Transcript Document
ISS – D1: Podstawy dyskretnych UAR Pojęcia podstawowe. Układami dyskretnymi nazywamy układy, w których informacja jest przekazywana za pomocą sygnałów dyskretnych (nieciągłych). Rozróżniamy sygnały dyskretne w poziomie i sygnały dyskretne w czasie. Sygnałem dyskretnym w poziomie nazywamy sygnał, który przyjmuje dwie lub więcej wartości dyskretnych. Sygnałem dyskretnym w czasie nazywamy sygnał będący ciągiem impulsów. Przekształcenie sygnału ciągłego w dyskretny nazywamy kwantowaniem sygnału. Istnieje zatem kwantowanie w poziomie i w czasie. Skwantowanie tylko w poziomie odpowiada układom przekaźnikowym lub progowym. Są one traktowane jako nieliniowe. 1 ISS – D1: Podstawy dyskretnych UAR D e f i n i c j a: Układy z kwantowaniem sygnału w czasie nazywamy układami impulsowymi. Układy impulsowe są więc układami regulacji automatycznej, w których informacja jest przekazywana tylko w dyskretnych chwilach, zwanych chwilami impulsowania. Układy impulsowe mogą być układami liniowymi lub nieliniowymi. W liniowych układach impulsowych wartości sygnałów w dyskretnych chwilach czasu są związane zależnościami liniowymi. 2 ISS – D1: Podstawy dyskretnych UAR Sygnały dyskretne wykorzystywane są głównie w technice przesyłu informacji (głównie modulacji częstotliwości kodowo-impulsowej), a w technice sterowania wykorzystuje się modulacje pola sygnału (szerokość i wysokość) do wysterowania urządzenia wykonawczego (z uwagi na to, że moc impulsu jest proporcjonalna do pola). Idealny impuls (o określonej amplitudzie i zerowym czasie trwania) nie jest użyteczny (nie „niesie” energii), stąd też zastępuje się go impulsatorem rzeczywistym zwanym układem formującym. 3 ISS – D1: Podstawy dyskretnych UAR h(t) 1 t Impulsator rzeczywisty Wyznaczanie transmitancji członu formującego g f t 1 t 1 t T T 1 1 Ts 1 eTs G f s L[ g f t ] e s s s Element przetwarzający segment ciągły na dyskretny nazywa się impulsatorem. 4 ISS – D1: Podstawy dyskretnych UAR Idealny impulsator (nierealizowalny fizycznie) przekształca funkcję ciągłą czasu e(t) w ciąg idealnych impulsów: e o t , e T t T ,..., e nT t nT ,... Proces modulacji jest zatem z matematycznego punktu widzenia równoważny pomnożeniu funkcji e(t) przez tzw. funkcję impulsowania. s t t nT n 5 ISS – D1: Podstawy dyskretnych UAR Zakładamy e(t)=0 dla t<0, zatem funkcja e * t e t s t e nT t nT n0 jest funkcją dyskretną. Z dowolnej funkcji ciągłej otrzymujemy dyskretną, jeżeli weźmiemy pod uwagę tylko ciąg dyskretnych wartości tej funkcji. 6 ISS – D1: Podstawy dyskretnych UAR W dalszej analizie będziemy brali pod uwagę funkcje dyskretne dla okresu impulsowania równego jedności (T=1). Funkcję dyskretną o dowolnym okresie impulsowania można zawsze sprowadzić do funkcji o jednostkowym czasie impulsowania przez podstawienie t t T Np. f(t)=f(nT) t nT f t f f f n T T 7 ISS – D1: Funkcje dyskretne Różnice i sumy funkcji dyskretnych. Weźmy pod uwagę ciąg wartości funkcji dyskretnej f(0), f(1), f(2),...,f(n) D e f i n i c j a: Różnicę pierwszego rzędu f m funkcji dyskretnej f(n) w punkcie n=m określamy za pomocą wzoru: df f m f m 1 f m D e f i n i c j a : Różnicę k-tego rzędu k f m funkcji dyskretnej f(n) w punkcie n=m określamy za pomocą wzoru: df f m k 1 f m 1 k 1 f m k U: Różnica funkcji dyskretnej jest analogiem pochodnej. 8 ISS – D1: Funkcje dyskretne D e f i n i c j a: Sumą funkcji dyskretnej nazywamy funkcje dyskretną określona wzorem: df m1 m f i m = 1,2,... i 0 U: Suma jest analogiem całki. 9 ISS – D1: Funkcje dyskretne Równanie różnicowe. k f m Wyznaczmy ogólny wzór na różnicę k-tego rzędu 2 f m f m 1 f m f m 2 f m 1 f m 1 f m f m 2 2 f m 1 f m 3 f m 2 f m 1 2 f m f m 3 2 f m 2 f m 1 f m 2 2 f m 1 f m f m 3 3 f m 2 3 f m 1 f m Uogólniając powyższe otrzymujemy: k k! f m 1 f m k i k 1 !i ! i 0 k i Z powyższej zależności wynika, że różnicę k-tego rzędu funkcji dyskretnej można wyrazić za pomocą k+1 kolejnych wartości tej funkcji. 10 ISS – D1: Funkcje dyskretne D e f i n i c j a: Różnicowym równaniem liniowym k-tego rzędu o stałych współczynnikach ak, ak-1,...a0 nazywamy równanie o postaci: ak k x n ak 1k 1x n ...a0 x n f n ak 0 gdzie f(n) - dana funkcja dyskretna. Gdy f(n)≠0 mamy równanie różnicowe niejednorodne, gdy f(n) = 0 mamy równanie różnicowe jednorodne. Korzystając z równania (*) możemy równanie różnicowe przedstawić w równoważnej postaci: bk x n k bk 1 x n k 1 ...b0 x n f n 11