电力系统自动装置原理教案采样量化与编码关键技术.doc
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1、第一章 自动装置及其数据采集解决第一节自动装置构成1、教学时数:1学时2、教学规定:明确自动装置硬件基本构造形式及软件功能模块划分。3、内容要点:采样过程与采样定理;量化与编码技术。4、教学重点、难点:重点: 采样过程、编码技术难点: 无5、教学办法:板书PPT、内容安排: 咱们刚才将自动装置构成硬件和软件已经做了简介,那么在自动装置中很重要一某些就是你模仿信号如何进入设备,计算机如何进行应用。这些模仿信号要进入自动装置由计算机进行解决,它必要进行采样、量化、编码等过程,计算机才可以应用。那么,咱们当前就进入这一节学习。第二节 采样、量化与编码技术 一方面,咱们来学习采样。一、采样1.采样过程
2、先来看什么叫采样。 采样定义:对持续模仿信号(咱们用x(t)来表达,按照一定期间间隔(),抽取相应瞬时值,(就构成了一系列信号,用来表达)这个过程称为“采样”。采样信号定义:对持续模仿信号抽取相应瞬时值,所构成一系列脉冲信号。采样时间定义:采样过程所持续时间。采样周期:两个脉冲信号之间间隔,用来表达。采样频率:一方面,咱们来理解下什么是脉冲信号,在一定期间间隔内,有一种幅值,即信号;而在此间隔外,其值为0。从时域图中可以看出,在时间间隔内,幅值为E,此时间段内,幅值与时间轴围成面积为1.这就是咱们所理解脉冲信号及其特点。从上图中,咱们来理解什么是详细采样过程,曲线就是咱们持续模仿信号x(t),
3、在一种时间间隔内,有一种采样时间为采样信号,在时间间隔内取值,这就是咱们所理解采样过程。从刚才图咱们可以看出,采样过程其实就是一种脉冲调制过程,而咱们脉冲信号就可以称作咱们调制信号,采样开关可以看作是调制器。这个信号称为脉冲调制信号。咱们模仿信号x(t)与调制信号乘积,就是咱们要得到调制成果。咱们脉冲调制信号可以用来表达,从这个图中咱们可以很容易看出,脉冲调制信号是一种周期信号,并且其周期就是。如果咱们采样持续时间远远不大于采样周期,那么咱们就可以以为采集信号过程是瞬间完毕,咱们就可以以为它是在时间信号开始n这个时刻就完毕了,因此咱们x(t)就可以放到求和符号内,用来表达。注意,咱们采样信号要
4、用信号来表达,要有一种条件,就是咱们。如果时间为负是没故意义,于是上式可以变为:从上面方程可以明显看出,咱们采样开关输出信号是由一系列脉冲信号所构成。2.采样定理咱们为什么要讲到采样定理,给人们举个例子,那么此时两个模仿信号所得到采样信号是同样,也就是说咱们很难区别究竟采到了哪个信号。怎么解决这一问题呢?很简朴,咱们将采样周期变小,中间再取一种值,这时候咱们就很容易区别采集到究竟是哪一种模仿信号了。因此咱们采样周期是非常重要,采样周期决定了采样信号质量和数量。如果咱们采样周期过大,则采样信号过程中就会失真,就不能很有效来复原本来信号,如果采样周期过小,也就是采集到信号过多,那么对咱们计算速度、
5、内存规定就会相应提高,因此:选取采样周期必要有一种根据,(这个根据怎么取?)以保证采样信号可以不失真恢复原样信号,这个根据就是采样定理。咱们要明白,采样定理是采样过程中所遵循基本定律,它指出了重新恢复持续信号所必要最低采样频率。也就是说,咱们采样定理中所规定采样频率是最低,如果低于这个采样频率,就不能无失真恢复本来采样信号。咱们要进一步学习采样定理,必要对傅里叶级数有一种基本结识,咱们任意一种持续信号都可以用傅里叶级数来表达,这个称为f(t)频率。上式是用正弦、余弦来表达,如果在复数域内,可以用下式来表达其中系数可以用本来信号通过变换得到上式中T就是持续时间信号f(t)周期。下面咱们详细看一下
6、采样定理。图1就是咱们规定采样时间信号f(t),咱们对它进行傅里叶变换,得到频域内它分布,如图2所示;图3是咱们调制信号,也就是咱们脉冲信号,从图中可以看出,此时持续时间已经非常小了,近似用一条直线来表达;采样信号也通过一次傅里叶变换,可以得到采样信号频谱分布,如图4所示。图1图2图3图4这时咱们就对时间信号进行采样,对采样信号同样进行傅里叶变换,得到它频谱。可以看出,咱们时间信号跟调制信号进行采样,在时间域内是进行相乘,就得到了一点一点采样信号;而在频域内是进行相卷积,所谓卷积,就是它们频谱得到了扩展,它们幅度变为了本来,图5就是咱们采样信号频谱分布。图5如何得到这种成果,通过这个图,给人们
7、了一种定性结识,下面看一下,左边为时域抽样,右边为频域周期重复,下面通过公式推导进行一种更进一步结识:脉冲周期信号可以用来表达,然后对脉冲周期信号进行傅里叶变换,其系数可以用下式求得:刚才在预备知识中,对如何得到这个方程有了一定理解。然后继续推导,将代替,得到然后依照脉冲信号一种特点=1于是那么咱们脉冲调制信号就可以直接等于也就是说,脉冲调制信号频谱图中,所有幅值都变为了,这里T就是咱们采样周期。是咱们采样信号,得到采样信号,咱们对它进行傅里叶变换,由于咱们当前规定采样信号频谱。咱们懂得,采样信号是用模仿信号x(t)与调制信号在时间域内相乘得到,继续往下走,咱们将脉冲调制信号用刚才求得公式来替
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