文档介绍：控制系统中信号分类
理想采样过程的数学描述及特性分析
信号的恢复与重构
信号的整量化
计算机控制系统简化结构
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。
控制系统中信号分类
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
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。
A/D变换
图2-2 A/D变换器框图
图2-3 各点信号形式的变化
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。
D/A变换
图2-4 D/A的信号变换框图
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
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。
计算机控制系统信号分析的结论
采样过程的描述
采样周期T远大于采样脉冲宽度p,即T>>p。
理想采样过程:p0 。即具有瞬时开关功能。
理想采样信号用f *(t)表示。
图2-7 采样过程描述
均匀采样:整个采样过程中采样周期不变。
非均匀采样:采样周期是变化的。
随机采样:采样间隔大小随机变化。
单速率系统:在一个系统里,各点采样器的采样周期均相同。
多速率系统:各点采样器的采样周期不相同。
理想采样信号的时域描述
1. 理想采样的数学描述
用函数来描述理想采样开关,得到其时域数学表达式为
图2-8 理想采样开关的数学描述
2. 理想采样信号时域数学描述
理想采样信号f *(t)是连续信号f(t)经过一个理想采样开关而获得的输出信号,它可以看作是连续信号f(t) 被单位脉冲序列串T调制的过程。
理想采样信号的时域描述
图2-9 采样器—脉冲幅值调制器
f *(t)=f(t) T=f(t)
理想采样信号的时域表达式为: