第二章 计算机控制技术ppt课件.ppt

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1、计算机输入输出通道分类第一类：模拟量输入通道模拟量是连续变换的量，许多参数（温度、压力、流量等）先通过检测装置转换成相应的模拟量信号，然后转换成数字量信号输入计算机；第二类：模拟量输出通道执行机构要用模拟信号控制，而计算机输出的是数字信号，这就要求用相应的电路将数字量输出，并转换成模拟量；第三类：数字量（开关量）输入通道控制信息的状态，如开关、按钮和继电器的触点等，他们只有两种状态：断开和闭合，对这类信号的拾取需要通过数字量输入通道来实现；第四类：数字量（开关量）输出通道有一类对象的控制只需二值逻辑就可实现，如指示灯的亮和灭、电机的运行和停止、晶闸管的通和断以及闸门的开和

2、关等，数字量输出通道就是担当这个任务的。第一节信号的采样与复现生产过程的状态和参数输入到计算机是通过采样来完成的，采样保留了连续信号在采样时刻的信息，而不计采样间隔之间的信息。采样频率高时，采到的信号密集，采样信号就可以近似代表原来的连续信号。信号的采样与重构控制系统中信号的分类模拟信号：信号是时间的连续函数离散信号：信号是时间上的离散序列采样计算机每隔一定时间T采入一次模拟信号的瞬时值的过程，我们称之为采样，时间间隔T称为采样周期。采样过程也称为连续信号的时间离散化过程。1.采样过程采样过程是由采样开关实现的，如图（a）所示。采样开关每隔一定时间T闭合一次，于是原来在时

3、间上连续的模拟信号f（t）就变成了时间上离散的采样信号f*（t），如图（b）、（c）所示。通常采样的持续时间是非常短的，所以可以将采样信号f*（t）看作成一个有强度、无宽度的脉冲序列，也就是看作成单位脉冲序列被f（t）调制的结果，如下图所示。f（t）对单位脉冲序列的调制作用2.采样定理几个频率：最高频率ωmax采样频率ωs乃奎斯特频率（折叠频率）ωs／2问题：ωs和ωmax间怎样的关系可以满足要求？通常连续信号的频谱宽度是有限的，一般为一孤立频谱，其最高频率为ωmax，如图（a）所示，而f*（t）的频谱是离散频谱，如图（b）、（c）、（d）所示。f（t）和f*（t）的频谱

4、采样定理（香农定理）为了保证采样信号f*（t）的频谱是被采样信号f（t）的频谱的无重叠的重复（沿频率轴方向），以便采样信号f*（t）能反映被采样信号f（t）的变化规律，采样频率ωs（ωs=2π/T=2πf）至少应该是f（t）的频谱F（jω）的最高频率ωmax的两倍，即ωs≥2ωmax这就是著名的采样定理，即香农定理。用采样周期来描述采样定理若连续信号的最高频率为ωmax，那么它完全可以用周期T≤∏／ωmax的均匀采样值来描述。采样定理的物理意义：对连续信号中所含的最高频率的正弦分量来讲，能够做到在一个采样周期内采样2次以上，那么经采样所得的脉冲序列就能包含连续信号的全部信

5、息。3.混叠现象（假频现象）与滤波如果由离散序列得到的频谱无法恢复原信号，这种由连续信号的离散化，导致离散前后频谱发生变化的现象叫假频现象，也叫混叠现象。滤波采样后的周期频谱分量是分离的（不混叠），则可以通过一个理想低通滤波器把所有派生的高频频谱滤去，只保留基本频谱，这样，连续信号的频谱就可以从采样信号的频谱中不失真的获得。4.信号复现与零阶保持器信号的复现和保持实现方法：理想的低通滤波器实际使用的方法：接近理想的低通滤波特性的保持器采样保持器零阶保持器：采用恒值外推原理，广泛应用于离散系统中一阶保持器高阶保持器信号的复现从时域来说，采样信号的恢复过程就是通过离散的采样值

6、得到连续的时间函数，如图2-1；从频域来说，就是要去除采样的旁带，保留基频分量，（课本）图2-4。理想的不失真的恢复需要具备3个条件1.原连续信号的频谱必须是有限带宽，即2.满足采样定理，ωs≥2ωmax3.具有理想的低通滤波器特性理想低通滤波器的截止频率，取设滤波器输出信号的频谱为，由于在后均为0，所以只有基本频谱才能通过理想滤波器，其余所有旁带均被滤去，所以滤波器的输出可以无失真的恢复出原连续信号，即S/H(Sample/Hold)在计算机控制系统的A/D转换中，为了适应转换时间的要求，在采样开关之后，总是连接着零阶保持器，对采样开关输出的采样信号进行保持，这种结构称

7、为采样保持结构，S/H(Sample/Hold)，连续信号通过采样开关和零阶保持器两个转换环节作用后，变为阶梯形采样保持信号。第二节模拟量输入通道由于计算机控制时都是对数字量进行处理，而被控对象往往是模拟量，因此需要设计电路将模拟量转化为数字量输入计算机，实现计算机对被控对象的控制，实现这一功能的电路就是模拟量输入通道。模拟量输入通道的结构模拟量输入通道根据不同的应用要求，可以有不同的结构形式。本文主要介绍典型的多路模拟量输入通道结构。典型的模拟量输入通道一般由信号调理电路、多路转换器、放大器、采样保持器、A/D转换器、总线接