Амплитудно – импульсная модуляция

Импульсные системы

До сих пор мы имели дело сигналами в САР, представляющими непрерывные функции времени. На (Рис. 1) изображен непрерывный сигнал. Но может использоваться дискретизация сигналов или квантование. Различают квантование по времени, по уровню, по времени и по уровню одновременно. При осуществлении квантования по времени (рис.2) в некоторые моменты времени отстоящие друг от друга на обычно постоянную величину Т, называемую интервалом или периодом квантования берутся значения непрерывной функции, таким образом, непрерывная функция заменяется совокупностью ординат или дискрет, соответствующих значению непрерывной функции в момент квантования.

Эта совокупность дискрет называется решетчатой функцией. Это квантование ущербно, так как при этом теряется часть информации.

Квантование по уровню и по времени одновременно (рис.4). В момент времени 0,Т, 2Т, 3Т,… значению дискрет непрерывного сигнала присваивается номер ближайшего уровня. Сигнал задается таким образом: 0,1,2,3,3,3,2,1,0,-1,-1,-1.

В зависимости от вида квантования различают:

1. Импульсные САР- это такие системы, в которых хотя бы один сигнал квантован по времени и нет других видов квантования.

2. Релейные САР- это такие системы, в которых хотя бы один сигнал квантован по уровню и нет других видов квантования.

3. Цифровые САР- это такие системы, в которых хотя бы одна из переменных квантована и по времени и по уровню и нет других видов квантования.

 

Квантование по времени – решетчатая функция, совокупность дискрет. Эти дискреты модулируют некоторую последовательность импульсов. Модуляция сводится к изменению тех или иных параметров импульсов (амплитуды, периода и т.д.) в соответствии с дискретами. В зависимости от вида модуляции будем различать:

- амплитудно – импульсные САР;

- широтно – импульсные САР;

- время – импульсные САР.

 

При амплитуднo-импульсной модуляции в моменты квантования или дискретизации возникают импульсы постоянной или одинаковой длительности, амплитуда которых определяется величиной соответствующей дискреты. Системы, в которых осуществляется амплитудно – импульсная модуляция называются амплитудно – импульсными системами.

В моменты квантования появляются импульсы, все они имеют одинаковую амплитуду, а их длительность зависит от величины дискрет. Эта модуляция называется широтно – импульсной, а системы, в которых осуществляется это модулирование – широтно – импульсными системами.

Время – импульсная модуляция разделяется на:

- фазо – импульсную модуляцию;

- частотно-импульсную модуляцию.

Фазо– импульсная модуляция, в соответствии с дискретой, осуществляет сдвиг импульса относительно дискреты.

Типовая схема импульсной системы

 

Импульсная система состоит из непрерывной части и импульсных элементов

Любую систему можно привести к этому типу.

ИЭ - импульсный элемент

НЧ – непрерывная часть системы (здесь собраны все остальные элементы системы)

К типовым системам импульсного регулирования относятся разнообразные САР температуры, концентрации смеси, частоты, напряжения, активной мощности и т.д.

 

Рассмотрим импульсную САР температуры.

 

1- объект регулирования. Это некоторый объем, в котором нужно поддерживать заданную температуру (печь, помещение и т.д.). Нагревательный элемент не показан. Температура регулируется с помощью увеличения или уменьшения притока охлажденного воздуха.

φ – угол заслонки

Температура в этом объеме измеряется с помощью термодатчика 2. Это элемент, сопротивление которого зависит от температуры окружающей среды.

3 – мост равновесный

4 – гальванометр

5 – падающая душка

6’, 6”- потенциометр, реостат между ними гальваноционная вставка (изолирующая вставка)

7 – ДПТ (двигатель постоянного тока) с обмотками возбуждения ОВ1 и ОВ2.

8 – редуктор

9 – заслонка

10 – профилированный кулачок

11 – прижимная пружина

12 - потенциометр

Мы имеем дело с импульсным управлением двигателя, здесь осуществляется амплитудно – импульсная модуляция. Для задания температуры используется потенциометр 12. Когда температура соответствует заданной, мост находится в равновесии. При изменении температуры мост разбалансируется, потечет ток, стрелка гальванометра будет поворачиваться и т.д.

Падающая душка 5 дает коэффициент усиления 10¹⁴ по мощности.

Импульсную систему применяют, когда нужно получить большое усиление по мощности. В импульсных системах при некоторых условиях переходные процессы заканчиваются за конечное число импульсов.

 

Вернемся к рисунку 7.

 

x(t) – входной сигнал импульсного элемента

x(t) = f(t) – z(t) – сигнал ошибки

 

Импульсный элемент реагирует на дискреты

t = mT

x(mT) = f(mT) – z(mT) – решетчатая функция

непрерывная часть

весовая часть непрерывной системы