第二章 计算机控制系统的信号.ppt

* 此处译码指D/A转换，共需2^N-1次比较 微秒 采样频率该如何确定？ 时间很短、能量很强 1、A/D变换器 A/D变换器是一种将连续模拟信号变换成离散数字编码信号的装置。通常，A/D变换器要按下述顺序完成3种变换：采样/保持，量化及编码。如图所示。 ? ? 图2.2 A/D变换器框图 A/D 模拟信号 模拟信号 A S/H B 量化 C 编码 D 数字信号 数字信号 ? 图2.3 A/D变换中信号形式的变化 ? （1）采样 采样/保持器（S/H）对连续的模拟输入信号，按一定时间间隔T进行采样，变换时间P，从而变成时间离散（断续），幅值等于采样时刻输入信号值的方波(保持)序列信号。因为A/D变换常采用逐点比较法，A/D变换需要时间，为了减少在变换过程中信号变化带来的影响，故需要采样/保持环节，使采样后在P时间内，将保持幅值不变，直到变换完成。 （2）量化 将采样时刻的信号幅值按最少量化单位取整，这个过程称为整量化。为什么要整量化呢？因为A/D变换通常采用逐点比较法，如图2.4所示。 ? 采样值 数字量输出 计数器 计数输入 译码 当计数值大于采样值时，将计数输入门封闭，A/D变换完成，计算器中的值即为输出数字量。当计数值小于采样值时，计数器继续增1。由于计数器只能按1增加，故A/D变换值按最小量化单位取整。 图2.4 A/D变换原理图 （3）编码 整量化的信号变换成二进制数字量表示。编码只是信号表示形式的改变，可将它看作是无误差的等效变换过程。如“4”表示为“100”。 2、D/A变换器 D/A变换器将数字编码信号转换为相应的时间连续的模拟信号。D/A变换器可看作是解码器与保持器的组合。如图2.5所示。 数字信号 D/A F 解码 G 保持 H 模拟信号 图2.5 D/A变换器 分析D/A变换过程，解码也只是信号形式的变化，可看作无误差的等效变换。而保持器则将时间离散的信号变换成了时间连续的信号。 F t 010 011 100 101 110 101 G t 解码 H t T 2T 保持 图2.5 D/A变换器 3、计算机控制系统的简化结构图 通过上面分析，可得出结论： ·A/D和D/A变换最重要是采样、量化和保持3个变换过程，编码和解码是信号表现形式上的改变。 ·采样将连续时间信号变换成离散时间信号，保持将离散时间信号又恢复成连续时间信号。 ·量化是将模拟信号按最小量化单位整量化。量化将使信号产生误差并影响系统的性能，故A/D、D/A变换有精度要求。 输入 计算机 ZOH 被控对象 输出 传感器 zero order hold + － 图2.7 计算机控制系统简化结构图 §2.2 理想采样过程的数学描述及特性分析 1、采样过程的描述 采样周期T（秒）， 采样频率 称为采样角频率 p为采样变换时间，一般， 为理想采样开关，理想采样信号用 表示，有保持环节时，为平顶。若采样周期不变，称均匀采样，否则称不均匀采样。 o o o f (t) f *(t) T f *(t) f (t) t p f *(t) f (t) t T t 2.8 采样过程的描述 2、理想采样信号的时域数学描述 P o t - o t （a） （b） （c） 图2.9 函数的定义 函数，其数学描述为： （2.1） 式（2.1）中， 为单位阶跃函数，即 (2.2) 自然界常遇到一些物理现象，它们的持续时间很短，取值很大，如力学中的爆炸，电学中的雷击。图2.9中宽度为p，高为 的矩形脉冲，其