【正文】 基準 73 4. 隔離電源 在計算機控制系統(tǒng)中 ， 為了提高系統(tǒng)運行的安全性 、可靠性和抗干擾能力 ， 需要使用隔離技術 （ 如光電隔離等 ） 用于隔離計算機系統(tǒng)與信號輸入 、 輸出通道以及系統(tǒng)中互聯(lián)的單元 。 而實施隔離技術 ， 最基本的要求是被隔離的各個部分由獨立的或相互隔離的電源供電 ， 以切斷各個部分間的電路聯(lián)系 。 因此 ， 隔離電源在計算機控制系統(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轉換器，它不僅可以實現(xiàn)直流電壓到直流電壓的隔離轉換，還可以實現(xiàn)通道與通道之間、輸出與輸入之間的隔離。 75 圖 DC－ DC轉換隔離電源 兩種得到隔離電源的方法 DC－ DC轉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)電源的噪聲和從調制器反饋回的脈動信號 ， 調制器把直流信號轉換為交流信號以使其可以通過變壓器 ， 由變壓器實現(xiàn)電壓轉換和隔離 ，輸出解調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轉換隔離電源的應用電路。 圖 DC－ DC轉換隔離電源應用 77 信號采樣與重構 ? 1. 信號類型定義 ? 2. 信號采樣 ? 3. 采樣機理描述 ? 4. 采樣定理 ? 5. 計算機控制系統(tǒng)中采樣周期的選擇 ? 6. 信號重構 78 1. 信號類型定義 在計算機控制系統(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)信號是在整個時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 模擬信號是在整個時間范圍均有定義的信號 ， 它的幅值在某一時間范圍內是連續(xù)的 。 模擬信號是連續(xù)信號的一個子集 ， 在大多數(shù)場合與很多文獻中 ， 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離散時間瞬時上有定義的信號。 采樣信號是離散信號的子集，它是取模擬信號在離散時間瞬時上的值構成的信號序列，因此其幅值可以是模擬信號的連續(xù)幅值范圍內的任意值，即其在時間上是離散的，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)信號在離散時間瞬時值的序列過程 ， 有時也稱為離散化過程 。 在計算機控制系統(tǒng)中 ， 采樣過程是不可缺少的 。 對時間和幅值均連續(xù)的模擬信號經(jīng)過采樣得到在時間上離散 、 幅值連續(xù)的脈沖序列 ， 由 A/D轉換器整量化后才能送入計算機進行處理和運算 。 完成采樣操作的裝置稱為采樣器或采樣開關。 圖 理想采樣開關的采樣過程 85 采樣類型 ? 周期采樣 指相鄰兩次采樣的時間間隔相等 ， 也稱為普通采樣 。 這里 ， 相鄰兩次采樣之間的時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。 周期采樣的采樣時刻為 0、 T、 2T、 3T、 ? 。 86 采樣類型 ?同步采樣 如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關 ， 它們的采樣周期相同且同時進行采樣 ， 則稱為同步采樣 。 ?非同步采樣 如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關 ， 它們的采樣周期相同但不同時開閉 ， 則稱為非同步采樣 。 87 ?多速采樣 如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關 ， 每個采樣開關都是周期采樣的 ， 但它們的采樣周期不相同 ， 則稱多速采樣 。 在某些計算機控制系統(tǒng)中 ， 為提高控制質量 ，對變化比較快的模擬量采用較高的速率進行采樣和控制 ， 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行等效分析 。 ?隨機采樣 若相鄰兩次采樣的時間間隔不相等 ， 則稱為隨機采樣 。 隨機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)進行周期采樣且采樣角頻率 ωs ≥2ωmax時 ， 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 f(t) 。 ? ωs /2稱為奈奎斯特頻率 。 90 5. 采樣周期的選擇 在計算機控制系統(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)階躍響應的上升時間選取 ? 根據(jù)生產(chǎn)過程控制的經(jīng)驗選取 91 6. 信號重構 把離散信號變?yōu)檫B續(xù)信號的過程 ， 稱為信號重構 ，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轉換得到的數(shù)據(jù)通過軟件按照一定的算法進行平滑加工等處理 ， 再送給控制程序運算 ， 以增強其有效信號 、 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 ? 算術平均濾波方法 ? 一階滯后濾波方法 ? 復合濾波方法