PRBS 输入信号

R2026b

伪随机二进制序列 (PRBS) 是一种在两个值之间切换的周期性确定性信号，具有类似白噪声的属性。PRBS 信号本质上是周期性的，其最大周期长度为 2ⁿ–1，其中 n 是 PRBS 的阶数。

PRBS signal shifting between -0.025 and 0.025.

您可以在命令行或模型线性化器中使用 PRBS 输入信号进行频率响应估计。估计算法会在您指定用于估计的输入分析点处注入 PRBS 信号，并测量输出分析点处的响应。PRBS 信号对于估计通信及电力电子应用中的频率响应很有用。

使用 PRBS 输入信号，您可以：

当您创建 PRBS 输入信号时，请指定以下参数。

当您指定 PRBS 信号参数时，请考虑以下事项：

设置振幅，使系统针对您的应用得到适当激励。如果输入振幅过大，信号可能会严重偏离模型的工作点。如果输入振幅过小，则难以将 PRBS 信号与模型中的噪声和波纹区分开来。
对于给定的采样时间，要提高低频范围内的分辨率，请增加 PRBS 信号的阶数。
对于大多数频率响应估计应用，建议使用单个周期。这样做可以在信号的频率范围内产生平坦的频率响应。
生成的 PRBS 信号的频率范围是 [F_min,F_max]，其中 $F_{\min} = (F_{N} / N_{p}) \cdot (2 / 2^{n} - 1)$ ， $F_{\max} = F_{N}$ 。F_N 是信号的奈奎斯特频率。

您还可以根据线性系统 sys 的动态特性来创建具有相应参数的 PRBS 信号。例如，如果您有系统的精确线性化，则可以使用它来初始化这些参数。

当您使用线性系统设置 PRBS 参数时，信号的振幅为 0.05，周期数为 1。为了设置信号的采样时间和阶数，软件会首先根据 sys 的动态特性选择信号频率范围 [F_min,F_max]。

如果 sys 是离散时间系统，则：

PRBS 的采样时间等于 sys 的采样时间。
PRBS 的阶数如下，其中 ⌈.⌉ 是向上取整运算符。
$Order = ⌈ \frac{\log (\frac{2 π}{Ts \cdot Fmin})}{\log (2)} ⌉$

如果 sys 是连续时间系统，则：

PRBS 的采样时间为
$Ts = \frac{2 π}{5 \cdot Fmax}$
PRBS 的阶数如下，其中 ⌊.⌋ 是向下取整运算符。
$Order = ⌊ \frac{\log (\frac{2 π}{Ts \cdot Fmin})}{\log (2)} ⌋$

在模型线性化器中，要使用 PRBS 输入信号进行估计，请在估计选项卡上选择输入信号 > PRBS 伪随机二进制序列。

在“创建 PRBS 输入”对话框中，在变量名称中指定 PRBS 信号对象的名称。然后，您可以使用以下字段指定 PRBS 输入信号的参数。

您还可以根据感兴趣的频率范围自动确定参数周期数和信号阶数。自动确定参数有助于创建能够在指定频率范围内产生精确频率响应的输入信号。

要自动确定参数，请先将采样时间参数设置为与信号注入点处的采样时间相匹配。接下来，使用最小值和最大值参数指定感兴趣的频率范围（以弧度/秒为单位），然后点击计算参数。

The Create PRBS input dialog box, with example parameters specified.

此外，您还可以：

使用每个时钟周期一个采样参数指定信号是在每个时钟周期的一个采样处保持恒定，还是在每个时钟周期的多个采样处保持恒定。如果周期数大于 1，请使用此参数。默认情况下，此选项处于启用状态，生成的信号在一个采样处保持恒定。禁用此选项时，生成的信号在指定数目的采样处保持恒定。
使用执行基于窗的滤波以改进估计结果参数，应用基于汉宁窗的滤波，从而获得更平滑的频率响应估计结果。

要使用 frestimate 在命令行中创建用于估计的 PRBS 信号，请使用 frest.PRBS 对象。

自 R2024a 起

要在 Simulink^® 中创建用于估计的 PRBS 信号，请使用 PRBS Signal Generator 模块。当您生成扰动信号以在桌面仿真或通过代码生成在硬件上将其注入您的被控对象模型时，此模块很有帮助。然后，您可以收集被控对象对扰动信号的响应数据并执行自定义处理以确定被控对象特征。

要改善低频段的频率响应估计结果，可以使用与原始模型中不同的采样时间。为此，请修改模型，在输入分析点使用 Constant 模块，在输出分析点使用 Rate Transition 模块。

Simulink model with constant block added after input linear analysis point and rate transition block added before output linear analysis point.

对于 Constant 模块和 Rate Transition 模块，请为 PRBS 信号指定一个大于模型原始采样时间的新采样时间。

更改 PRBS 输入信号采样时间的功能为频率响应估计过程提供了额外的自由度。通过使用比原始模型更大的采样时间，可以在低频范围内获得分辨率更高的频率响应估计结果。此外，以较低的采样率进行估计还可降低部署到硬件时的处理需求。

另请参阅