THEN tr=tr + 0.5;ELSE IF h2 > l1 THEN tt = 0; ENDIF; ENDIF; ENDIF; IF h2 <= l1*0.95 OR h2 >= l1 * 1.05 THEN st = dt; ENDIF; I F start == 0 THEN ot=(h - l1) / l1 * 100; （超调量显示） IF ot <= 0 THEN ot = 0; ENDIF; ENDIF; 通过给出初始液位，设定好各个参数关系实行反馈控制，即通过PID调节，执行阀水箱对象，还有整个系统的反馈控制，实现实际液位的逐渐稳定输出 工作仿真软件流程图如下：