Документация Engee
Notebook

Задача ЦОС на примере модели сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя

Открыть пример в Engee

В данном примере реализована модель сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя (Sigma-Delta ADC) - это тип, который использует метод дельта-сигма модуляции для достижения высокой точности и разрешения в измерении аналоговых сигналов. Он широко применяется в различных приложениях, требующих высокой точности измерения, таких как: аудио, измерительные датчики и т.д. (модель sigma_delta_adc.engee):

sdadc.PNG

Далее в данном примере проанализирована работа Sigma-Delta ADC в Simulink и Engee, а также выполнено сравнение результатов работы двух сред разработки.

Для начала необходимо подключить библиотеки:

In [ ]: 
# Подключение библиотек
using Plots
using CSV
using DataFrames
using Statistics
plotlyjs();

Запуск модели, реализованной в среде разработки Engee.

In [ ]: 
modelName = "sigma_delta_adc"
SDC_model = modelName in [m.name for m in engee.get_all_models()] ? engee.open( modelName ) : engee.load( "$(@__DIR__)/$(modelName).engee");

results = engee.run( modelName )
Out[0]:
Dict{String, DataFrame} with 3 entries:
  "analog" => 51216×2 DataFrame…
  "SD_ADC" => 801×2 DataFrame…
  "diff"   => 51216×2 DataFrame…

Визуализация выходов модели

In [ ]: 
SD_ADC_res_t = results["SD_ADC"].time;
SD_ADC_res_d = results["SD_ADC"].value;
p_adc_da_sl = plot(SD_ADC_res_t, SD_ADC_res_d, legend = false) # Построение графика
plot!(title = "Результаты моделирования в Engee", ylabel = "Цифровой сигнал", xlabel="Время, c") # Подпись осей и заголовка графика
Out[0]:

Результаты моделирования в Simulink:

In [ ]: 
using MATLAB # Подключение ядра MATLAB
mat"cd $(@__DIR__)"
mat"""
    out = sim('sigma_delta_adc');
    sig = getElement(out.yout,1);
    $DA_times = sig.Values.Time;
    $DA_values = sig.Values.Data;
    """; # Запуск Simulink

>> [Warning: MATLAB has disabled some advanced graphics rendering features by
switching to software OpenGL. For more information, click <a
href="matlab:opengl('problems')">here</a>.] 
>> >> >> [Warning: The specified buffer for 'sigma_delta_adc/Transport Delay' was too
small. During simulation, the buffer size was temporarily increased to 3072. In
order to generate code, you need to update the buffer size parameter]
In [ ]: 
p_adc_da_sl = plot(DA_times, DA_values, legend = false) 
plot!(title = "Результаты моделирования в Simulink", ylabel = "Цифровой сигнал", xlabel="Время, c")
Out[0]:

В моделях используется решатель с переменным шагом. Необходимо "синхронизировать" сигналы. Сначала, наложим графики друг на друга:

In [ ]: 
plot(SD_ADC_res_t ,SD_ADC_res_d, label = "Engee")
plot!(title = "Сравнение результатов моделирования")
plot!(DA_times, DA_values, label = "Simulink")
#plot!(label = ["Engee" "Simulink"])
plot!(legend = :outertopright,ylabel = "Цифровой сигнал", xlabel="Время, c")
Out[0]:

Находим пересечение двух векторов с временем симуляции:

In [ ]: 
DA_times = DA_times[1:length(SD_ADC_res_t)];
DA_values = DA_values[1:length(SD_ADC_res_d)];
isect_idx = findall(in(SD_ADC_res_t),DA_times);

Затем, необходимо получить значения в общих точках

In [ ]: 
sd_comp_t = DA_times[isect_idx];
sd_comp_sl = DA_values[isect_idx];
sd_comp_en = SD_ADC_res_d[isect_idx];

Теперь мы можем корректно сравнить результаты Simulink и Engee:

In [ ]: 
adc_abs_tol = sd_comp_sl - sd_comp_en;
mean_adc_tol = abs(mean(adc_abs_tol));
adc_rel_tol = (sd_comp_sl - sd_comp_en)./sd_comp_sl;
mean_adc_tol_rel = abs(mean(filter(!isnan,adc_rel_tol)));
println("Средняя абсолютная погрешность вычислений:", mean_adc_tol);
println("Средняя относительная погрешность вычислений, %:", abs(mean_adc_tol_rel*100));

Средняя абсолютная погрешность вычислений:3.643855761728174e-18
Средняя относительная погрешность вычислений, %:9.729906822505499e-15
In [ ]: 
engee.close( modelName, force=true);

Вывод

Подводя итоги, в данном примере реализована модель сигма-дельта аналого-цифрового преобразователя. Опираясь на данный пример можно сделать несколько выводов:

  1. Engee не уступает по точности Simulink
  2. Engee позволяет пользоваться МОП, а благодаря большой библиотеке блоков мы имеем возможность реализовать большой функционал блоков.
  3. А также, при недостаточности функционала Engee, мы можем воспользоваться функционалом MATLAB внутри Engee

Блоки, использованные в примере