計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章-資料下載頁
2025-05-14 22:26本頁面
【正文】 基準(zhǔn) 73 4. 隔離電源 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 ， 為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性 、可靠性和抗干擾能力 ， 需要使用隔離技術(shù) （ 如光電隔離等 ） 用于隔離計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與信號輸入 、 輸出通道以及系統(tǒng)中互聯(lián)的單元 。 而實(shí)施隔離技術(shù) ， 最基本的要求是被隔離的各個(gè)部分由獨(dú)立的或相互隔離的電源供電 ， 以切斷各個(gè)部分間的電路聯(lián)系 。 因此 ， 隔離電源在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中是不可缺少的 。 ? 兩種得到隔離電源的方法 74 兩種得到隔離電源的方法 采用不同的電源變壓器或相互獨(dú)立的變壓器二次繞組的輸出為各隔離部分供電，將它們分別進(jìn)行整流、穩(wěn)壓等處理，就可獲得互相隔離的直流電源。這種方法可以有效到抑制高頻干擾對系統(tǒng)的影響及系統(tǒng)各部分之間的相互影響，且實(shí)現(xiàn)簡單，但需要額外的變壓器或變壓器繞組，使得系統(tǒng)的體積變大。 采用帶電壓隔離的 DC－ DC轉(zhuǎn)換器，它不僅可以實(shí)現(xiàn)直流電壓到直流電壓的隔離轉(zhuǎn)換，還可以實(shí)現(xiàn)通道與通道之間、輸出與輸入之間的隔離。 75 圖 DC－ DC轉(zhuǎn)換隔離電源 兩種得到隔離電源的方法 DC－ DC轉(zhuǎn)換隔離電源的基本原理見圖 。 圖中 ，輸入級濾波器用于抑制來自系統(tǒng)電源的噪聲和從調(diào)制器反饋回的脈動信號 ， 調(diào)制器把直流信號轉(zhuǎn)換為交流信號以使其可以通過變壓器 ， 由變壓器實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換和隔離 ，輸出解調(diào)器分離出所需的直流電平 ， 輸出級濾波器抑制輸出噪聲和脈動信號 。 76 兩種得到隔離電源的方法 圖 DC－ DC轉(zhuǎn)換隔離電源的應(yīng)用電路。 圖 DC－ DC轉(zhuǎn)換隔離電源應(yīng)用 77 信號采樣與重構(gòu) ? 1. 信號類型定義 ? 2. 信號采樣 ? 3. 采樣機(jī)理描述 ? 4. 采樣定理 ? 5. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中采樣周期的選擇 ? 6. 信號重構(gòu) 78 1. 信號類型定義 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 ， 存在多種類型的信號 ， 圖號形式 。 圖 79 為便于后續(xù)的描述和分析，下面定義幾種類型信號，并在圖 。 信號類型定義 ? 連續(xù)信號 ? 模擬信號 ? 離散信號 及采樣信號 ? 數(shù)字信號 圖 信號類型圖解 80 連續(xù)信號 連續(xù)信號是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號 ， 它的幅值可以是連續(xù)的 、 也可以是斷續(xù)的 。 連續(xù)信號的一種特殊情況是幅值整量化的連續(xù)信號 ， 如 D/A轉(zhuǎn)換器輸出的臺階式信號 ， 這種信號稱為分段連續(xù)信號 。 81 模擬信號 模擬信號是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號 ， 它的幅值在某一時(shí)間范圍內(nèi)是連續(xù)的 。 模擬信號是連續(xù)信號的一個(gè)子集 ， 在大多數(shù)場合與很多文獻(xiàn)中 ， 將二者等同起來 ， 均指模擬信號 。 82 離散信號及采樣信號 離散信號是僅在各個(gè)離散時(shí)間瞬時(shí)上有定義的信號。 采樣信號是離散信號的子集，它是取模擬信號在離散時(shí)間瞬時(shí)上的值構(gòu)成的信號序列，因此其幅值可以是模擬信號的連續(xù)幅值范圍內(nèi)的任意值，即其在時(shí)間上是離散的，而幅值上是連續(xù)的。在很多場合中，我們提及離散信號就是指采樣信號。 83 數(shù)字信號 數(shù)字信號是幅值整量化的離散信號 ， 它在時(shí)間上和幅值上均是離散的 。 84 2. 信號采樣 采樣或采樣過程 ， 就是抽取連續(xù)信號在離散時(shí)間瞬時(shí)值的序列過程 ， 有時(shí)也稱為離散化過程 。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 ， 采樣過程是不可缺少的 。 對時(shí)間和幅值均連續(xù)的模擬信號經(jīng)過采樣得到在時(shí)間上離散 、 幅值連續(xù)的脈沖序列 ， 由 A/D轉(zhuǎn)換器整量化后才能送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和運(yùn)算 。 完成采樣操作的裝置稱為采樣器或采樣開關(guān)。 圖 理想采樣開關(guān)的采樣過程 85 采樣類型 ? 周期采樣 指相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔相等 ， 也稱為普通采樣 。 這里 ， 相鄰兩次采樣之間的時(shí)間間隔稱為采樣周期 ， 記為 T。 采樣頻率定義為fs=1/T；采樣角頻率定義為 ωs=2πfs=2π/T。 周期采樣的采樣時(shí)刻為 0、 T、 2T、 3T、 ? 。 86 采樣類型 ?同步采樣 如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān) ， 它們的采樣周期相同且同時(shí)進(jìn)行采樣 ， 則稱為同步采樣 。 ?非同步采樣 如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān) ， 它們的采樣周期相同但不同時(shí)開閉 ， 則稱為非同步采樣 。 87 ?多速采樣 如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān) ， 每個(gè)采樣開關(guān)都是周期采樣的 ， 但它們的采樣周期不相同 ， 則稱多速采樣 。 在某些計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 ， 為提高控制質(zhì)量 ，對變化比較快的模擬量采用較高的速率進(jìn)行采樣和控制 ， 對變化比較緩慢的模擬量采用較低的速率進(jìn)行采樣和控制 ， 這就是多速采樣 。 多速采樣可以用同步采樣進(jìn)行等效分析 。 ?隨機(jī)采樣 若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔不相等 ， 則稱為隨機(jī)采樣 。 隨機(jī)采樣主要用于不要求控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。 采樣類型 88 3. 采樣機(jī)理描述 ????????kT kTtt )()( ??則采樣信號可表示為 )()()(* ttftf T??????????kkTtkTftf )()()(* ?????????kkTtkTftf )()()(* ?或 或 理想采樣開關(guān)可表示為 89 4. 采樣定理 ? 采樣定理 : 如果連續(xù)信號 f(t)具有有限頻譜 ，其最高頻率為 ωmax,則對 f(t)進(jìn)行周期采樣且采樣角頻率 ωs ≥2ωmax時(shí) ， 連續(xù)信號可以由采樣信號唯一確定 ， 亦即可以從 f*(t)無失真地恢復(fù) f(t) 。 ? ωs /2稱為奈奎斯特頻率 。 90 5. 采樣周期的選擇 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，采樣頻率或采樣周期的選擇非常重要，它直接影響控制效果，而且還影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ? 按系統(tǒng)閉環(huán)頻帶選取 ? 按系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)選取 ? 按系統(tǒng)開環(huán)階躍響應(yīng)的上升時(shí)間選取 ? 根據(jù)生產(chǎn)過程控制的經(jīng)驗(yàn)選取 91 6. 信號重構(gòu) 把離散信號變?yōu)檫B續(xù)信號的過程 ， 稱為信號重構(gòu) ，它是采樣的逆過程 。 ? 零階保持器 ? 一階保持器 ? ?h00( ) ( ) 1 ( ) 1 ( )kf t f k T t k T t k T T???? ? ? ? ??h1( ) ( )( ) ( ) ( ) , ( 1 )f k T f k T Tf t f k T t k T k T t k TT??? ? ? ? ? ?92 數(shù)字濾波 數(shù)字濾波 ， 是把 A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)通過軟件按照一定的算法進(jìn)行平滑加工等處理 ， 再送給控制程序運(yùn)算 ， 以增強(qiáng)其有效信號 、 消除或減小各種干擾和噪聲 ， 從而提高控制精度和系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性 。 ? 限幅濾波方法 ? 中值濾波方法 ? 算術(shù)平均濾波方法 ? 一階滯后濾波方法 ? 復(fù)合濾波方法
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