实验一采样与保持
信号采样与保持实验心得
信号采样与保持实验心得
信号采样与保持实验是电子信息类专业中非常重要的基础实验之一。
我的一些心得如下：
1. 实验前要充分理解采样定理的概念及其应用。
采样定理指出采样频率要高于信号最高频率的2倍才能完全保存信号,否则将导致采样失真。
2. 实验时要注意选择合适的采样频率、采样时间和采样周期。
要根据信号频率和波形等特点进行合理的参数选择,以保证正确的采样结果。
3. 在采集信号前,要进行预处理操作。
这通常包括滤波、放大等。
预处理的目的是为了使信号更容易被采样。
4. 在实验中要熟练掌握示波器、函数发生器等仪器的使用方法。
要注意仪器的精度和测量范围,以及必要的校准操作。
5. 在实验中要注意保证实验环境的稳定性,避免电磁干扰等因素的影响,以保证采样结果的准确性和可重复性。
总之,信号采样与保持实验是一项需认真对待的实验,需要在多次实验中不断积累经验,通过实践加深对理论知识的理解。
计算机控制技术实验报告
计算机控制技术实验报告实验一 信号的采样与保持一、实验目的1．熟悉信号的采样和保持过程。
2．学习和掌握香农(采样)定理。
3．学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。
二、实验设备PC 机一台，TD-ACS 实验系统一套，i386EX 系统板一块。
三、实验原理香农（采样）定理：若对于一个具有有限频谱（max ωω<）的连续信号)(t f 进行采样，当采样频率满足max 2ωω≥s 时，则采样函数)(t f *能无失真地恢复到原来的连续信号)(t f 。
m ax ω为信号的最高频率，s ω为采样频率。
四．实验内容1．采样与保持编写程序，实现信号通过 A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到 D/A 转换器输出。
实验线路图如图2-1所示，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。
图2-1 采样保持线路图控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1#定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的“7”号中断，用作采样中断。
正弦波单元的“OUT ”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms ），定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1”端输出相应的模拟信号。
由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。
采样周期T= TK×10ms，TK 的范围为01~ FFH ，通过修改TK 就可以灵活地改变采样周期，后面实验的采样周期设置也是如此。
零阶采样保持程序流程图如图2-2所示。
图2-2 零阶采样保持程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-2编写零阶保持程序，编译、链接。
（2）按照实验线路图2-1接线，检查无误后开启设备电源。
（3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT ”端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT ”端输出幅值为3V ，周期1S 的正弦波。
2.3采样保持器
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捕捉时间不影响采样精度，但对采样频率的提高有影响。如果采样／
保持器在保持状态时的输出为-FSR，而在保持状态结束时输入已变至
+FSR，则以保持状态转至跟踪状态采样／保持器所需的捕捉时间最长，
产品手册上给出的tAC就是指这种状态的值。
使用采样／保持器后，系统能对频率不高于12．44kHz
正的信号进行采样，使系统可采集的信号频率提高了
许多倍，大大改善了系统的采样速率。
由采样定理可知，一个有限带宽的模拟信
号是可以在某个采样频率下重新恢复而不丧失
任何信息的，该采样频率至少应两倍于最高信
号频率。这意味着带采样／保持器的数据采集
系统必须在速率至少为两倍的信号频率下采样、
知的捕捉时间tAC=6μs，孔径时间tAP=50ns，
ADC0804的转换时间conv=100μs(时钟频率
为640kHz)，计算系统可采集的最高输入信
号频率。
• AD582
• 解：tAP与tAC和tCONV相比，可以忽略。
根据式(5—7)可知
fmax=1/2(tAC+tCONV)=1/2*(6*106+100*10-6)=4.72*103(Hz)
• •设保持电容原先的保持电压为+5V，当由保持
状态转为跟踪状态时，采样／保持器输入电压
为-5V。
• 经过一段时间跟踪，电容器电压变为-5V，然
后又转为保持状态。这时，电容器电压会逐渐
向+5V方向变动，使保持电压发生变动，从而
产生误差。
符合高精度要求的电容器
实验一采样与保持
常州大学信息数理学院计算机控制系统实验报告第一次实验实验名称采样与保持专业自动化142实验组别姓名徐亮学号14417228同实验者李国梁、王凯翔记录实验时间2017 年06 月11 日成绩审阅教师一、实验目的（1）了解模拟信号到计算机控制的离散信号的转换—采样过程。
（2）了解判断采样/保持控制系统稳定性的充要条件。
（3）了解采样周期 T 对系统的稳定性的影响。
（4）掌握控制系统处于临界稳定状态时的采样周期 T 的计算。
（5）观察和分析采样/保持控制系统在不同采样周期 T 时的瞬态响应曲线。
二、实验原理及说明采样实验采样实验框图如图所示。
计算机通过模/数转换模块以一定的采样周期对B9 单元产生的正弦波信号采样，并通过上位机显示。
在不同采样周期下，观察比较输入及输出的波形（失真程度）。
图采样实验框图计算机编程实现以不同采样周期对正弦波采样，调节信号发生器（B5）单元的调宽旋钮，并以此作为A/D 采样周期T。
改变T 的值，观察不同采样周期下输出波形与输入波形相比的复原程度（或失真度）。
对模拟信号采样首先要确定采样间隔。
采样频率越高，采样点数越密，所得离散信号就越逼近于原信号。
采样频率过低，采样点间隔过远，则离散信号不足以反映原有信号波形特征，无法使信号复原，。
合理的采样间隔应该是即不会造成信号混淆又不过度增加计算机的工作量。
采样时，首先要保证能反映信号的全貌，对瞬态信号应包括整个瞬态过程；信号采样要有足够的长度，这不但是为了保证信号的完整，而且是为了保证有较好的频率分辨率。
在信号分析中，采样点数N 一般选为2m 的倍数，使用较多的有512、1024、2048、4096 等。
采样保持器实验线性连续系统的稳定性的分析是根据闭环系统特征方程的根在S 平面上的位置来进行的。
如果特征方程的根都在左半S 平面，即特征根都具有负实部，则系统稳定。
采样/保持控制系统的稳定性分析是建立在Z 变换的基础之上，因此必须在Z 平面上分析。
采样与保持仿真实验
微分与平滑仿真实验一．实验目的1．数/模转换器得零阶保持器作用零阶保持器：zero-order holder（ZOH）。
实现采样点之间插值的元件，基于时域外推原理，把采样信号转换成连续信号。
零阶保持器的作用是在信号传递过程中，把第nT时刻的采样信号值一直保持到第(n+1)T时刻的前一瞬时，把第(n+1)T时刻的采样值一直保持到(n+2)T时刻，依次类推，从而把一个脉冲序列变成一个连续的阶梯信号。
因为在每一个采样区间内连续的阶梯信号的值均为常值，亦即其一阶导数为零，故称为零阶保持器。
零阶保持器的传递函数为：2．零阶保持器在控制系统中的作用零阶保持器的作用是使采样信号e*(t) 每一采样瞬时的值e(kT) 一直保持到下一个采样瞬时e[(k+1)T]，从而使采样信号变成阶梯信号eh(t)。
二．实验原理如下图，控制系统中，给输入阶跃信号，有函数：plot(y.time,y.signals.values,x.time,x.signals.values)可以画出其输入输出波形图1-1如下所示。
图1-1仿真原理图三．仿真过程图1-2 采样周期T-10MS时系统的输入输出波形图1-3 采样周期T-20MS时系统的输入输出波形图1-4 采样周期T-30MS时系统的输入输出波形图1-5 采样周期T-40MS时系统的输入输出波形四．思考与总结1.在微机控制系统中采样周期T的选择因注意哪些方面？采样定理只是作为控制系统确定采样周期的理论指导原则，若将采样定理直接用于计算机控制系统中还存在一些问题。
主要因为模拟系统f（t）的最高角频率不好确定，所以采样定理在计算机控制系统中的应用还不能从理论上得出确定各种类型系统采样周期的统一公式。
目前应用都是根据设计者的实践与经验公式，由系统实际运行实验最后确定。
显然，采样周期取最小值，复现精度就越高，也就是说“越真”。
当T 0时，则计算机控制系统就变成连续控制系统了。
若采样周期太长。
离散控制系统中的采样和保持
离散控制系统中的采样和保持（正文）离散控制系统中的采样和保持技术是一种广泛应用的信号处理方法，它在信号转换和传输中起着重要的作用。
本文将从采样和保持的基本概念出发，探讨其在离散控制系统中的应用及其重要性。
一、采样和保持的基本概念采样和保持技术是将连续时间信号转换为离散时间信号的方法之一。
在离散控制系统中，由于控制器和被控制对象之间的通信往往是通过数字信号进行的，所以需要将被控制对象的连续时间信号转换为离散时间信号进行处理。
采样是指将连续时间信号在一系列离散时间点上进行测量，而保持则是指在采样的瞬间将信号的值保持不变，以便进行后续的数字信号处理。
二、采样和保持的应用在离散控制系统中，采样和保持技术广泛应用于信号的获取、转换和传输过程中，具有以下几个方面的重要应用。
1. 信号采集与传输在离散控制系统中，传感器通常用于将被控制对象的物理量转换为电信号，进而通过模数转换器（ADC）将连续时间信号转换为离散时间信号。
采样和保持技术能够确保在信号转换过程中采样信号的准确性和稳定性，保证了被控制对象的实时监测和数据传输的可靠性。
2. 控制系统的数据处理在离散控制系统中，控制器通过接收采样后的离散时间信号来进行控制决策和计算处理。
采样和保持技术能够确保采样信号的精确性和完整性，从而保证了控制系统对被控制对象的准确控制和运算的可靠性。
3. 信号滤波在离散控制系统中，由于采样信号的获取过程中会引入一定的噪声和干扰，为了减小噪声对信号处理的影响，需要对采样信号进行滤波处理。
采样和保持技术可以在采样瞬间将信号的值保持不变，在此基础上进行滤波处理，提高信号的质量和可靠性。
4. 时序控制在离散控制系统中，时序控制是一种重要的控制方式。
采样和保持技术可以实现对时间规律信号的采样和保持，从而确保时序控制的准确性和可靠性。
比如在工业生产过程中，需要按照一定的时间规律对工艺参数进行控制，采样和保持技术能够实现对关键信号的准确采样和时序保持，从而确保生产过程的稳定性和安全性。
离散控制系统中的采样与保持
离散控制系统中的采样与保持离散控制系统是一种常见的控制系统，其特点是信号是在离散的时间点上进行采样和处理。
在离散控制系统中，采样与保持是一项关键技术，它能够保证信号的准确性和稳定性。
本文将深入探讨离散控制系统中的采样与保持技术。
一、采样在离散控制系统中，采样是指将连续时间域的信号转换为离散时间域的过程。
采样的目的是为了将连续时间的信号转换为数字信号，在数字控制器中进行处理。
采样的频率是决定离散控制系统性能的重要指标之一。
1. 采样定理根据采样定理，为了正确地还原连续时间信号，采样频率必须至少是信号频率的两倍。
如果采样频率低于信号频率的两倍，会出现混叠现象，导致信号失真。
因此，在进行采样时，需要根据信号频率合理选择采样频率，以保证信号的准确性。
2. 采样方式常见的采样方式有脉冲采样和保持采样。
脉冲采样是指在固定时间间隔内对信号进行采样，采样值即为该时刻的信号值。
保持采样则是指在采样时，将采样值保存并保持一段时间，以确保连续时间段内采样值的一致性。
二、保持保持是指在离散控制系统中，将采样得到的信号值保持不变的过程。
保持的目的是为了在离散时间域内，保证信号的稳定性和延续性。
1. 保持电路保持电路是用来保持信号值的电路，在离散控制系统中被广泛应用。
常见的保持电路有电容保持电路和运放保持电路。
电容保持电路通过将信号值存储在电容中，实现信号值的保持。
运放保持电路则通过运放的放大和缓冲特性，保证信号值的稳定性。
2. 保持时间保持时间是指信号值在保持电路中保持不变的时间长度。
保持时间的选择需要综合考虑信号的变化速率以及系统的响应要求。
如果保持时间过长，会导致信号延迟；而保持时间过短，则可能会引入噪声和失真。
三、应用案例采样与保持技术在离散控制系统中有广泛的应用，下面以电力系统的稳压控制为例，介绍采样与保持技术的具体应用。
电力系统中，稳压控制是保证电网稳定运行的重要控制任务之一。
在稳压控制中，需要对电网电压进行采样，并在数字控制器中进行处理。
信号采样与保持
2326.2 信号采样与保持采样器与保持器是离散系统的两个基本环节，为了定量研究离散系统，必须用数学方法对信号的采样过程和保持过程加以描述。
6.2.1 信号采样1. 采样信号的数学表示一个理想采样器可以看成是一个载波为理想单位脉冲序列)(t T δ的幅值调制器，即理想采样器的输出信号)(*t e ，是连续输入信号)(t e 调制在载波)(t T δ上的结果，如图6-6所示。
图6-6 信号的采样用数学表达式描述上述调制过程，则有)()()(*t t e t e T δ=（6-1） 理想单位脉冲序列)(t T δ可以表示为∑∞=-=)()(n T nT t t δδ (6-2)其中)(nT t -δ是出现在时刻nT t =，强度为1的单位脉冲，故式(6-1)可以写为∑∞=-=0*)()()(n nT t t e t e δ由于)(t e 的数值仅在采样瞬时才有意义，同时，假设00)(<∀=t t e所以)(*t e 又可表示为*()()()n e t e nT t nT δ∞==-∑（6-3）2332. 采样信号的拉氏变换对采样信号)(*t e 进行拉氏变换，可得)]([)(])()([)]([)(0**nT t L nT e nT t nT e L t e L s E n n -=-==∑∑∞=∞=δδ (6-4)根据拉氏变换的位移定理，有nTsstnTsedt et enT t L -∞--==-⎰)()]([δδ所以，采样信号的拉氏变换∑∞=-=*)()(n nTsenT e s E (6-5)3. 连续信号与采样信号频谱的关系由于采样信号只包括连续信号采样点上的信息，所以采样信号的频谱与连续信号的频谱相比，要发生变化。
式(6-2)表明，理想单位脉冲序列)(t T δ是周期函数，可以展开为傅氏级数的形式，即∑+∞-∞==n tjn nT s ect ωδ)((6-6)式中，T s /2πω=，为采样角频率；n c 是傅氏系数，其值为/2/21()s T jn tn T T c t edt Tωδ--=⎰由于在]2,2[T T -区间中，)(t T δ仅在0=t 时有值，且1|0==-t tjn seω，所以 0011()n c t dt TTδ+-==⎰（6-7）将式(6-7)代入式(6-6)，得∑+∞-∞==n tjn T s eTt ωδ1)( （6-8）再把式(6-8)代入式(6-1)，有∑+∞-∞==n tjn s et e Tt e ω)(1)(*（6-9）上式两边取拉氏变换，由拉氏变换的复数位移定理，得到234∑+∞-∞=+=n s jn s E Ts E )(1)(*ω (6-10)令ωj s =，得到采样信号)(*t e 的傅氏变换∑+∞-∞=+=n sn j E Tj E )]([1)(*ωωω （6-11)其中，)(ωj E 为非周期连续信号)(t e 的傅氏变换，即⎰+∞∞--=dt et e j E j ωω)()( （6-12）它的频谱)(ωj E 是频域中的非周期连续信号，如图6-7所示，其中h ω为频谱)(ωj E 中的最大角频率。
水质分析仪的水库样品采集和保存
1、水质分析仪的水库样品采集和保存在水质检测的过程中，水样的采集和保存是水质分析的重要环节。
要想获得准确、全面的水质分析资料，首先必须使用正确的采样方法和水样保存方法，并及时送样分析化验，正确的采样和保存方法是获得可靠检测结果的前提。
既然水样的采集和保存这么关键，那对于水样的采集和保存，有什么样的要求呢？又有哪些是需要注意的？一、水样的采集1、先要选择好具体的采样位置，避免周围环境对采样器或采样装置进水口的污染，包括采样者手指污染的可能性也要防止。
特别是采集微生物指标的水样，使用前要求严格无菌，因此就要对容器进行干热或湿热灭菌处理。
2、采样前，应让水放流数分钟，特别是采集自来水或具有抽水设备的井水时，以冲去水管或采样装置管线并积留的杂质。
3、水样采得后应立即在盛水器（水样瓶）上贴上标签或在水样说明书上作好详细记录。
水样说明书内容应包括水样采集的地点、日期、时间、水源种类、水体外观、水位高度、水源周围及排出口的情况、采样时的水温、气温，气候情况，分析目的和项目、采样者姓名等等。
二、水样的保存水样采集员采集水样后，应尽快进行分析和检验。
有些项目还需要现场测定（如水中溶解氧、二氧化碳、硫化氢、游离氯等）。
但由于各种条件（如仪器、现场等），现场只能进行少数测量项目（温度、电导率、pH值等），大部分项目仍需送至用于测量的实验室。
因此，水质自动采样器水样的保存是一个非常重要的问题。
如果水样保存不当，采集后水中的物质会发生物理、化学和生物变化，这是很常见的。
大家都知道水质样品的收集和保存方式对于水质分析仪的数据结果非常重要，为了尽量减少水质在收集过程中被污染的风险并确保样品的完整性，所以在采集池塘或者是水库样品时必须采取基本的预防措施这样才能确保样品的质量。
采样与保持仿真实验
图1-1仿真原理图
三．仿真过程
图1-2采样周期Ｔ-1０ＭS时系统的输入输出波形
图1-3采样周期T-20MS时系统的输入输出波形
图1-4采样周期T-３0ＭS时系统的输入输出波形
图1-5采样周期Ｔ-40MS时系统的输入输出波形
四．思考与总结
1.在微机控制系统中采样周期T的选择因注意哪些方面？
采样与保持仿真实验
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微分与平滑仿真实验
一．实验目的
1．数/模转换器得零阶保持器作用
零阶保持器：ｚero-orｄeｒｈolder(ＺOH)。
实现采样点之间插值的元件,基于时域外推原理，把采样信号转换成连续信号。
2．零阶保持器在控制系统中的作用
零阶保持器的作用是使采样信号ｅ*(ｔ）每 一采瞬时的值e(ｋT)一直保持到下一个采 样瞬时e［(k＋1）T]，从而使采样信号变成阶梯信号ｅh(ｔ)。
二．实验原理
如下图，控制系统中，给输入阶跃信号，有函数:
plot(y.timｅ,y.siｇnals．ｖalueｓ,x.time，x.siｇnａls.vaｌues)
显然，采样周期取最小值，复现精度就越高，也就是说“越真”。当T 0时,则计算机控制系统就变成连续控制系统了。若采样周期太长。计算机控制系统受到的干扰就得不到及时克服而带来很大误差,使系统动态品质恶化，甚至导致计算机控制系统的不稳定。
零阶保持器的作用是在信号传递过程中,把第ｎT时刻的采样信号值一直保持到第（n+1)T时刻的前一瞬时，把第（n+1）Ｔ时刻的采样值一直保持到(ｎ+２)T时刻，依次类推,从而把一个脉冲序列变成一个连续的阶梯信号。因为在每一个采样区间内连续的阶梯信号的值均为常值,亦即其一阶导数为零,故称为零阶保持器。
计控实验报告采样实验
一、实验模块1. 采样定理验证2. 采样保持电路设计3. 采样误差分析二、实验标题采样实验三、实验目的1. 理解采样定理的基本原理。
2. 掌握采样保持电路的设计方法。
3. 分析采样误差对系统性能的影响。
四、实验日期、实验操作者实验日期：2022年X月X日实验操作者：XXX五、实验原理1. 采样定理：若一个连续信号x(t)在时域内满足以下条件，则其采样信号x(t)可以完全恢复原信号。
（1）x(t)是有界的；（2）x(t)在所有t=0的整数倍处都是连续的；（3）x(t)的频谱X(f)满足X(f)≤0，且X(f)的绝对值在所有f=0的整数倍处均为0。
2. 采样保持电路：采样保持电路是模拟信号数字化的关键环节，其主要作用是将模拟信号在某一时刻的值采样并保持一段时间，以便进行后续的数字处理。
3. 采样误差：采样误差是指采样过程中，由于采样频率的限制，导致采样信号无法完全恢复原信号而产生的误差。
采样误差包括量化误差和失真误差。
六、实验步骤1. 采样定理验证（1）设计一个连续信号x(t)，使其满足采样定理的条件；（2）对x(t)进行采样，采样频率满足采样定理的要求；（3）观察采样信号x(t)与原信号x(t)的相似程度。
2. 采样保持电路设计（1）选择合适的采样保持电路模块，如ADC（模数转换器）；（2）根据实际需求，设置采样保持电路的参数，如采样频率、采样保持时间等；（3）测试采样保持电路的采样保持效果。
3. 采样误差分析（1）分析量化误差：观察不同量化位数对采样信号的影响；（2）分析失真误差：观察不同采样频率对采样信号的影响；（3）比较不同采样误差对系统性能的影响。
七、实验结果与分析1. 采样定理验证（1）根据实验结果，观察采样信号x(t)与原信号x(t)的相似程度，验证采样定理的正确性；（2）分析实验过程中的采样频率、采样时间等参数对采样信号的影响。
2. 采样保持电路设计（1）根据实验结果，观察采样保持电路的采样保持效果，验证电路设计的正确性；（2）分析不同参数对采样保持效果的影响。
《自动控制原理》信号的采样与保持
(7-2)
其中 (t nT ) 是出现在时刻 t=nT 时、强度为 1 的单位脉
冲，故式(7-1)可以写成
e*(t) e(t) (t nT ) n0
由于 et 的数值仅在采样瞬时才有意义，所以上式又可表
示为
e*(t) e(nT ) (t nT ) n0
值得注意，在上述讨论过程中，假设了
(7-3)
et 0, t 0
因此脉冲序列从零开始。这个前提在实际控制系统中， 通常都是满足的。
二．采样过程的数学描述
采样信号 e*(t) 的数学描述，可分以下两方面讨论。
(1)采样信号的拉氏变换
对采样信号 e*(t) 进行拉氏变换，可得
E*(s) [e*(t)] [ e(nT ) (t nT )] n0
c e jnw s t n
n
(7-6)
式中， ws 2 T ，为采样角频率； cn 是傅氏系数，其值为
cn
1 T
T
2 T 2
T
(t
)e
jnws
t
dt
由于在[ -T/2,T/2 ]区间中，T (t) 仅在 t =0 时有值，且 e jnws t0 1，
所以
cn
1 T
0 0
T
(t)dt
1 T
为 0 。这样，采样器就可以用一个理想采样器来代替。采
样过程可以看成是一个幅值调制过程。
理想采样器好像是一个载波为 T (t) 的幅值调制器，如图 7-11(b)所示，其中 T (t) 为理想单位脉冲序列．图 7-11(c)所示
的理想采样器的输出信号 e*(t) ，可以认为是图 7-ll(a)所示的
采样瞬时的数值，所以 E*(s) 不能给出连续函数 et 在采样间隔
水样的采集与保存工作总结
水样的采集与保存工作总结
水样的采集与保存工作是环境监测和水质检测工作中至关重要的一环。
正确的
采集和保存方法可以保证水样的准确性和可靠性，从而为后续的分析和研究提供可靠的数据支持。
在进行水样的采集与保存工作时，需要注意以下几个方面：首先，选择合适的采样点是至关重要的。
采样点应该代表所研究的水体的整体
情况，同时要远离可能的污染源，避免采集到受到外部污染的水样。
在选择采样点时，需要考虑水体的流动情况、深度和水质状况等因素。
其次，采样容器和保存方法也是需要特别关注的地方。
采样容器应该是干净的，并且要避免使用含有有机物的容器，以免对水样造成污染。
采样后，应该立即将水样保存在4℃的冰箱中，并在24小时内送至实验室进行分析。
如果无法在24小时
内送达实验室，可以添加一定量的酸或者进行冷冻保存，以保证水样的稳定性。
另外，在进行水样采集和保存工作时，需要注意个人防护和安全问题。
特别是
在采样点可能存在危险物质或者有毒气体的情况下，需要佩戴相应的防护装备，并严格按照相关安全规定进行操作。
总的来说，水样的采集与保存工作是环境监测和水质检测工作中不可或缺的一环。
正确的采集和保存方法可以保证水样的准确性和可靠性，从而为后续的分析和研究提供可靠的数据支持。
希望在今后的工作中，我们可以更加严格地按照相关规定进行水样的采集和保存工作，以提高水质检测的准确性和可靠性。
信号的采样与保持
nT (2 s )
n0
n0
e e nT (1s)
nT (2 s )
n0
n0
e nT (1 s )
n0
1
e T (1 s)
e 2T (1 s )
1
1 e T (1 s)
eTs eTs eT
e nT ( 2 s )
采样和数字控制技术与连续系统相比有以下特点：
1)、由数字计算机构成的数字校正装置效果比连续校 正装置好，而且由软件实现的控制规律、易于改变， 控制灵活。 2)、采样信号，特别是数字信号的传递可以有效地抑 制噪声，从而提高了系统的抗干扰能力。 3)、允许采用高灵敏度的控制元件，提高系统的控制 精度。 4)、可以用一台计算机分时控制若干个系统，提高设 备的利用率。 5) 对于大延迟系统，可引入采样的方式稳定。
7-2 信号的采样与保持
1. 采样过程 2. 采样过程的数学描述 3. 香农采样定理 4. 采样周期的选取 5. 信号保持
2、采样过程的数学描述
(1)、采样信号的拉氏变换
对e*(t)进行拉氏变换，可得
E*(s)
L[e*(t)]
L
e(nT
)
(t
nT
)
e(nT)L (t nT)
cn
1 T
T / 2 (t )e jnst dt 1
T / 2
T
0
(t)dt
1
0
T
T
(t)
1 T
e
n
jn s t
《计算机控制》采样和保持器实验
《计算机控制》采样和保持器实验
一．实验目的
1. 了解判断采样/保持控制系统稳定性的充要条件。
2．了解采样周期T对系统的稳定性的影响。
3．掌握控制系统处于临界稳定状态时的采样周期T的计算。
4．用MATLAB验证临界稳定状态时的采样周期
5．观察和分析采样/保持控制系统在不同采样周期T时的瞬态响应曲线。
二．实验原理
1.实验原理框图
闭环采样/保持控制系统原理方块图如图3-1-1所示：
图3-1-1 闭环采样/保持控制系统原理方块图
2. 闭环采样/保持控制系统实验电路
闭环采样/保持控制系统实验构成电路如图3-1-2所示，积分环节（A3单元）的积分时间常数Ti=R1*C1=0.1S，惯性环节（A5单元）的惯性时间常数
T=R2*C2=0.5S，增益K=R2/R3=5。
图3-1-2闭环采样/保持控制系统实验构成电路
三．实验内容
1. MATLAB仿真被控对象
2. 用LabACT实验箱观察不同采样周期时系统工作状态四．实验记录
1.不同采样周期输出端的波形（现场截图）
1)T= 2 ms 的波形图
2）T= 4 ms 的波形图
3）T= 6 ms 的波形图
2.积分常数Ti=0.1，惯性常数T=0.2，增益K=2时的波形（现场截图）
五．对象临界稳定采样周期T的测量与计算
根据不同采样周期输出端的波形，观察和计算的被测对象的临界稳定采样周期T如表1所示。
表1 对象的临界稳定采样周期T。
信号的采样与保持
控制过程 流量 压力 液面 温度
成分
采样周期(s)
1 5 5 20
20
四、信号保持
信号保持是指将离散信号-脉冲序列转换成连续信号的过程。用于这种转换的元件 为保持器。它的任务是解决各采样点之间的插值问题，最常用的是零阶保持器。
e(t) tnT e(nT) e*(nT) n 0,1,2,
τ)
e(nTs
)
e(nTs
)e[(n-1)Ts Ts
]
τ
τ t - nT0 ,
nT0 t (n 1)T0
可以认为，理想采样器的输出信号e*(t)是输入连续信号e(t)调制在载波δT(t)上的 结果。
假设当t＜0时e(t)＝0，如用数学形式描述上述调制过程，则有
单位理想脉冲序列eδ*T((tt))的表e达(t式)δ (T ) T
其中δ(t－nT)是出现在时刻t＝nT时，强度为1的单位脉冲，将上式展开写成
δT (T ) δ(t nT)
δ(t)经调制所得到理想脉冲n序0 列e*(t)可表示为
δ (T) δ(t) δ(t T) δ(t 2T) δ(t nT) T
e* (t) e(t)δ (T ) T e(0)δ(t) e(T)δ(t T) e(2T)δ(t 2T) e(nT)δ(t nT) e(nT)δ(t nT) n0
T
Tm 2
(Tm 2T)
e* (jω)
1 T
e*[j(ω
nห้องสมุดไป่ตู้
nωs )]
三、采样周期的选取
s 2
m
| e( jω) |
(完整)采样保持电路
采样-保持电路采样一保持（S/H）电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并根据需要保持并输出所采集的电压数值的功能。
S/H电路广泛应用于多路快速数据检测系统。
一、采样—保持电路基本工作原理及性能1、S/H电路基本工作原理S/H电路的原理电路、电路符号及波形如图所示。
S/H电路的原理电路、电路符号及波形电路中，SW为模拟电子开关,其状态由逻辑控制信号vc控制.CH为保持电容，其两端电压即为S/H 电路输出电压vo.当控制信号vc为高电平“1”时,模拟电子开关SW闭合S/H电路进入采样状态，输入信号vs(t)迅速对CH充电，vo(t)精确地跟踪输入信号；当vc为低电平“0"时，SW断开CH立即停止充电S/H 电路进入保持状态，vo(t)保持SW断开瞬间的输入信号电压值不变。
理想采样一保持特性如图（c）所示，其数学表达式为式中，to为逻辑控制信号vc从“1”变为“0”的时间。
实际的采样一保持电路，常需设置缓冲级把模拟开关SW,保持电容CH与信号源及负载隔离开，以提高采样一保持电路的性能.2、S/H电路性能指标S/H电路的主要性能指标有采样时间、断开时间；采样精度、保持精度等.（1）采样时间和断开时间S/H电路由保持状态变为采样状态，或由采样状态变为保持状态并不是瞬间完成，需要一定的时间。
从发出采样指令开始到输出信号达到所规定的误差范围内的数值为止，所需的时间称为采样时间(又称捕捉时间），一般为0。
1~10μs数量级。
从发出保持指令开始到模拟开关断开,输出稳定下来为止,所需的时间称为断开时间（又称孔径时间)，一般为10～150 ns数量级.采样时间长,电路的跟踪特性差；断开时间长，电路的保持特性不好。
两者都限制了S /H电路工作频率的提高，即限制了电路工作速度。
（2)采样精度和保持精度实际的S/H电路,采样期间，输出信号难于准确稳定地跟踪输入信号,两信号间存在一定的偏差，称为采样偏移误差.保持期间，输出信号也不可能绝对维持不变，总是有所下降，即实际保持值与理想保持值之间存在一定的误差。
信号的采 样和保持
持器具有外推作用，即保持器现时刻的输出信号取决于过去时刻采样信号值的外 推。实现外推常用的方法是采用多项式外推公式
f (kT t) a0 a1t a2t2 amtm
式中 t ——以kT为时间原点的时间坐标， t T ； a0 ，a1 ，a2 ， ，am ——系数，由过去各采样时刻的采样信号值 f (kT ) ，
进f (行t) 频谱分析，观察频谱混叠的影响。
1.2 采样过程
在数字控制系统中，数字计算机输出的是数字序列的采样信号，需要经过数－ 模转换器（D/A），将它变成连续的控制信号以驱动控制装置。这种将采样信号变 为连续信号的过程称为复现或保持，用于复现信号的装置则称为保持器。
为了从采样信号复现出连续信号，需要解决两个问题：第一，理论上能否从采 样信号恢复到原连续信号？或者说，是否包含了 的全部信息？第二，实际应采用什 么样的保持器？
f (k 1)T ，f (k 2)T ， 确定。
工程上一般按外推公式的第一项或前两项组成外推装置。只按第一项组成的
外推装置，因其所用外推多项式是零阶的，故称为零阶保持器；同理，按前两项 组成的外推装置称为一阶保持器。其中应用最广泛的是零阶保持器，其外推公式
为
f [(kT t)] a0
由于T 0 时上式也成立，所以 a0 f (kT ) ，从而得到
连续信号经采样后变成脉冲序列信号，其频谱中除原信号的频谱外， 还有无限多个在采样过程中产生的高频频谱。因此，为了从采样信号复现 出原连续信号，而又不使上述高频分量进入系统，应在采样开关后面串联 一个滤波器，它的功能是滤去高频分量，而无损失地保留原信号频谱。能 使采样信号不失真地复现为原连续信号的滤波器应具有理想的矩形频率特 性，如图：
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大学信息数理学院
计算机控制系统实验报告
第一次实验
实验名称采样与保持
专业自动化142
实验组别徐亮学号14417228
同实验者国梁、王凯翔记录
实验时间2017 年06 月11 日成绩审阅教师
..
..
一、实验目的
（1）了解模拟信号到计算机控制的离散信号的转换—采样过程。
（2）了解判断采样/保持控制系统稳定性的充要条件。
（3）了解采样周期 T 对系统的稳定性的影响。
（4）掌握控制系统处于临界稳定状态时的采样周期 T 的计算。
（5）观察和分析采样/保持控制系统在不同采样周期 T 时的瞬态响应曲线。
二、实验原理及说明
采样实验
采样实验框图如图所示。
计算机通过模/数转换模块以一定的采样周期对B9 单元产生的正弦波信号采样，并通过上位机显示。
在不同采样周期下，观察比较输入及输出的波形（失真程度）。
图采样实验框图计算机编程实现以不同采样周期对正弦波采样，调节信号发生器（B5）单元的调宽旋钮，并以此作为
A/D 采样周期T。
改变T 的值，观察不同采样周期下输出波形与输入波形相比的复原程度（或失真度）。
对模拟信号采样首先要确定采样间隔。
采样频率越高，采样点数越密，所得离散信号就越逼近于原信号。
采样频率过低，采样点间隔过远，则离散信号不足以反映原有信号波形特征，无法使信号复原，。
合理的采样间隔应该是即不会造成信号混淆又不过度增加计算机的工作量。
采样时，首先要保证能反映信号的全貌，对瞬态信号应包括整个瞬态过程；信号采样要有足够的长度，这不但是为了保证信号的完整，而且是为了保证有较好的频率分辨率。
在信号分析中，采样点数N 一般选为2m 的倍数，使用较多的有512、1024、2048、4096 等。
采样保持器实验
线性连续系统的稳定性的分析是根据闭环系统特征方程的根在S 平面上的位置来进行的。
如果特征方程的根都在左半S 平面，即特征根都具有负实部，则系统稳定。
采样/保持控制系统的稳定性分析是建立在Z 变换的基础之上，
..
因此必须在Z 平面上分析。
S 平面和Z 平面之间的关系是：S 平面左半平面将映射到Z 平面上以原点为圆心的单位圆，S 平面的右半平面将映射到Z 平面上以原点为圆心的单位圆外。
所以采样/保持控制系统稳定的充要条件是：系统特征方程的根必须在Z 平面的单位圆。
只要其中有一个特征根在单位圆外，系统就不稳定；当有一个根在Z 平面的单位圆上而其他根在单位圆时，系统就处于临界稳定。
也就是说，只要特征根的模均小于1，则系统稳定；若有一个特征根的模大于1，则系统不稳定。
闭环采样/保持控制系统原理方块图如图所示：
图闭环采样/保持控制系统原理方块图从采样实验中知道采样输出仅在采样点上有值，而在采样点之间无值。
如其输出以前一时刻的采样值
为参考基值进行外推，即可使两个采样点之间为连续信号过度。
可以完成上述功能的装置或者器件就称为保持器。
因为数/模转换器（D/A）具有两极输出锁存能力，所以具有零阶保持器的作用。
使用了采样保持器后，采样点间的信号是外推而得的，实际上已含有失真的成份，因此，采样周期信号频率过低将会影响系统的稳定性。
采样周期T 可由用户在界面上直接修改，在不同采样周期下，观察、比较输出的波形。
闭环采样/保持控制系统实验构成电路如图所示，闭环采样系统实验中被控对象由积分环节（A3单元）与惯性环节（A5 单元）构成。
三、实验容及步骤
1.采样实验
（1）运行LABACT 程序，选择微机控制菜单下的采样和保持菜单下选择采样实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，即可选用本实验配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1 测孔测量波形。
（2）正弦波信号发生器单元（B6）中开关置于‘0.1~1Hz’档，输出正弦波为SIN 测孔，调节正弦波信号发生器B6 单元的调频和调幅电位器（正弦波的幅度为2V，频率为0.5Hz）。
（3）函数信号发生器单元（B5）的S1 置‘阶跃’档（最顶端），S2 置到‘2－60mS’档，调节函数信号发生器（B5）单元中的调宽电位器使采样周期信号频率达到最大（约78Hz）。
（4）测孔联线
1 正弦波信号输入 B6 输出（SIN）→B3（虚拟示波器）CH1（选X1 档）
2 采样周期信号B5 输出(S)→B9 输入（IRQ7）
..
（5）调节函数信号发生器（B5）单元中的调宽电位器使采样周期信号频率达到最大（约78Hz），然后慢慢降低,虚拟示波器显示的正弦波严重失真，记录下此时的采样周期。
2.采样保持器实验
（1）运行LABACT 程序，选择微机控制菜单下的采样和保持菜单下选择采样/保持实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1 测孔测量波形。
（2）将函数发生器（B5）单元的输出（OUT）作为系统输入R。
a．将B5 单元的S1 置‘阶跃’档（最顶端），S2‘0.2-6S’档。
调节B5 单元的调幅电位器使OUT 输出电压为 2.5V，调节调宽电位器使OUT 正输出宽度>6 秒。
（3）安置短路套、联线，构造模拟电路：
（a）安置短路套（b）测孔联线
CH1（选‘X1’档）接到A5 单元输出端OUT（C）。
（5）运行、观察、记录：
１．该实验的显示界面的采样周期T（界面右上角）可由用户在界面上直接修改，以期获得理想的实验结果，改变这些参数后，只要再次点击“开始”键，即可使实验机按照新的控制参数运行。
2．采样周期T 设定为10ms 、30ms 和50ms ，使用虚拟示波器CH1 通道观察A5 单元输出OUT（C）的波形。
观察相应实验现象。
记录波形，并判断其稳定性，在表4-3-1 中填入给此次的各参数与结果。
..
四、实验结果及截图
1.采样实验
..
2.采样与保持
采样周期10ms，稳定
采样周期30ms，衰减振荡
..
采样周期50ms，振荡
五、实验结果分析及感悟
通过本次的采样与保持实验，大致明白了实验的原理及实验步骤，学会了使用LABACT程序和实验箱，实验进行的比较顺利，在调节曲线方面虽然有些曲折，但最终几人不懈努力，并在老师的指导下，调出最理想的曲线。
相信本次实验对我今后的学习与工作有很大的帮助。
..。