计算机控制系统理想采样开关的采样过程

计算机控制系统理想采样开关的采样过程

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：

(1)

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。