计算机控制系统(清华大学出版社)课件_信号.ppt

零阶保持器与理想低通滤波器相比 理想滤波器的截止频率为?c=?s /2，在?≤?c时，采样信号无失真地通过，在??c时锐截止；而零阶保持器有无限多个截止频率?c＝n?s(n＝1，2，…)，在0??s内，幅值随?增加而衰减。 零阶保持器允许采样信号的高频分量通过，不过它的幅值是逐渐衰减的。 相频特性：零阶保持器是一个相位滞后环节，相位滞后的大小与信号频率?及采样周期T成正比。 * 零阶保持器的频率特性 2.1 控制系统中信号分类 2.2 理想采样过程的数学描述及特性分析 2.3 信号的恢复与重构 2.4 信号的整量化 2.5 计算机控制系统简化结构图 * 2.4 信号的整量化 将一个模拟量变成二进制数字量时，二进制的位数设为n，则n位二进制数只能表示2n个不同状态，最低位所代表的量，称为量化单位q。 * q＝1/2n 模拟量和有限字长二进制数之间不是一一对应的，用数字量表示模拟量是有误差的，这种误差称为量化误差。 显然，增加字长n可以减小量化单位，从而降低量化误差。当字长n很大，则其量化单位q较小，在系统中所引入的量化误差亦较小，常常可以忽略。 2.1 控制系统中信号分类 2.2 理想采样过程的数学描述及特性分析 2.3 信号的恢复与重构 2.4 信号的整量化 2.5 计算机控制系统简化结构图 * 2.5 计算机控制系统简化结构图 尽管计算机控制系统中含有多种信号形式的变换，但其中仅采样、量化及信号恢复（零阶保持器）对系统影响最大。如果考虑计算机系统相应设备的二进制字长较长，量化对系统的影响亦可忽略，这样，计算机控制系统结构就可简化为下图所示结构。 * 图2-29计算机控制系统简化结构图 第2章 内容结束！ * * * 2.1 控制系统中信号分类 2.2 理想采样过程的数学描述及特性分析 2.3 信号的恢复与重构 2.4 信号的整量化 2.5 计算机控制系统简化结构 * 2.1 控制系统中信号分类 从时间上区分： 连续时间信号__在任何时刻都可取值的信号； 离散时间信号__仅在离散断续时刻出现的信号。 从幅值上区分： 模拟信号__信号幅值可取任意值的信号。 离散信号__信号幅值具有最小分层单位的模拟量。 数字信号__信号幅值用一定位数的二进制编码形式表示的信号。 * 表2-1 控制系统中信号形式分类 * 时间 幅值 连 续 离 散 连 续 离 散 数字 二进制 2.1.1 A/D变换 1. 采样 采样/保持器(S/H)对连续的模拟输入信号，按一定的时间隔T（称为采样周期）进行采样，变成时间离散（断续）、幅值等于采样时刻输入信号值的序列信号。 2. 量化 将采样时刻的信号幅值按最小量化单位取整的过程。 3. 编码 将整量化的分层信号变换为二进制数码形式，用数字量表示。 * 图2-2 A/D变换器框图 图2-3 各点信号形式的变化 2.1.2 D/A变换 1. 解码器 将数字量转换为幅值等于该数字量的模拟脉冲信号。 2. 信号恢复器 将解码后的模拟脉冲信号变为随时间连续变化的信号。 * 图2-4 D/A的信号变换框图 2.1.3计算机控制系统中信号的分类 其中各点的信号类型如表2-1所示。 将时间及幅值均连续的信号称为连续信号或模拟信号，如点A、H； 将时间上离散，幅值上是二进制编码的信号称为数字信号，如点F、D、E。 将时间断续幅值连续的信号称为采样信号。 * 图2-6计算机控制系统中信号变换 计算机控制系统信号分析的结论 A/D和D/A变换中，最重要的是采样、量化和保持(或信号恢复)3个变换过程。编码和解码仅是信号形式的改变，其变换过程可看作无误差的等效变换，因此在系统的分析中可以略去； 采样将连续时间信号变换为离散时间信号，保持将离散时间信号又恢复成连续时间信号，这是涉及采样间隔中信号有无的问题，影响系统的传递特性，因而是本质问题，在系统的分析和设计中是必须要考虑的。 量化使信号产生误差并影响系统的特性。但当量化单位q很小 (即数字量字长较长)时，信号的量化特性影响很小，在系统的初步分析和设计中可不予考虑。 * 2.1 控制系统中信号分类 2.2 理想采样过程的数学描述及特性分析 2.3 信号的恢复与重构 2.4 信号的整