Báo cáo bài tập lớn môn Tín hiệu và hệ thống

Nội dung text: Báo cáo bài tập lớn môn Tín hiệu và hệ thống

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ * BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: TÍN HIỆU VÀ HỆ THỐNG GVHD: Trần Quang Việt Lớp: LT-02 Nhóm sinh viên thực hiện Họ và tên sinh viên MSSV Vũ Xuân Lộc 1511869 Nguyễn Cao Minh 1511985 Lê Quang Minh 1511979 Nguyễn Vũ Nguyên 1512217 TP.HCM, ngày 7/12/2016
2. - Sơ đồ tương đương hệ thống 표(푠) Từ sơ đồ tương đương trên, ta có hàm truyền HPWM(s)= (푠) được tìm như sau : 푖푛. ― 표 표 표 = + 퐿푠 1/ 푠 푅 표(푠) 푖푛 퐿 H PWM(s) = = 퐿 푠2 + 푠 + 1 (푠) 푅 ► Mô phỏng hệ thống PWM & Filter bằng matlab: B1: Tiến hành Gõ 2 câu lệnh như hình tại Command Window để mở thư viện mô phỏng và màn hình mô phỏng: 2
3. Kết quả mô phỏng: Trong đó : - In1 : ngõ vào d(t) ( max = 0.5 ) - In3 : ngõ vào Vin ( từ 6- 12V) - In4: ngõ vào điện trở R ( thay đổi từ 0.5 - 10 Ω) - Out 1 : Giá trị IL - Out 2 : Giá trị Vo - Out 3: Giá trị VPWM Giản đồ Bode của hàm truyền HPWM: 푖푛 퐿 - Tiến hành vẽ giản đồ Bode của hàm truyền HPWM(s) = 퐿 푠2 + 푠 + 1 푅 Chọn Vin = 12V , L = 100µH , C = 100 µF, R= 0.5 Ω ta có : 12 H (s) = PWM 10―18푠2 + 2.10―5푠 + 1 - Vẽ giản đồ bode bằng matlab: nhập lệnh : bode([12], [ 10^(-8) 2*10^(-5) 1]) ta có kết quả: 4
4. - Từ biểu đồ Bode hàm HPWM(s) ta tìm được 2 giá trị ωg và ωp trong đó ωg được xác định tại vị trí đáp ứng biên độ = 0 db và ωp được xác định tại vị trí đáp ứng pha = -1800 Giản đồ Bode của HPWM(s):  Từ kết quả mô phỏng ta tìm được : - ωg = 3,6.104 (rad/s) - ωp = 9,5. 104 (rad/s) ► Dựa vào biểu đồ Bode của hàm truyền Ho(s) và các điều kiện ta tìm được hàm truyền: 640 9,5. 104 2 3,75. 1014 Ho(s) = 65. . ( ) = 640 + 푠 9,5. 104 + 푠 푠3 + 190,64. 103푠2 + 9.1466. 109s + 5.776. 1012 ►Lí do hiệu chỉnh H0(s): Theo yêu cầu đề bài DCG>34DB ta lựa chọn DCG=36.25 DB (thỏa yêu cầu bài toán). Ta nhận thấy từ tại 1 vị trí a a=640, Nhân thêm hệ số K để thỏa yêu cầu bài toán=>K=65. Từ yêu cầu bài toán để thỏa yêu cầu về pha tại ωp pha=-180 0.Tại vị trí b=6400Rad/s pha=-900. Vậy để thỏa mãn yêu cầu đề bài 300<PM<600 và đơn giản hóa quá trình tính toán nhóm quyết định nhân thêm 2 9,5. 104 lần hàm 9,5. 104 + 푠. ► Tiến hành kiểm tra hàm truyền : Vẽ biểu đồ bode của hàm bằng matlab: - Nhập lệnh : bode([3.75*10^14], [1 190.64*10^3 9.1466*10^9 5.776*10^12]) 6
5. - Thay đổi số liệu của khối để được khối G(s):  Ta được khối G(s) : 3. Mô hình hệ thống hoàn chỉnh : ► Ghép các khối lại theo sơ đồ : ►Kết quả : 8
6. b. VPWM c. Dòng IL 10
7. c. Giá trị VPWM : 12
8. I. Thiết kế LPF cho bộ quyết định ở hình 1 Ở hình 1 x(t) là thành phần tần số đã được lọc ra từ tín hiệu DTMF. Sau khi qua bộ trị tuyệt đối (mạch chỉnh lưu trên thực tế) thì tín hiệu thu được có dạng A t chuỗi Fourier của ham x(t) la: 2 4 4 푤(푡) = + cos(2 푡) ― cos(4 푡) + 3 0 15 0 2 ► Ta cần lọc ra thành phần DC ( để đưa vào bộ so sánh. Chọn biên độ A=2, và biên độ hài bậc 1 ) 8 tối đa có thể xuất hiện là 0.1V. Thực hiện cho thành phần tần số 697 Hz thì sóng hài bậc 1 là 3 cos 0,1 (1394π.t). Do đó độ lợi tại tần số của hài bậc 1: 20푙표 8 = ― 18,58 . 3 2 2 ∗ 2 ► Do lấy thanh phân DC nên ngõ ra của bộ lọc xấp xỉ => chon V = 0.8 (V) = = 1.27 ( ) T a) Lựa chọn các thông số bộ lọc như sau: -Cân lấy thanh phân DC nên 0 ℎọ푛 휔 = 10 = ― 2 휔푠 = 4000 푠 = ― 20 b) Thiết kế: ― 푠/10 푙표 10 ― 1 10― /10 ― 1 Bước 1. Xác định 푛 ≥ 휔푠 = 0,428 2log ( ) 휔 =>Chọn n=1 Bước 2. Xác định 휔 휔 휔푠 ≤ 휔 ≤ (10― /10 ― 1)1/2푛 (10― 푠/10 ― 1)1/2푛  13,07 ≤ 휔 ≤ 402.015 14
9. d) Mô phỏng bằng Matlab: Chọn các khối chức trong Matlab như sau e) Kết quả Nhận xét: điện áp thu được ở đầu ra V 1.27 (V) =4/ đúng với yêu câu thiết kế. Có dao động la do bộ lọc không phải lý tưởng => con tác động của các sóng hai nhưng la rất nhỏ Sau đó cho qua bộ so sánh sẽ được ngõ ra ở mức 1 Đối với các thành phần tần số khác 770-1633 sau khi được tách ra vẫn cho qua bộ quyết định với LPF được thiết kế như trên. Vì ở tần số càng cao thì độ lợi càng nhỏ hơn -18,6 dB. Do đó bộ lọc càng hoạt động tốt. 16
10. Nhận xét: Bộ lọc chưa thật tốt. Do Gs=-10dB nên biên độ thành phần 770 Hz khoảng 0,6V. Chỉ cho thành phần tần số 770Hz qua bộ lọc ta thu được kết quả sau 18
11.  p s 1/2n c 1/2n 10 Gp/10 1 10 Gs/10 1 1,14 c 2,32 2 Chọn  =2 ta tìm được hàm truyền prototype Filter là H '(s) c s 2 s2   s2 4 2.592800 Bước 2: thay s trong H’(s) ở trên bằng T (s) p1 p2 ta thu được hàm truyền của  p2  p1 s 40 s 80 s bộ lọc thông dải là H(s) s2 80 s 4 2.592800 Mô phỏng thử nghiệm bộ lọc Cho 3 thành phần tần số 697Hz, 770Hz và 852Hz qua bộ lọc ta thu được kết quả 20
12. IV.Thiết kế bộ lọc thông dải tách riêng thành phần tần số 852 Hz Lựa chọn các thông số cho bộ lọc  p1 2 .840 s1 2 .780  p2 2 .860 s2 2 .920 Gp 2dB Gs 10dB Tương tự, ta tuân theo qui trình thiết kế như trên: Bước 1: Tìm prototype Filter s min{6,74;7,31} 6,74 n 0,72 Chọn n=1 1,31 c 2,24 2 Chọn  =2 ta tìm được hàm truyền prototype Filter là H '(s) c s 2 s2 4 2.722400 Bước 2: thay s trong H’(s) ở trên bằng T (s) ta thu được hàm truyền của bộ lọc thông 40 s 80 s dải là H(s) s2 80 s 4 2.722400 Kết quả mô phỏng khi cho 3 thành phần tần số 770Hz, 852Hz và 941Hz qua bộ lọc 22
13. 1,31 c 2,78 2 Chọn  =2 ta tìm được hàm truyền prototype Filter là H '(s) c s 2 s2 4 2.883500 Bước 2: thay s trong H’(s) ở trên bằng T (s) ta thu được hàm truyền của bộ lọc thông 40 s 80 s dải là H(s) s2 80 s 4 2.883500 Kết quả mô phỏng khi cho 3 thành phần tần số 852Hz, 941Hz và 1209Hz qua bộ lọc 24
14. VI.Thiết kế bộ lọc thông dải tách riêng thành phần tần số 1209 Hz Lựa chọn các thông số cho bộ lọc  p1 2 .1200 s1 2 .1120  p2 2 .1220 s2 2 .1290 Gp 2dB Gs 10dB Bước 1: Tìm prototype filter s min{7,76;9,36} 7,76 n 0,67 Chọn n=1 1,31 c 2,59 2 Chọn  =2 ta tìm được hàm truyền prototype Filter là H '(s) c s 2 s2 4 2.1464000 Bước 2: thay s trong H’(s) ở trên bằng T (s) ta thu được hàm truyền của bộ lọc thông 40 s 80 s dải là H(s) s2 80 s 4 2.1464000 Kết quả mô phỏng khi cho 3 thành phần tần số 941Hz, 1209Hz và 1336Hz qua bộ lọc 26
15. Chọn n=1 1,31 c 2,43 2 Chọn  =2 ta tìm được hàm truyền prototype Filter là H '(s) c s 2 s2 4 2.1782000 Bước 2: thay s trong H’(s) ở trên bằng T (s) ta thu được hàm truyền của bộ lọc thông 60 s 120 s dải là H(s) s2 120 s 4 2.1782000 Kết qua mô phỏng khi cho 3 thành phần tần số 1209Hz, 1366Hz và 1477Hz qua bộ lọc 28
16. s min{7,17;7,8} 7,17 n 0,69 Chọn n=1 1,31 c 2,39 2 Chọn  =2 ta tìm được hàm truyền prototype Filter là H '(s) c s 2 s2 4 2.2160800 Bước 2: thay s trong H’(s) ở trên bằng T (s) ta thu được hàm truyền của bộ lọc thông 40 s 80 s dải là H(s) s2 80 s 4 2.2160800 Kết quả mô phỏng khi cho 3 thành phần tần số 1336Hz, 1477Hz và 1633Hz qua bộ lọc 30
17. n 0,68 Chọn n=1 1,31 c 2,46 2 Chọn  =2 ta tìm được hàm truyền prototype Filter là H '(s) c s 2 s2 4 2.1625.1645 Bước 2: thay s trong H’(s) ở trên bằng T (s) ta thu được hàm truyền của bộ lọc 40 s 80 s thông dải là H(s) s2 80 s 4 2.1625.1645 Kết quả mô phỏng khi cho 3 thành phần tần số 1477Hz, 1633Hz và 1800Hz qua bộ lọc 32
18. Kết quả mô phỏng khi cho 3 thành phần tần số 1477Hz và 1800Hz qua bộ lọc ►Tổng kết: Hệ thống giải mã tín hiệu DTMF tương tự dùng bộ lọc được thiết kế theo qui trình: Ngõ vào tổng quát sẽ có 8 thành phần tần số. Cho ngõ vào này qua 8 bộ lọc để tách riêng biệt ra 8 thành phần tần số. 8 thành phần tần số này sẽ tiếp tục cho qua 8 bộ quyết định. Sau đó 8 bộ quyết định cho ra 8 ngõ ra để chỉ báo có hay không thành phần tần số tương ứng. Hệ thống mô phỏng trên Matlab như sau(8 ngõ vào theo thứ tự từ trên xuống lần lượt tương ứng với các thành phần tần số từ nhỏ đến lớn) 34
19. Thử nghiệm lần 1: Cho ngõ vào có cả 8 thành phần tần số thì 8 ngõ ra sẽ đều ở mức 1 36
20. Tương tự khi chỉ cho qua hệ thống 1 trong 8 thành phần tần số thì đều thu được kết quả như yêu cầu. Thử nghiệm lần 3: Cho ngõ vào có 5 thành phần tần số: 770Hz, 941Hz, 1209Hz, 1336Hz và 1633Hz 38