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探究采样过程及其数学描述

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:在采样控制系统中总存在一个将连续信号变为断续信号的过程,这样的过程称为采样过程。如果采样开关闭合断开时刻是随机的,称为随机采样过程。本章仅讨论均匀采样过程。解 由式(7-5)有例7-2 设e=e﹣at,t≥0,a为常数,试求e*的拉氏变换。将上述式子代入式(7-2),有对上式取拉氏变换,运用拉氏变换的复位移定理,得到E*( s)式(7-9)在描述采样过程的复频域特征是极其重要的。

探究采样过程及其数学描述

在采样控制系统中总存在一个将连续信号变为断续信号的过程,这样的过程称为采样过程。实现这个采样过程的装置称为采样装置。采样装置可以简单的看做是一个采样开关,隔一段时间开关闭合一次再断开,如图7-4所示。

图7-4 采样开关

采样过程可看做是一个脉冲调制过程,连续信号经采样后变为断续信号e*(t)。

每隔一个固定时间T,采样开关闭合一次所实现的采样过程称为均匀采样过程。如果采样开关闭合断开时刻是随机的,称为随机采样过程。本章仅讨论均匀采样过程。

为了分析的需要,必须建立断续信号的数学描述。为此,对采样装置作如下几点假定:采样装置是理想的采样装置,即其开关动作应能立即完成;采样装置闭合的时间τ远远小于采样周期T;采样周期T为常数。有了上述假定,引进单位脉冲系列函数δτ(t)描述如下

如图7-5所示。

于是可将断续信号用如下数学式子表示

图7-5 单位脉冲序列函数

对于一个实际的采样控制系统,总有一个工作的起始时间,今后为了分析需要,往往假定当t<0时e(t)=0因此可将断续信号描述为

断续信号e*(t)与连续信号e(t)的关系如图7-6所示。

对离散信号e*(t)取拉氏变换,可得

根据拉氏变换的实位移定理,采样信号的拉氏变换

由上式可以将E*(s)与离散时域信号e*(kT)联系起来,可以直接看出e*(t)的时间响应。由于e*(t)仅描述了e(t)在采样时刻的值,所以,E*(s)不可能给出e(t)在两个采样时刻之间的任何信息,这要引起注意。(www.xing528.com)

图7-6 连续信号e(t)与断续信号e*(t)

例7-1 设e(t)=1(t),试求e*(t)的拉氏变换。

解 由式(7-5)有

例7-2 设e(t)=e﹣at,t≥0,a为常数,试求e*(t)的拉氏变换。

解 由式(7-5)有

上述分析表明,用拉氏变换法来对离散信号进行变换时,得到的式子是有关s的超越函数,不利于用来分析离散系统,下面将引进Z变换,来克服这种困难。

观察分析式(7-2),可以看出是周期函数,因此,可将其展开成傅里叶级数

式中称为系统的采样频率。

将上述式子代入式(7-2),有

对上式取拉氏变换,运用拉氏变换的复位移定理,得到E*( s)

式(7-9)在描述采样过程的复频域特征是极其重要的。假定连续信号e(t)的频谱∣E(jω)∣是单一的连续频谱,如图7-7所示。显然,离散信号的频谱除包含原连续信号主频谱外(幅值为),还包含无穷多个高频频谱。

图7-7

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