Импульсный элемент

Импульсный элемент – устройство для преобразования непрерывного сигнала в последовательность модулированных импульсов.

Импульсный элемент может быть представлен в виде двух частей: идеального импульсного элемента и формирователя импульсов.

Идеальный импульсный элемент преобразует непрерывный

сигнал в последовательность идеальных импульсов в виде d(t) –функций, площади которых пропорциональны амплитуде передаваемого сигнала.

Для выходного сигнала импульсного элемента можно записать следующее соотношение

, (12.1.1)

где x[nT] - решетчатая функция, которая представляет собой значение непрерывной функции в дискретные моменты времени.

При x(t) = 1(t)

. (12.1.2)

Для любого x(t)

. (12.1.3)

Это физически не реализуемо и является математической идеализацией, вводимой для упрощения исследования дискретных систем.

Реальный импульсный элемент - импульсный элемент с конечной длительностью импульса. Он состоит из идеального импульсного элемента и формирователя.

Формирователь преобразует идеальные импульсы в импульсы длительности - gT

Функция веса формирующего звена представляет собой импульс длительностью - gT, ее можно представить как сумму двух единичных функций противоположного знака, сдвинутых на gT

. (12.1.4)

Передаточная функция формирователя имеет вид

(12.1.5)

Формирователь при g = 1 называется фиксатором (или экстраполятором нулевого порядка), при этом его передаточная функция равна

(12.1.6)

Большое внимание к теории и практике дискретных систем объясняется все большим использованием в замкнутом контуре управления цифровых вычислительных машин (ЦВМ). Это обеспечивает системе значительно большие вычислительные возможности, высокую стабильность, простоту перестройки ее структуры и параметров.

Так как информация о состоянии объекта управления является непрерывной, то перед подачей на вход ЦВМ ее необходимо преобразовать в дискретную форму. Эту задачу выполняет импульсный элемент. Дискретизация осуществляется путем квантования непрерывного сигнала по времени и по уровню. Это означает, что аналоговый сигнал в ИЭ через равные промежутки T заменяется дискретными по уровню значениями, ближайшими к значениям

Рис.12.1.1. Дискретизация непрерывного сигнала

В результате дискретизации непрерывный сигнал заменяется серией импульсов бесконечно малой длительности, амплитуда которых близка к значениям непрерывного сигнала в моменты дискретизации. Ошибки дискретизации по уровню определяются только точностью представления чисел в ЦВМ и они настолько малы, что ими в практических приложениях можно пренебречь. Это дает возможность рассматривать ИЭ только как дискретизатор по времени. На структурных схемах ИЭ изображается в виде ключа. Серия импульсов x^*(iT) на выходе импульсного элемента называется решетчатой функцией. Она более подробно будет описана ниже. После производства вычислений на выходе ЦВМ информация появляется также в виде решетчатой функции. Перед подачей этой информации на исполнительную систему, которая является аналоговой, ее необходимо преобразовать из дискретной в непрерывную. Эту задачу решают преобразователи “код – аналог”, которые в теории автоматического управления получили название экстраполяторов. В полном соответствии со своим наименованием, эти устройства экстраполируют значение сигнала на такт вперед. Наиболее часто используется экстраполятор нулевого порядка, который реализует операцию

(12.1.7)

Работа экстраполятора нулевого порядка иллюстрируется рис.12.1.2.

Рис.12.1.2. Работа экстраполятора нулевого порядка

Все вышесказанное позволяет общую схему дискретной (цифровой) САУ изобразить в виде, показанном на рис.12.1.3.

Рис. 12.1.3. Схема дискретной САУ

На схеме под W_нч(s) подразумевается непрерывная часть системы. Следует отметить, что так как в состав системы входят как дискретные, так ианалоговые элементы, то такие системы часто называют дискретно – непрерывными или гибридными.