46. Принципы модуляции сигналов.

В технических системах применяются два способа передачи и преобразования сигналов – непрерывный и дискретный. При непрерывном способе передается и преобразуется каждое мгновенное значение сигнала, а при дискретном – сигнал, квантованный по времени или по уровню. В дискретно-непрерывных САУ должны происходить два процесса – получение дискретных данных из непрерывных и обратное преобразование дискретных данных в непрерывные.

 Квантованием называется процесс преобразования непрерывных сигналов в дискретные. Различают три вида квантования сигналов: по времени, по уровню и одновременно по времени и по уровню.  Графическая иллюстрация трех видов квантования сигналов представлена на рис. 1, на котором непрерывные сигналы показаны пунктирными кривыми, а результаты квантования (кванты, или дискреты) – сплошными вертикальными линиями. Совокупности дискрет образуют дискретные функции времени .

Рис. 1. Виды квантования сигналов.

Квантование по времени соответствует фиксации значений непрерывного сигнала в дискретные обычно равноотстоящие друг от друга моменты времени О, Т, 2Т, ..., пТ, где Т называется периодом дискретности, или периодом повторения (рис. 1 а).

Процесс квантования по времени обычно осуществляют с помощью импульсного элемента – устройства, изменяющего некоторые параметры выходных импульсов в зависимости от значений входных сигналов. Поэтому этот процесс часто называют импульсной модуляцией.

амплитудно-импульсная модуляция сигнала (АИМ)-при которой амплитуда импульсов зависит от значения входного сигнала в момент начала действия импульса. Известны также широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и временная импульсная модуляция (ВИМ), в которых также применяется квантование.

Автоматические системы, в которых имеет место процесс квантования сигналов по времени, называются импульсными системами. В этих системах определение разности между требуемым и действительным значениями управляемой величины (сигнала рассогласования) производится не непрерывно, а лишь в дискретные моменты времени.

Квантованием по уровню называется процесс фиксации определенных дискретных уровней сигнала в произвольные моменты времени (рис. 1 б). Системами, в которых осуществляется квантование по уровню, являются релейные автоматические системы. В управляющих устройствах этих систем находят применение двух- и трехпозиционные реле.

Наряду с раздельным квантованием во многих случаях применяют комбинированное квантование по времени и по уровню, когда непрерывный сигнал заменяется ближайшими дискретными по уровню значениями в определенные моменты времени О, Т, 2Т, ..., пТ (рис. 1, в). В результате такого квантования непрерывная функция преобразуется в дискретную .

Системы, в которых происходит процесс квантования сигналов по времени и по уровню, называются цифровыми, или кодовыми, системами. В этих системах квантование осуществляется цифровыми вычислительными устройствами (ЦВУ) или кодо-импульсными модуляторами.

47. Амплитудно-импульсные системы.

Рис. 11. Схемы замкнутых

импульсных систем

Импульсная система может быть представлена в виде соединения импульсного элемента ИЭ и непрерывной части НЧС.

На рис. 11, а изображена схема системы с ИЭ на входе и в цепи обратной связи, а на рис. 11, б - схема с ИЭ в прямой цепи системы. Легко заметить, что при одинаковых характеристиках ИЭ и НЧС эти системы идентичны по своим динамическим свойствам, так как через их непрерывные части проходит одинаковый дискретный сигнал рассогласования .

Основными параметрами последовательности импульсов являются (рис. 12): А - высота, или амплитуда, импульсов; - ширина, или длительность, импульсов; Т - расстояние между импульсами, или период повторения; - форма импульса.

 В зависимости от вида модуляции, т. е. от того, какой из параметров импульса изменяется в соответствии со входным модулирующим сигналом, импульсные элементы подразделяются на элементы с АИМ, ВИМ и ШИМ.

 Функция, устанавливающая связь между модулируемым параметром и соответствующими значениями входной переменной, называется статической характеристикой импульсного элемента. Эта характеристика может быть линейной или нелинейной. Импульсный элемент с линейной (линеаризуемой) характеристикой является линейным элементом, а с нелинейной — нелинейным.

Закон изменения представляющего параметра импульса или последовательности импульсов во времени называется сигналом. Сигналы в импульсных системах описываются дискретными функциями времени.

С целью облегчения исследования автоматических систем их реальные импульсные элементы заменяют последовательным соединением простейшего импульсного элемента ПИЭ и формирующего элемента ФЭ (рис. 14).

Рис. 14. Схемы простейшего импульсного элемента ПИЭ и

формирующего элемента ФЭ

Простейший импульсный элемент преобразует непрерывный входной сигнал в кратковременные импульсы, площади которых пропорциональны значениям входной величины в дискретные моменты времени.

  Эти импульсы можно представить в виде дельта-функции с соответствующими значениями их площади S. Следовательно ПИЭ можно рассматривать как импульсный модулятор с несущей в виде последовательности единичных импульсов - дельта-функций (рис. 15):

(4)

Рим. 15. Схема простейшего импульсного элемента как модулятора -функций.

На выходе простейшего импульсного элемента получается сигнал

(5)

 Формирующий элемент характеризуется тем, что его реакции на дельта-функции (5) совпадают по своей форме с импульсами на выходе реального импульсного элемента.

Реакция системы (звена) на воздействие типа дельта-функции называется импульсной переходной функцией, или функцией веса. Поэтому реакция формирующего элемента на дельта-функцию есть его функция веса.

Передаточная функция формирующего элемента является изображением в форме Лапласа от функции веса :

(6)

Формирующий элемент, передаточная функция которого определяется выражением (8), называют фиксатором. Реакция фиксатора на модулированную последовательность кратковременных импульсов ( -функций) показана на рис. 18.

Фиксатор, по существу, является преобразователем дискретных данных в непрерывные.

Во многих практических случаях на выходах реальных импульсных элементов перед непрерывной частью системы применяют фиксаторы (рис. 11, б). Фиксатор, по существу, является преобразователем дискретных данных в непрерывные, так как он позволяет приближенно решить задачу преобразования импульсного сигнала в непрерывный сигнал .

 Структурная схема импульсного элемента с фиксатором отображает динамические свойства особой части импульсной автоматической системы с учетом коэффициента усиления и периода повторения импульсов Т (рис. 19).

Рис. 19. Структурная схема импульсного элемента с фиксатором.