计算机控制系统高金源第2章ppt课件

《计算机控制系统高金源第2章ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制系统高金源第2章ppt课件（53页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。12.1 CCS2.1 CCS中的信号中的信号2.2 2.2 采样过程采样过程2.3 2.3 采样定理采样定理2.4 2.4 信号恢复与重构信号恢复与重构2.5 2.5 信号量化信号量化严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。22.1 CCS2.1 CCS的信号的信号（1 1）CCSCCS中信号的种类中信号的种类被控对象被控对象D/AA/DCPU传感器传感器计算机控制系统结构图计算机控制系统结构图 计算机控制系统

2、是一个混合系统，通常其被控对象为模拟式部件，控制器采用了数字计算机，这种系统中的信号的种类也较多。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3连续系统（连续信号）与CCS系统（断续信号）信号区分：从时间（轴）和从幅值两方面分析从时间上区分：从时间上区分：连续时间信号连续时间信号：时间轴上任何时刻都存在的信号离散时间信号离散时间信号：时间轴上断续出现的信号被控对象被控对象D/AA/DCPU传感器传感器严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。4 从幅值上区分

3、：从幅值上区分：模拟量模拟量：幅值连续变化，可取任意值的信号离散量离散量：具有最小分层单位的模拟量，更一般地说，幅值上只能取离散值数字量数字量：幅值用一定位数的二进制编码形式表示严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。5A/DA/D变换器变换器（P20P20图图）S/H模拟信号模拟信号数字信号数字信号量化编码A/D数字信号数字信号模拟信号模拟信号ABCD 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：采样采样/保持、量化及编码保持、量化及编码。A/DA/D变换器框

4、图变换器框图严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。6采样：采样：连续信号连续信号断续信号断续信号 (理想采样开关理想采样开关)脉冲序列信号脉冲序列信号 采样采样/保持器（保持器（S/H)S/H)对连续的模拟输入信号，按一定的对连续的模拟输入信号，按一定的时间间隔时间间隔T T（采样周期采样周期）进行采样，并保持时间）进行采样，并保持时间p p（或（或 ）,从而信号变成时间离散（断续）、幅值等于采样时刻输入从而信号变成时间离散（断续）、幅值等于采样时刻输入信号值的方波序列信号。信号值的方波序列信号。当采样时间当采样时间p

5、p忽略不计时，采样过程可用一个理想的采忽略不计时，采样过程可用一个理想的采样开关表示，经理想采样开关后的信号为理想脉冲序列信样开关表示，经理想采样开关后的信号为理想脉冲序列信号。号。理想采样开关理想采样开关：开关每隔一个采样周期闭合：开关每隔一个采样周期闭合1 1次，并且闭合次，并且闭合后又瞬间打开，没有延时也没有惯性。后又瞬间打开，没有延时也没有惯性。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。7编码：编码：将整量化的分层信号变换为二进制数码形式将整量化的分层信号变换为二进制数码形式,即用即用数字量数字量来表示。来表示。信号

6、表示形式的变化信号表示形式的变化(无误差等效变换过程无误差等效变换过程)计算机部分：数字量计算机部分：数字量量化量化：将采样信号幅值按最小量化单位取整将采样信号幅值按最小量化单位取整。tf tf*kTfqLkTfq连续信号连续信号，经理想采样后得到采样信号，经理想采样后得到采样信号它在采样时刻的幅值为它在采样时刻的幅值为，对其进行整量化处理，对其进行整量化处理，即近似表示为即近似表示为式中式中,L为整数，为整数，q为最小量化单位为最小量化单位严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。8A/DS/H模拟信号模拟信号量化编码数字

7、信号数字信号ABCD课本课本P21图图23，A/D变换中信号形式的变化变换中信号形式的变化 A、B、C、D四点四点信号的不同形式信号的不同形式严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。9D/A变换器变换器（P21图图）D/A D/A变换器将变换器将数字编码信号数字编码信号转换成相应的转换成相应的时间连续时间连续的模拟信号的模拟信号 从功能角度来看，从功能角度来看，D/AD/A变换器看作是解码器和保持变换器看作是解码器和保持器的组合。器的组合。解码数字信号数字信号模拟信号模拟信号保持D/A模拟信号模拟信号数字信号数字信号FGH

8、D/A变换器框图变换器框图严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。10解码器：解码器：将数字量转换为幅值等于该数字量的将数字量转换为幅值等于该数字量的模拟脉冲信号模拟脉冲信号 （电压或电流）（电压或电流）信号形式的变化，无误差信号形式的变化，无误差等效变换等效变换保持器：保持器：将解码后的模拟脉冲信号将解码后的模拟脉冲信号保持规定的时间保持规定的时间，使时间，使时间上的离散信号变成上的离散信号变成时间上连续的时间上连续的信号。信号。零阶保持器（零阶保持器（ZOHZOH）：在在一个采样周期一个采样周期内将信号保内将信号保持为

9、常值形成阶梯状信号的保持器。持为常值形成阶梯状信号的保持器。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。11解码数字信号数字信号模拟信号模拟信号保持D/A模拟信号模拟信号数字信号数字信号FGHD/A的信号变换过程的信号变换过程解码解码保持保持严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。12计算机控制系统中信号形式的分类计算机控制系统中信号形式的分类计算机控制系统信号变换结构图计算机控制系统信号变换结构图课本课本P19表表21，从，从幅值幅值和和时间时间两方面来

10、区分信号两方面来区分信号 A,IA,I点点的信号为时间上连续的模拟量，的信号为时间上连续的模拟量，H H点点信号为时间连续信号为时间连续的阶梯形模拟量，的阶梯形模拟量，B B点点为时间离散的模拟量，为时间离散的模拟量，C,GC,G点点为时间离散为时间离散的离散量，的离散量，D,FD,F点点为时间离散的数字量，为时间离散的数字量，E E（计算机内存信号）（计算机内存信号）为时间上连续的数字量。为时间上连续的数字量。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。13S/H模拟信号模拟信号数字信号数字信号量化编码A/D数字信号数字信号

11、模拟信号模拟信号ABCD解码数字信号数字信号模拟信号模拟信号保持D/A模拟信号模拟信号数字信号数字信号FGH重要的环节：重要的环节：采样、量化、保持采样、量化、保持 编码和解码仅是表现形式的变化，无误差的等效变换过程编码和解码仅是表现形式的变化，无误差的等效变换过程 在系统分析时可略去在系统分析时可略去（2 2）CCSCCS的简化结构图的简化结构图严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。14（2 2）CCSCCS的简化结构图的简化结构图重要的环节：采样、量化、保持重要的环节：采样、量化、保持 编码和解码仅是表现形式的变化，

12、无误差的等效变换过程在系统分析时可略去采样与保持过程采样与保持过程:信号有、无问题信号有、无问题,影响系统传递特性。影响系统传递特性。采样采样将连续时间信号变换成离散时间信号；保持保持将离散时间信号又恢复成连续时间信号。量化：量化：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特性，但当量化单位很小时，信号的量化特性影响也比较小，因此在系统初步分析设计时可不予考虑。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。15计算机控制系统简化结构图计算机控制系统简化结构图 在计算机控制系统初步分析和设计时，可进一步在计算机

13、控制系统初步分析和设计时，可进一步简化结构图如下：简化结构图如下：严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。162.2 2.2 采样过程采样过程 （1 1）采样过程的描述）采样过程的描述 采样过程描述采样过程描述采样器采样器：一般为各种不同形式的开关，如图（：一般为各种不同形式的开关，如图（a）实际开关合上后不能瞬时打开，所以采样得到的脉冲脉冲就有一定的宽度宽度p，称为采样时间采样时间，如图(b)。当采样时间很短时，信号f(t)变化不大，或者采样器具有保持功能，则实际采样信号可近似看作矩形脉冲信号（平顶）矩形脉冲信号（平顶）

14、,如图(c)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。17采样周期：采样周期：相邻两次闭合之间的间隔时间，用相邻两次闭合之间的间隔时间，用T表示，单位表示，单位s采样频率：采样频率：f1/T，单位，单位Hz采样角频率：采样角频率：单位单位rad/sTs2理想采样过程：理想采样过程：采样周期T远远大于脉冲宽度p，即pT，可近似认为采样是瞬间完成近似认为采样是瞬间完成的，即认为p0，如图(d)理想采样过程得到的采样信号称为理想采样信号理想采样信号，表示为 tf*严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发

15、现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。18均匀采样：均匀采样：整个采样过程中采样周期不变整个采样过程中采样周期不变，如图，如图(a)非均匀采样：非均匀采样：采样周期是变化的。某些非均匀采样采样周期是变化的。某些非均匀采样可以看出是几种均匀采样的叠加，如图可以看出是几种均匀采样的叠加，如图(c)随机采样：随机采样：采样间隔大小毫无规律，如图采样间隔大小毫无规律，如图(d)采样形式采样形式严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。19（2 2）理想采样信号的数学描述）理想采样信号的数学描述 主要内容主要内容函数、理想采样开

16、关、采样信号时域数函数、理想采样开关、采样信号时域数学描述、理想采样信号频域特性学描述、理想采样信号频域特性函数（脉冲函数）函数（脉冲函数）如图(c)所示，t0处，为一个宽度为零、幅值为无穷大、强度为1的脉冲 00001ttttttdtt严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。20这个性质表明：这个性质表明：函数和任意连续有界函数相乘的积分能筛选出脉冲发函数和任意连续有界函数相乘的积分能筛选出脉冲发生时刻的函数值生时刻的函数值（用于描述理想采样开关）（用于描述理想采样开关）0fdttft采样性质的数学描述：采样性质的数学描

17、述：或者或者 00tfdttttf严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。21 理想采样开关理想采样开关理想采样开关：采样开关瞬时打开又合上理想采样开关：采样开关瞬时打开又合上 一次采样相当于该时刻作用一个一次采样相当于该时刻作用一个函数，函数，采样开关以采样开关以T T为周期闭合并瞬时打开，由此形成一个单为周期闭合并瞬时打开，由此形成一个单位脉冲序列，表示为位脉冲序列，表示为 tT TtTtkTtkTttRT2.2kTtTtTtt理想采样开关的时域数学表达式：理想采样开关的时域数学表达式：严格执行突发事件上报制度、校外活

18、动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。22理想采样信号时域数学描述理想采样信号时域数学描述 可看作是可看作是连续信号连续信号f(t)经过一个经过一个理想理想的采样开关的采样开关而获得的输出信号，即而获得的输出信号，即 理想采样信号理想采样信号 tf*kTkTttfttftf*上式采样过程可以看作是脉冲调制脉冲调制的过程：输入f(t)是调制信号，是载波信号，输出采样信号则是一列幅值被调制的脉冲序列。tT严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。23采样过程脉冲幅度调制器采样过程脉冲幅度

19、调制器调制信号调制信号 f(t)f(t)载波信号载波信号 实际系统中，f(t)在t0时等于零，记为f(kT),则上式写为 kTkTttfttftf*0*kkTtkTftf理想采样信号理想采样信号时域表达式时域表达式严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。24（2 2）理想采样信号的数学描述）理想采样信号的数学描述理想采样信号的频域特性理想采样信号的频域特性1)1)傅里叶级数傅里叶级数、傅式变换、傅式变换傅里叶级数：傅里叶级数：给定任意一个周期为T的函数f(t)=f(t+T),如果它在有限区间内有界，且只有有限个间断点，则将

20、其可展开成傅氏级数 10sincos2ksksktkbtkaatf ,.2,1,0sin2,.2,1,0cos22222kdttktfTbkdttktfTaTTskTTskTs2式中，为基波角频率严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。25 10sincos2ksksktkbtkaatftjktjktjktjkeetkeejtk21cos21sin tjkkkseCtf利用欧拉方程转化成复数形式：dtetfTCtjkTTks221欧拉方程：Ck为傅氏系数，严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发

21、现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。26傅里叶变换：信号的时域特性与频域特性之间对应的傅里叶变换：信号的时域特性与频域特性之间对应的转换关系。转换关系。dtejFjFFtfdtetftfFjFtjtj211 ktjkTseTtfttftf1*傅氏变换傅氏变换傅氏反变换傅氏反变换2 2）理想采样信号的频谱表达式）理想采样信号的频谱表达式.2111121.1*ssssnsjjFTjjFTjFTjjFTjjFTjnjFTjF理想采样信号频谱表达式理想采样信号频谱表达式：脉冲序列的傅氏脉冲序列的傅氏级数表达式级数表达式严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止

22、、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。27连续信号频谱与采样信号频谱的关系：连续信号频谱与采样信号频谱的关系：基本频谱基本频谱n=0n=0时，为时，为采样信号的基本频谱采样信号的基本频谱高频频谱分量高频频谱分量n0n0，产生，产生以以s s为周期为周期的高频频谱分量的高频频谱分量 称为称为旁带旁带jFTjFn10*nsjnjFTjF1*理想采样信号频谱表达式理想采样信号频谱表达式：正比于原连续正比于原连续信号信号f(t)的频谱的频谱严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。28连续信号频谱与采样信号频谱的关系：连续信号频谱与采

23、样信号频谱的关系：采样信号的频谱除了基本频谱外，还派生出无限多个以采样信号的频谱除了基本频谱外，还派生出无限多个以s 为周期的高频频谱分量为周期的高频频谱分量频谱混叠频谱混叠若连续信号的频谱带宽有限，最高频率为若连续信号的频谱带宽有限，最高频率为m，采样频率记为采样频率记为s：s s 22m m时，不重叠，时，不重叠，s s 2 2m m时，频谱混叠；时，频谱混叠；严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。29严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。30

24、例例2-2 2-2 两个频率为两个频率为f1=1/8Hz f1=1/8Hz、f2=7/8Hzf2=7/8Hz的余弦信号被的余弦信号被采样频率为采样频率为fs=1Hzfs=1Hz的采样开关采样。试研究其频谱及的采样开关采样。试研究其频谱及时域特性。时域特性。连续余弦信号的频谱为位于相应频率处的脉冲，如图连续余弦信号的频谱为位于相应频率处的脉冲，如图（a a）、）、(c)(c)所示。图图2-8两个余弦信号采样信号频谱两个余弦信号采样信号频谱严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。31 采样信号频谱采样信号频谱 如如 图图(b)

25、(b)、(d(d)所示。所示。从图可见，两个信号的采样信号频谱完全相同。从图可见，两个信号的采样信号频谱完全相同。f f2 2=7/8=7/8HzHz的余弦信号，采样后变为低频的余弦信号，采样后变为低频f f1 1=1/8Hz=1/8Hz的余弦的余弦信号。信号。f f0 0=f=fs s -f f2 2=(1-7/8)Hz=1/8 Hz-(1-7/8)Hz=1/8 Hz-频谱频谱7/8Hz7/8Hz的假频。的假频。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。32 假频现象在时域中有清楚的物理意义。假频现象在时域中有清楚的物理意

26、义。两个信号在所有采样时刻都具有相同的采样值两个信号在所有采样时刻都具有相同的采样值。采样信号频谱在以下采样信号频谱在以下两种情况两种情况下，将产生频率混叠现象：下，将产生频率混叠现象：-1 1、连续信号的频谱带宽有限，但采样频率太低连续信号的频谱带宽有限，但采样频率太低,如如 s s 22 m m(m m-信号中的最高频率信号中的最高频率)。-2 2、连续信号的频谱是无限带宽。连续信号的频谱是无限带宽。图图2-92-9两个余弦信号的采样信号值两个余弦信号的采样信号值(T T=1s=1s)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发

27、事件。33例例2-32-3 画出画出f f(t t)=e)=e-t t(t t00时，时，f f(t t)0)0)和它对应的采样信号和它对应的采样信号的幅频特性的幅频特性l连续信号的频谱带宽无限连续信号的频谱带宽无限-采样信号的各频谱分量采样信号的各频谱分量 互相有混叠互相有混叠-混叠的程度与采样混叠的程度与采样 频率大小有关频率大小有关(1 j)01(j)e eded1jtj ttFtt21(j)1F严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。342.3 2.3 采样定理采样定理 频谱混叠现象频谱混叠现象、采样定理、前置滤波

28、器、采样定理、前置滤波器问题的提出问题的提出 采样过程丢失信息、采样密疏、不失真恢复信号的条件采样过程丢失信息、采样密疏、不失真恢复信号的条件（采样定理、信号恢复）（采样定理、信号恢复）1.1.频谱混叠现象频谱混叠现象不失真获取连续信号频谱不失真获取连续信号频谱 频谱不混叠频谱不混叠 +理想滤波器理想滤波器 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。35产生频谱混叠的两种情况：产生频谱混叠的两种情况：连续信号带宽有限时连续信号带宽有限时s s 2 2m m时，频谱混叠；时，频谱混叠；折叠频率折叠频率N：s/2s/2。连续信号

29、带宽无限时连续信号带宽无限时必然混叠；实际信号一般如此必然混叠；实际信号一般如此 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。362.2.采样定理（香农定理）采样定理（香农定理）定理：定理：若连续信号为有限带宽（频率分量最大值为若连续信号为有限带宽（频率分量最大值为m），当采样），当采样频率频率s 2s 2 m m 时，原连续信号完全可以用其采样信号来表时，原连续信号完全可以用其采样信号来表征征（采样信号可以不失真地代表原连续信号）。（采样信号可以不失真地代表原连续信号）。物理含义：物理含义：s 2s 2 m m，=2/T 对

30、连续信号中所含的最高频率的正弦分量来讲，能够做到对连续信号中所含的最高频率的正弦分量来讲，能够做到1 1个振荡周期内采样两次以上个振荡周期内采样两次以上。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。37一个高频信号经采样一个高频信号经采样后变成了低频信号后变成了低频信号采样信号失真采样信号失真 信号的高频分量折叠为低频分量信号的高频分量折叠为低频分量如例如例2-22-2，f f2 2=7/8Hz=7/8Hz的余弦信号，由于的余弦信号，由于f fs s=1Hz=1Hz，不满足，不满足采样定理，采样信号将要失真。采样定理，采样信号

31、将要失真。如果两个连续信号的频率相差正好是如果两个连续信号的频率相差正好是 s s的整数倍，即的整数倍，即 1 1-2 2=n n s s（n n为整数），则它们的采样值相同。为整数），则它们的采样值相同。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。38 隐匿振荡隐匿振荡(Hidden oscillation)(Hidden oscillation)如果连续信号如果连续信号x x(t t)的频率分量等于采样频率的频率分量等于采样频率 s s的整数倍，的整数倍，则该频率分量在采样信号中将会消失。则该频率分量在采样信号中将会消失。

32、令采样频率令采样频率 s s=3rad/s=3rad/s，采样序列为采样序列为 12()()()sin()sin(3)xtx tx ttt()sin(2/3)sin(3 2/3)sin(2/3)sin(2)sin(2/3)x kTkkkkk严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。39图图2-122-12采样信号的隐匿振荡采样信号的隐匿振荡这表明这表明x x(kTkT)中仅含有中仅含有x x1 1(t t)的采样值，而的采样值，而x x2 2(t t)的采的采样振荡分量消失了。样振荡分量消失了。在采样间隔之间，在采样间隔之间

33、，x x(t t)中存在的振荡称为隐匿振荡。中存在的振荡称为隐匿振荡。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。403.3.前置滤波器前置滤波器 实际信号中常带有干扰信号（很多是高频），假频现象实际信号中常带有干扰信号（很多是高频），假频现象将其变为低频信号混入有用信号。将其变为低频信号混入有用信号。解决方法：解决方法：按照高频干扰频率选取采样频率：按照高频干扰频率选取采样频率：s s过高，难于实现；过高，难于实现；在采样开关前加入前置滤波器在采样开关前加入前置滤波器前置滤波器前置滤波器：串在采样开关前的模拟低通滤波器，：串

34、在采样开关前的模拟低通滤波器，在在s/2处锐截止处锐截止严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。41作用：作用：1.滤除连续信号中滤除连续信号中高于高于s/2的频谱分量；的频谱分量；2.滤除高频干扰滤除高频干扰前置滤波器前置滤波器：串在采样开关前的模拟低通滤波器，：串在采样开关前的模拟低通滤波器，在在s/2处锐截止处锐截止严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。422.4 2.4 信号的信号的恢复恢复与与重构重构 理想恢复过程理想恢复过程、非理想恢复过

35、程、零阶保持器、后置滤波器、非理想恢复过程、零阶保持器、后置滤波器1.1.理想恢复过程理想恢复过程 理想的不失真的恢复需要满足三个条件：理想的不失真的恢复需要满足三个条件：原连续信号的频谱是有限带宽，原连续信号的频谱是有限带宽，|m；满足采样定理（采样信号）；满足采样定理（采样信号）；理想的低通滤波器：理想的低通滤波器：cscTjH022sc：理想滤波器的截止频率：理想滤波器的截止频率特性：特性：信号恢复：信号恢复：时域上时域上由离散的采样值求出所对应的连续时间函数；由离散的采样值求出所对应的连续时间函数；频域上频域上除去采样信号频谱的旁带，保留基频分量。除去采样信号频谱的旁带，保留基频分量。

36、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。43 当满足前面三个条件时，理想低通滤波器的输出可以当满足前面三个条件时，理想低通滤波器的输出可以无失真地恢复出原连续信号无失真地恢复出原连续信号 在在t=0时输入一个脉冲信号，产时输入一个脉冲信号，产生的脉冲响应为：生的脉冲响应为：理想低通滤波器频谱特性理想低通滤波器频谱特性 1sin(/)()()(/)t Th tFH jt T理想低通滤波器脉冲响应理想低通滤波器脉冲响应 不符合物理可实现系统的因果关系不符合物理可实现系统的因果关系（即系统响应不可能发生在输入信号作用之前），（即

37、系统响应不可能发生在输入信号作用之前），因而该滤波器是物理不可实现的。因而该滤波器是物理不可实现的。理想低通滤波器理想低通滤波器严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。442.2.非理想恢复过程（物理可实现）非理想恢复过程（物理可实现）采样点间的函数可用幂级数展开式表示：采样点间的函数可用幂级数展开式表示：.!22 kTtkTfkTtkTfkTftfk 2221211TTkfkTfTTkfkTfdttfdkTfTTkfkTfdttdfkTfkTtkTt 从上面式子可以看出，导数项多，延迟脉冲多，精度越高，从上面式子可以看出

38、，导数项多，延迟脉冲多，精度越高，但对反馈系统的稳定性有严重影响。但对反馈系统的稳定性有严重影响。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。45物理可实现（零阶外推插值）物理可实现（零阶外推插值）.!22 kTtkTfkTtkTfkTftfk零阶外推插值：零阶外推插值：上式中的上式中的第一项，通常被用来重构信号第一项，通常被用来重构信号，由于它，由于它是多项式中的零阶项，所以称为是多项式中的零阶项，所以称为零阶外推插值零阶外推插值 因为在区间因为在区间 内内f(t)f(t)保持不变，保持不变，所以又称为所以又称为零阶保持器零

39、阶保持器。TktkT1严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。463.零阶保持器（零阶保持器（ZOH)采样点间的函数采用零阶外推插值（采样点间的函数采用零阶外推插值（D/AD/A把模拟脉冲信号转换把模拟脉冲信号转换为阶梯形连续信号）为阶梯形连续信号）TktkTkTftfk1 setgLsGsThh100零阶保持器的传递函数零阶保持器的传递函数:实际信号的恢复一般采用最简单的方法：将采样间隔内的实际信号的恢复一般采用最简单的方法：将采样间隔内的信号保持不变信号保持不变零阶保持器的时域方程：零阶保持器的时域方程：严格执行突发事

40、件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。47时域方程：时域方程：拉氏传递函数：拉氏传递函数：频率特性：频率特性：3.零阶保持器（零阶保持器（ZOH)TktkTkTftfk1 sesestgLsGsTsThh1100jesgTj1)(sin(/)sin(/2)2()/2/shssTGjTT sin(/)()/shss 幅频特性幅频特性相频特性相频特性严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。48零阶保持器频率特性曲线：零阶保持器频率特性曲线：jesgTj1)(特点：特点

41、：零阶保持器有零阶保持器有无限多个截止频率无限多个截止频率，允许采样信号的高频分允许采样信号的高频分量通过，幅值逐渐衰减量通过，幅值逐渐衰减；相频特性：零阶保持器是一个相频特性：零阶保持器是一个相位滞后环节相位滞后环节，相位滞后的，相位滞后的大小与信号频率及采样周期成正比。大小与信号频率及采样周期成正比。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。494.4.后置滤波器后置滤波器 零阶保持器允许高频分量通过，且自身产生高频分量，如何零阶保持器允许高频分量通过，且自身产生高频分量，如何减轻高频干扰？减轻高频干扰？解决方法：解决方

42、法：在零阶保持器后面串入一个模拟低通滤波器，即后置滤波器在零阶保持器后面串入一个模拟低通滤波器，即后置滤波器 后置滤波器作用：后置滤波器作用：滤除高频分量，平滑对执行机构的冲击；滤除高频分量，平滑对执行机构的冲击；引入滞后引入滞后 。注：若噪声不大或执行机构惯性大可不需要加后置滤波器注：若噪声不大或执行机构惯性大可不需要加后置滤波器严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。50严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。51q1/2n2.5 信号的整量化信号

43、的整量化 将一个模拟量变成二进制数字量时，二进制的位数设为将一个模拟量变成二进制数字量时，二进制的位数设为n n，则则n n位二进制数只能表示位二进制数只能表示2 2n n个不同状态，最低位所代表的个不同状态，最低位所代表的量称为量化单位量称为量化单位q q。模拟量和有限字长二进制数之间不是一一对应的，用数字模拟量和有限字长二进制数之间不是一一对应的，用数字量表示模拟量是有误差的，这种误差称为量表示模拟量是有误差的，这种误差称为量化误差量化误差。显然，增加字长显然，增加字长n n可以减小量化单位，从而降低量化误差。可以减小量化单位，从而降低量化误差。当字长当字长n n很大，则其量化单位很大，则

44、其量化单位q q较小，在系统中所引入的量较小，在系统中所引入的量化误差亦较小，常常可以忽略。化误差亦较小，常常可以忽略。注：注：严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。52 尽管计算机控制系统中含有多种信号形式的变换，但其中尽管计算机控制系统中含有多种信号形式的变换，但其中仅仅采样、量化及信号恢复（零阶保持器）采样、量化及信号恢复（零阶保持器）对系统影响最大。对系统影响最大。如果考虑计算机系统相应设备的二进制字长较长，量化对如果考虑计算机系统相应设备的二进制字长较长，量化对系统的影响亦可忽略，计算机控制系统结构就可简化为下系统的影响亦可忽略，计算机控制系统结构就可简化为下图所示结构。图所示结构。图图 计算机控制系统简化结构图计算机控制系统简化结构图总结总结严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。53作业：作业：写出理想采样开关、理想采样信号的时域数学表达式。叙述采样定理。叙述采样信号不失真恢复的三个基本条件。写出零阶保持器的时域方程和传递函数。P450 2-1(1)(3)习题习题