计算机控制第二章-3.pptVIP

第二章 计算机控制系统构成 1.1 信号转换 1.2 量化 1.3 信号重构 1.4 模/数(A/D)转换器 1.5 开关量输入输出接口 1.6 Z变换 1.3 信号重构 离散模拟信号 F*(t)是对F(t)的取样，即 F*(t)和F(t)的关系是局部与整体的关系。现在问题是如何由F*(t)唯一确定模拟信号F(t) 。（见下图） 1.3 信号重构 一、信号重构 二、理想滤波器 二、理想滤波器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 三、零阶保持器 本节到此结束， 谢谢您的光临！ 第二章 计算机控制系统构成 * 返回本章首页 返回本章首页 离散模拟信号与连续模拟信号的频谱有如下关系： 若模拟信号X(t)的频谱X(f)在f?fc时有X(f)=0,只要选择T?(1/2fc)采样信号的频谱如下图所示： 若能构造一个理想滤波器G(f)，能够完全保留主频谱分量，而除去采样引起的附加频谱分量，就可不失真地复现模拟信号.该理想滤波器频率特性有如下形式 连续信号经过采样开关和理想滤波器后的输出为： 可见该输出与原信号只相差T倍关系 具有锐截止频率的理想滤波器实际是做不到的，工程上通常采用具有低通滤波功能的零阶保持器近似代替 在计算机控制系统中，主要由保持器实现将数字信号复现为时间连续模拟信号。 从数学上讲，保持器的任务就是解决各采样点X(nT)之间的插值问题。 在物理实现上，保持器常以nT和nT时刻前的X(nT)值外推( nT+?t)时刻的X(t)值，其中， 0??tT 。 由数/模(D/A)转换器物理实现的保持器称零阶保持器。它的功能是把nT时刻的数字保持到下一个采样时刻。即 X(nT+?t)=X(nT) (0??tT) 复现概念： 在计算机系统中，把数字控制器给出的二进制数字量通过D/A转换器转换为能作用于过程的时间连续模拟信号，这一转换过程就成为复现。 零阶保持器重现模拟信号时会引入幅值衰减和相位滞后。(见板书) 根据频率特性可以看出,零阶保持器具有以下特点: (1) 零阶保持器具有低通滤波特性. 当频率小于等于0.5倍采样频率时(板书),低频段频率特性与理想的低通滤波器特性相似. 高频段(板书),幅值有较大的衰减, 与低通滤波器有较大的差别, 因而零阶保持器不能完全滤掉高频成分. 用零阶保持器恢复的信号与原信号相比有一定的畸变; (2) 零阶保持器有相位滞后. 频率越高, 滞后越大,类似与滞后环节. 它的引入不利于闭环系统的稳定性,但与其他滤波器相比,相位滞后较小, 固常用. 在可能的情况下应增加采样频率, 可以减少零阶保持器的相位滞后. 根据频率特性可以看出,零阶保持器具有以下特点: (3)零阶保持器是以一个采样时刻的值外推的，而一阶保持器是以两个采样时刻的值外推的，以斜线段近似表示原信号; (4)零阶保持器与一阶保持器相比恢复精度低，但产生的负相移小，外推方法简单，工程容易实现。工程上普遍采用. 当零阶保持器将采样信号 重构模拟信号F(t)时是有相位滞后（与采样周期T有关）即时间延迟的。但在计算机控制系统中却必须严格限制复现模拟信号时产生的延迟时间，否则，将因这一延迟时间而改变了模拟信号作用于过程的实时时刻（即采样周期T确定的时刻）而使控制系统的性能恶化 . 从以上分析可以看出, 采样周期(频率)的选择十分重要,关系到相位滞后的问题. 下面从理论和工程经验上分析上来讨论选择采样周期. (1) 采样周期越小，采样信号的信息损失越小，信号恢复精度越高，控制系统的性能越好 . (2) T过小，会使系统调节过于频繁，使执行机构不能及时响应而加快磨损；同时运算次数增加，计算机负担加重。 (3) T过大，使采样信号不能及时反映连续测量信号的基本变化规律，同时由于控制不及时使系统动态品质恶化。所以采样周期不能过大也不能过小. (4)处理信号时采样周期的选择： 若允许有复现延时，则只要选择T?1/2WC 就够了。但若对复现延时时间有限制时，实践指出，用零阶保持器复现模拟信号时，应使用更高的采样频率。 即采样定理为理论指导原则，不能直接用来确定采样周期，还需要考虑模拟信号和被控对象