лр / ТСАиУ Лабораторная работа №1 Задание 2024

Лабораторная работа №1 «Работа с ЦАП/АЦП в SimInTech»

При работе рекомендуется сохранять каждую схему SimInTech. Для этого необходимо создать на диске D: папку со своим именем и сохранять файлы в ней. Не рекомендуется сохранять файлы на рабочий стол или на диск С:, поскольку они могут быть удалены при очередной чистке компьютеров.

1. Генерация периодического сигнала на выходе ЦАП

Рассмотрим работу с цифро-аналоговым преобразователем. В нашем случае в качестве ЦАП будем использовать плату National Instruments NI-6251. Для возможности работы с ней необходимо установить программное обеспечение NI DAQ Express. Оно уже установлено на компьютерах в лаборатории, никаких настроек после установки не требуется.

Запустим SimInTech и создадим новую «Схему модели общего вида»:

Обращаю внимание, что SimInTech дает сам имена и номера элементам схемы, поэтому они могут не совпадать со скриншотами из задания!

Далее добавим в нее генератор синуса, график для вывода сигнала и элемент для работы с платами National Instruments:

1

Расположить их нужно будет следующим образом:

У элемента NI изначально нет входов и выходов, они появятся только после настройки. Настройки открываются двойным кликом мыши по элементу NI, нас интересует частота сэмплирования, ставим 10000 Гц. Далее нужно щелкнуть по колонке «Значение» напротив пункта «Имена аналоговых выходов» и щелкнуть по значку похожему на калькулятор:

2

Откроется окно выбора выходов, выбираем ao0 и щелкаем по стрелке вправо:

Нажимаем «ОК», закрываем настройки элемента NI. На схеме у элемента NI появится вход. Осталось соединить все элементы схемы:

Для примера установим синусу следующие настройки:

То есть амплитуду 5 и частоту 100 рад/с.

Далее нужно настроить расчет, для этого нужно нажать на значок . Откроются настройки, выберем минимальный и максимальный шаг 0.0001, поскольку частоту вывода ранее выбрали 10кГц, то шаг меньше брать нельзя, а больше не имеет смысла. Конечное время ставим 10000, для того, чтобы сигнал генерировался достаточно долго.

3

Кроме этого нужно на вкладке «Синхронизация» установить чек бокс:

Схему можно запускать, но для начала подсоединим выход АЦП к осциллографу:

Разумеется, нужно включить осциллограф и NI ELVIS (у него тумблер сзади).

После этого можно запускать схему на исполнение. Для авто-настройки разрешения по каналам на осциллографе нужно нажать кнопку «Авто» на нем.

4

Сделать выводы по амплитуде и частоте полученного сигнала, все ли корректно? Обратите внимание на скорость расчета. Для завершения

генерации сигнала нужно остановить расчет.

Обязательно сохраните схему!

Фотографию сигнала с осциллографа и скриншот схемы сохранить для отчета.

Так же в отчете нужно привести ответы на два вопроса:

Что будет если установить частоту вывода 100кГц и шаг расчета

0.00001?

Что будет если снять чек бокс во вкладке «Синхронизация»?

2. Регистрация переходного процесса от объекта 1-го порядка

Для регистрации ПП будем использовать ступенчатое воздействие амплитудой 5В. Это средина положительного диапазона генерации и измерения сигнала платой NI-6251, полный диапазон составляет ±10В. Можно использовать классическую амплитуду 1В, но сигналы небольшой амплитуды очень сильно зашумляются, поэтому стараются взять амплитуду повыше. Середину диапазона берем из предположения, что на выходе возможен сигнал выше амплитудой, чем входной. Далее можно изменить амплитуду входного воздействия, как только станет ясно, что за сигнал от объекта будет получаться.

Схема для регистрации ПП представлена на следующем рисунке:

Как видно, нам понадобится еще один блок NI. Его нужно настроить на первый канал АЦП платы NI-6251:

5

Частоту сэмплирования для обоих блоков ставим 10кГц:

Для ступенчатого сигнала ставим амплитуду 5 и время переключения 0.01:

Время нельзя ставить равным 0, поскольку по окончании опыта ЦАП оставит на выходе последнее присланное ему значение, то есть 5В. Таким образом эксперимент повторить не удастся. Поскольку при повторе расчёта сигнал на выходе ЦАП меняться не будет.

6

Осталось настроить расчет, для него ставим параметры – шаг 0.0001, конечное время 0.1:

Не забываем про синхронизацию, ее нужно включить.

Соединяем вход и выход объекта 1-го порядка с каналами ЦАП и АЦП, как показано на рисунке:

7

Выход объекта 1-го порядка красный или желтый, вход черный, синий или зеленый.

Можно запускать схему на выполнение, переходной процесс отобразиться на нижнем графике.

Необходимо определить вид звена 1-го порядка и его параметры. При необходимости можно повысить частоту сэмплирования и снизить шаг расчета или изменить интервал регистрации ПП.

3. Регистрация частотных характеристик.

Необходимо сразу отметить, что это длительный процесс, который может занимать часы при большом количество точек измерения на низких частотах. Поэтому для начальной оценки вида частотных характеристик рекомендуется ставить начальную частоту исследования не менее 1. Можно сразу поставить 10, но тогда есть риск пропустить характерные особенности характеристик.

Для частотного анализа используется блок «Гармонический анализатор»:

Для отображения результатов используются графики вида «Фазовый портрет»:

Нужно добавить на схему один «Гармонический анализатор» и 3 графика «Фазовый портрет». Помимо этого, нужны будут блоки входа и выхода NI, как в предыдущем пункте.

8

Итоговая схема имеет вид:

Настройки блока «Гармонический анализатор» следующие:

То есть строиться только 50 точек, частота от 1 до 500Гц.

9

Настройки блоков NI такие-же – 10кГц, один для входа, другой для выхода. Настройки расчета аналогично первому пункту – шаг 0.0001, конечное время 10000 с. Синхронизация обязательно должна быть включена.

Объект оставляем подключенным к тем же разъемам.

Для графиков ЛАЧХ и ЛФЧХ нужно выбрать логарифмический масштаб оси Х. Для этого сделать двойной клик по объекту, далее нажать правой кнопкой мыши на поле графика и выбрать «Свойства»:

Далее устанавливаем чек бокс «Логарифмическая» для оси Х:

10