安防之家讯:采样或采样过程,就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程,有时也称为离散化过程。
在计算机控制系统中,采样过程是不可缺少的。对时间和幅值均连续的模拟信号经过采样得到在时间上离散、幅值连续的脉冲序列,由A/D转换器整量化后才能送入计算机进行处理和运算。
完成采样操作的装置称为采样器或采样开关。采样过程的原理见图1,其中采样开关为理想采样开关,它从闭合到断开以及从断开到闭合的时间均为零。采样开关平时处于断开状态,其输入为连续信号 ,在采样时刻即离散时间瞬时tk(k=0,1,2,…)进行由断开到闭合、然后再断开的动作,这样就在采样开关输出端得到采样信号:
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图1 理想采样开关的采样过程
虽然并不存在理想采样开关,但在实际应用中采样开关一般取为电子开关,其动作时间极短,远小于两次采样之间的时间间隔和被控对象的时间常数,因此可以将实际采样开关简化为理想采样开关。这样做有助于简化系统的描述和分析工作。
根据采样过程的特点,可以将采样分为以下几种类型。
(1) 周期采样
指相邻两次采样的时间间隔相等,也称为普通采样。这里,相邻两次采样之间的时间间隔称为采样周期,记为T。采样频率定义为fs=1/T;采样角频率定义ωs=2πfs=2π/T。周期采样的采样时刻为0、T、2T、3T、...。
(2) 同步采样
如果一个系统中有多个采样开关,它们的采样周期相同且同时进行采样,则称为同步采样。
(3) 非同步采样
如果一个系统中有多个采样开关,它们的采样周期相同但不同时开闭,则称为非同步采样。
(4) 多速采样
如果一个系统中有多个采样开关,每个采样开关都是周期采样的,但它们的采样周期不相同,则称多速采样。在某些计算机控制系统中,为提高控制质量,对变化比较快的模拟量采用较高的速率进行采样和控制,对变化比较缓慢的模拟量采用较低的速率进行采样和控制,这就是多速采样。多速采样可以用同步采样进行等效分析。
(5) 随机采样
若相邻两次采样的时间间隔不相等,则称为随机采样。随机采样主要用于不要求控制的数据采集系统。
在计算机控制系统中,最常用的采样方法是同步周期采样,因此本课程仅讨论同步周期采样。
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