过程通道和数据采集系统资料课件.ppt

《过程通道和数据采集系统资料课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、微机控制技术第2章过程通道和数据采集系统第2章过程通道和数据采集系统2.1信号的采样与恢复2.2模拟量输入通道2.3模拟量输出通道2.4数字量输入输出通道2.1信号的采样与恢复2.1.1信号的采样过程1．信号类型在计算机控制系统中，常用的信号有3种类型。（1）模拟信号在时间和幅值上均连续取值而不发生突变的信号，一般用十进制数表示。这是控制对象需要的信号。（2）离散模拟信号在时间上不连续，而在幅值上连续取值的信号。这是在信号变换过程中需要的中间信号。（3）数字（离散）信号在时间和幅值上均不连续取值的信号，通常用二进制代码形

2、式表示。这是计算机需要的信号。2.1信号的采样与恢复输入和输出计算机的信息转换如图2-1所示。图2-1输入和输出计算机的信息转换3.1信号的采样与恢复2．采样过程及其数学描述将模拟信号转换为离散模拟信号的过程称为采样过程。实现这个采样过程的装置称为采样器，又叫采样开关。采样器可以用一个按一定周期闭合的开关来表示，其采样周期为T，每次闭合的持续时间为。连续的输入信号经过采样器S后，变成离散的脉冲序列，如图2-2所示。2.1信号的采样与恢复图2-2连续信号的采样过程2.1信号的采样与恢复采样器的闭合时间τ通常远远小于采样周期

3、T，也远远小于被控对象连续部分的所有时间常数。在分析时，可以认为τ=0。这样，采样器就相当于一个理想采样器，它等效于一个理想的单位脉冲序列发生器，能够产生以T为周期的单位脉冲序列，其数学表达式为（2-1）式中，T为采样周期；K为整数。2.1信号的采样与恢复这样，理想采样器的输入信号和采样器的输出信号之间存在下面的关系（2-2）等价地，还可以写成（2-3）在分析一个系统时，一般都是讨论零状态响应，控制作用也都是零时刻开始施加的，因此采样器的输入信号在时为零。这时，式（2-1）、式（2-2）和式（2-3）中的求和下限应该取零

4、。2.1信号的采样与恢复由于在整个控制过程中，采样周期一般是不变的，所以也可以记为或简记为。由上所述，在理想采样器的作用下，采样过程如图2-3所示。图2-3连续信号的理想采样过程2.1信号的采样与恢复2.1.2采样定理在计算机控制系统中对连续信号进行采样，是要用抽取的离散信号序列代表相应的连续信号来参与控制运算，所以要求采样到的离散信号序列能够表达相应的连续信号的基本特征。为使离散信号能不失真地恢复为原来的连续信号，对采样角频率有一定的要求，香农（Shannon）采样定理则定量地给出了采样角频率的选择原则。采样定理：如果

5、连续信号具有有限频谱，其最高频率为Wmax，则对进行周期采样且采样角频率大等于2Wmax时，连续信号可以由采样信号惟一确定，亦即可以从不失真地恢复。2.1信号的采样与恢复由以上分析，可知要想从采样信号中不失真地恢复连续信号，采样角频率必须满足（2-11）在计算机控制系统中，一般总是取，而不取恰好等于的情况。2.1信号的采样与恢复2.1.3信息的恢复过程和零阶保持器为了实现对被控对象的有效控制，必须把离散信号恢复为连续信号。采样定理从理论上给出了从采样信号恢复为原来连续信号的条件，可以注意到，信号的恢复需要通过一个理想的低

6、通滤波器滤除中的高频分量，滤波器的输出就是原来的连续信号。理想的低通滤波器在物理上是很难实现的，因此在工程上通常采用接近理想滤波器特性的零阶保持器来代替。2.1信号的采样与恢复1．零阶保持器零阶保持器的作用是把采样时刻kT的采样值恒定不变地保持（外推）到（k+1）T时刻，也就是说，在时间区间内，它的输出量一直保持为这个值，从而使得两个采样点之间不为零值。这样，零阶保持器把离散信号恢复成了一个阶梯波形信号，如图2-7所示。图2-7采样和保持电路的结构及前后信号对比2.1信号的采样与恢复2．零阶保持器的数学模型零阶保持器的输

7、出信号的数学描述可以写成（2-12）它的拉氏变换为（2-13）2.1信号的采样与恢复由此可以看出，零阶保持器的传递函数为（2-14）零阶保持器的频率特性为（2-15）式中为采样角频率。2.1信号的采样与恢复3．零阶保持器的实现零阶保持器可以用无源网络来近似实现。如果将零阶保持器传递函数中的展开成幂级数取级数的前两项可得（2-16）2.1信号的采样与恢复式（2-16）可以用图2-9所示的RC无源网络来实现。图2-9用RC无源网络近似零阶保持器2.2模拟量输入通道2.2.1模拟量输入通道的一般组成模拟量输入通道的一般组成框图

8、如图2-11所示。图2-11模拟量输入通道的组成框图2.2模拟量输入通道1．信号调理电路在计算机控制系统中，模拟量输入信号主要有传感器输出的信号和变送器输出的信号两类。因此，信号调理电路的设计主要是根据传感器输出的信号、变送器输出的信号及A/D转换器的具体情况而有所不同。2.2模拟量输入通道①电流信号：一般为0~10