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Signal Generator

Sources

Der SignalGenerator-Block ist eine vielseitige Signalquelle, die verschiedene periodische, zeitveränderliche Signalformen für Simulation und Prüfzwecke erzeugt. Er kann Sinus-, Kosinus-, Rechteck-, Sägezahn- und Dreieckssignale bereitstellen. Dieser Block ist essenziell für die Erzeugung dynamischer Testsignale, Führungsgrößen und periodischer Störungen in Regelungssystemen und Signalverarbeitungsanwendungen.

Der Block arbeitet als virtueller Funktionsgenerator und berechnet seinen Ausgangswert direkt anhand der aktuellen Simulationszeit und der konfigurierten Parameter.

Mathematisches Modell

Der Signalgenerator unterstützt mehrere Signalformen basierend auf dem Phasenwinkel $\theta$ und der normierten Zyklusposition $n$ :

\begin{aligned} \theta(t) &= 2\pi f t + \phi \\ n(t) &= \left( \frac{\theta(t)}{2\pi} \right) \bmod 1 \quad \text{(normierte Zyklusposition, } 0 \le n < 1 \text{)} \end{aligned}

Das Ausgangssignal $y(t)$ hängt vom gewählten signalType ab:

y(t) = \text{offset} + \begin{cases} A \sin(\theta(t)), & \text{Sine} \\ A \cos(\theta(t)), & \text{Cosine} \\ A \cdot \text{sgn}(\text{dutyCycle} - n(t)), & \text{Square} \\ A (2n(t) - 1), & \text{Sawtooth} \\ A (1 - 4|n(t) - 0.5|), & \text{Triangle} \end{cases}

Wobei:

$y(t)$ das Ausgangssignal zum Zeitpunkt $t$ ist
$A$ die Signalamplitude ist (amplitude)
$f$ die Frequenz in Hertz ist (frequency)
$\phi$ die Phasenverschiebung ist (phase)
$\text{offset}$ der Gleichanteil (DC-Offset) ist

Ein- & Ausgänge

Direction	ID	Label	Typ	Status
→ In	`trigger`	Trigger	number	Optional
← Out	`out`	Signal	number	Output

Parameter

Parameter	Label	Typ	Standardwert	Beschreibung
`signalType`	Signal Type	select	`sine`	Type of periodic signal to generate
`amplitude`	Amplitude	number	`1`	Peak amplitude of the signal
`frequency`	Frequency	number	`1`	Signal frequency in Hertz
`offset`	Offset	number	`0`	DC offset added to the signal
`phase`	Phase	number	`0`	Initial phase offset in degrees
`dutyCycle`	Duty Cycle	number	`0.5`	Duty cycle for square wave (0-1)

Anwendungsbeispiele

Frequenzgangprüfung

Einspeisung einer 10-Hz-Sinuswelle in eine Übertragungsfunktion zur Analyse von Amplituden- und Phasenverlauf:

SignalGenerator (signalType: "sine", frequency: 10) → TransferFunction → Scope

PWM-Rechtecksignal

Erzeugung eines 10-Hz-Signals mit 30 % Tastverhältnis:

SignalGenerator (signalType: "square", frequency: 10, dutyCycle: 0.3) → Controller

Hinweise & Best Practices

Nyquist-Kriterium: Bei hohen Signalfrequenzen muss die Abtastrate der Simulation ( $f_s = 1/\Delta t$ ) deutlich über der Signalfrequenz liegen ( $f_s \ge 10 \cdot f$ ), um Aliasing und Verzerrungen zu vermeiden.
Zustandslos: Die Werte werden rein zeitabhängig aus $t$ berechnet, wodurch der Block keinerlei Speicher-Overhead besitzt.
WASM-Optimierung: Extrem schnelle mathematische Berechnung in WebAssembly.