Моделирование процессов и систем: Методические указания к лабораторным работам, страница 3

Лабораторная работа № 2

СТРАТЕГИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ

МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Цель работы

Практическое освоение методов стратегического планирования модельного эксперимента; составление плана эксперимента в факторном пространстве; полный и частичные факторные эксперименты; исследование имитационной модели импульсного умножителя двух аналоговых сигналов в системе Simulink.

Порядок выполнения работы

1.  Разработайте структуру факторного пространства для стратегического планирования следующего модельного эксперимента.

Исследуется модель аналогового импульсного умножителя (см. лабораторную работу № 1) в режиме перемножения двух постоянных сигналов при частоте повторения сигнала треугольной формы f, Гц. Вычисляется значение погрешности аналогового умножения относительного цифрового умножения в некоторый момент времени T от начала моделирования. Требуется выбрать параметры умножителя таким образом, чтобы относительная погрешность не превышала некоторого заданного значения δ. Значения T, δ и f задаются преподавателем.

В состав факторного пространства включите следующие количественные и качественные факторы: тип фильтра нижних частот, порядок фильтра, частота среза фильтра. Для каждого фактора выберите 3…7 уровней.

2.  Разработайте стратегические планы следующих экспериментов:

· полный факторный эксперимент;

· частичный факторный эксперимент, рандомизированный план;

· частичный факторный эксперимент, латинский план;

· частичный факторный эксперимент с изменением факторов по одному;

· дробный факторный эксперимент.

Для каждого из разработанных планов вычислите количество итераций модельного эксперимента и оцените требуемое время моделирования.

Совет: для разработки планов можно воспользоваться функциями библиотеки пакета Matlab: раздел Statistics Toolbox → Design of Experiments.

3.  Обоснуйте выбор одного из разработанных планов и реализуйте его.

4.  Продолжайте выполнение пункта 3 до тех пор, пока требования модельного эксперимента не будут выполнены.

5.  Повторите выполнение пунктов 1…4 для случая, когда в одном из входных сигналов умножителя присутствует помеха (гармоническая или случайная). Тип помехи, а также значение отношения сигнал/шум включите в состав факторного пространства.

6.  Сделайте выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.  В чем различия между методами стратегического и тактического планирования модельного эксперимента?

2.  Перечислите достоинства и недостатки полного и частичного факторных экспериментов.

3.  Какие требования накладываются на факторы при использовании частичного факторного эксперимента?

4.  Дайте определения понятиям «наблюдаемая переменная», «центр плана» и «интервал варьирования».

5.  Что изменится при выполнении пункта 5 данной работы, если каждую из итераций модельного эксперимента повторять в свою очередь N раз? Исходя из каких соображений следует выбирать минимальное значение этого N?

Лабораторная работа № 3

Моделирование ЭЛЕМЕНТОВ цифровЫХ

УСТРОЙСТВ

Цель работы

Получение практических навыков моделирования дискретных систем на примере элементов цифровых устройств: двоичных сумматоров, триггеров, комбинаторной логики, статической и динамической памяти, арифметико-логических операций и управляющих команд.

Порядок выполнения работы

1.  Разработайте модели, позволяющие переводить натуральные десятичные числа в двоичную систему счисления и обратно (используйте N двоичных разрядов, N = 4 или 8).

2.  Используя средства комбинаторной логики или блоки логических операций, постройте модель N-разрядного двоичного сумматора (модель такого сумматора можно реализовать в виде набора одноразрядных двоичных сумматоров, учитывайте переносы числа из младшего в старший разряды). Сложите два десятичных числа с помощью разработанного сумматора.

3.  Дополните набор выполняемых команд операциями вычитания двух натуральных чисел (сложение в дополнительном коде), поразрядного сдвига влево и вправо.

4.  Разработайте модель дешифратора на M входов, построенного с использованием моделей элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

5.  В соответствии с вариантом задания разработайте модель триггера. Для реализации модели используйте элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Продемонстрируйте работоспособность построенной модели.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

1. Асинхронный RS-триггер (табл. 1).

таблица  1

Таблица переходов асинхронного RS-триггера

R	S	Q	Примечание
0	0	Q	Хранение
0	1	1	Установка 1
1	0	0	Установка 0
1	1	–	Запрещено

2. Двухтактный RS-триггер (табл. 2).

При подаче на вход синхронизации С триггера значения С = 1 триггер считывает входные значения и хранит их. При значении входа С = 0 выходные сигналы триггера примут значения переходов в соответствии с табл. 2. Моменты времени t соответствуют тактам с сигналом синхронизации С = 1. Для установки триггера в состояние 0 или
1 без подачи сигнала синхронизации предусмотрите отдельные входы.

таблица  2

Таблица переходов двухтактного RS-триггера

t		t + 1	Примечание
R	S	Q
0	0	Q (t)	Хранение
1	0	0	Установка 0
0	1	1	Установка 1
1	1	–	Запрещено