《采樣控制系統(tǒng)》課件展示

《采樣控制系統(tǒng)》課件PPT展示本課件旨在介紹采樣控制系統(tǒng)的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用實例，幫助您了解采樣控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。課程簡介課程目標掌握采樣控制系統(tǒng)的基本原理，并了解其在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。課程內(nèi)容涵蓋采樣定理、量化噪聲、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、采樣控制系統(tǒng)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)。學(xué)習目標1掌握采樣定理理解采樣定理，并能運用它進行采樣頻率的計算。2理解量化噪聲了解量化噪聲產(chǎn)生的原因，并掌握分析其影響的方法。3掌握模數(shù)轉(zhuǎn)換器了解模數(shù)轉(zhuǎn)換器的種類、性能指標以及應(yīng)用場景。4掌握數(shù)模轉(zhuǎn)換器了解數(shù)模轉(zhuǎn)換器的種類、性能指標以及應(yīng)用場景。典型采樣控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)通過傳感器采集溫度信號，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進行處理，控制加熱器或冷卻器。電機速度控制系統(tǒng)通過傳感器采集電機轉(zhuǎn)速信號，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進行處理，控制電機驅(qū)動器。壓力控制系統(tǒng)通過傳感器采集壓力信號，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進行處理，控制氣壓閥或液壓閥。采樣定理連續(xù)信號采樣定理指出，要想不失真地恢復(fù)原始信號，采樣頻率必須大于信號最高頻率的2倍。量化噪聲1在量化過程中，模擬信號被離散化為有限個量化級別。2量化誤差是模擬信號與量化信號之間的差值。3量化噪聲是指量化誤差的隨機性。量化誤差分析1均方誤差2信噪比3量化噪聲編碼方式二進制編碼使用0和1表示量化級別。格雷碼編碼相鄰量化級別之間的編碼只有一個位不同。采樣保持電路1采樣階段將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。2保持階段保持采樣瞬間的信號值。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器1逐次逼近型通過不斷比較和調(diào)整參考電壓來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。2并行比較型使用多個比較器同時進行比較。3Σ-Δ型基于反饋環(huán)路，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。電路組成傳感器將物理量轉(zhuǎn)換為電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。微處理器處理數(shù)字信號，并進行控制運算。數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。精度影響因素采樣頻率采樣頻率越高，精度越高。量化級別量化級別越多，精度越高。模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能直接影響系統(tǒng)的精度。采用配置軟硬件實現(xiàn)軟件實現(xiàn)使用編程語言實現(xiàn)采樣控制算法。硬件實現(xiàn)使用專用芯片實現(xiàn)采樣控制功能。ADC性能指標分辨率指ADC能夠分辨的最小電壓值。采樣速率指ADC每秒鐘能夠轉(zhuǎn)換的模擬信號數(shù)量。精度指ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的準確度。應(yīng)用實例11溫度傳感器采集溫度信號。2ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。3微處理器根據(jù)溫度設(shè)定值進行控制運算。4DAC將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。5控制加熱器或冷卻器調(diào)節(jié)溫度。應(yīng)用實例2速度傳感器采集速度信號。ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。微處理器根據(jù)速度設(shè)定值進行控制運算。DAC將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號?？刂齐姍C驅(qū)動器調(diào)節(jié)速度。應(yīng)用實例31壓力傳感器采集壓力信號。ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。2微處理器根據(jù)壓力設(shè)定值進行控制運算。DAC將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。3控制氣壓閥或液壓閥調(diào)節(jié)壓力。采樣控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計1提高采樣頻率提高采樣頻率可以減少信號的失真。2增加量化級別增加量化級別可以提高量化精度。3使用高性能ADC使用高性能的ADC可以提高系統(tǒng)的精度和速度?；贒SP的采樣控制系統(tǒng)數(shù)字信號處理器使用數(shù)字信號處理器進行采樣控制算法的實現(xiàn)?；贔PGA的采樣控制系統(tǒng)現(xiàn)場可編程門陣列使用現(xiàn)場可編程門陣列進行采樣控制算法的硬件實現(xiàn)?；贏RM的采樣控制系統(tǒng)微處理器使用ARM處理器進行采樣控制算法的實現(xiàn)。行業(yè)應(yīng)用發(fā)展趨勢1智能化采樣控制系統(tǒng)將與人工智能技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)更智能的控制策略。2網(wǎng)絡(luò)化采樣控制系統(tǒng)將與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)遠程控制和數(shù)據(jù)采集。3小型化采樣控制系統(tǒng)將朝著小型化、集成化的方向發(fā)展。實驗環(huán)節(jié)介紹實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗加深對采樣控制系統(tǒng)原理和應(yīng)用的理解。實驗內(nèi)容包括模擬量信號采樣、數(shù)字信號采樣與重構(gòu)、ADC性能實驗、采樣控制系統(tǒng)應(yīng)用等。實驗1：模擬量信號采樣實驗?zāi)康牧私饽M量信號采樣的基本原理。實驗內(nèi)容使用示波器觀察模擬量信號采樣過程。實驗2：數(shù)字信號采樣與重構(gòu)1使用ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。2使用DAC將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。3觀察重構(gòu)后的模擬信號波形。實驗3：ADC性能實驗測試ADC的分辨率、采樣速率和精度。分析ADC性能指標對系統(tǒng)精度的影響。實驗4：采樣控制系統(tǒng)應(yīng)用1設(shè)計一個簡單的采樣控制系統(tǒng)。例如，溫度控制系統(tǒng)或電機