模拟信号与模拟系统课件

温度信号123456501001502002503000t(s)T(ºC)1234562550751000t(s)u1(mV)7.1

信号问题一、信号分类1物理信号2

模拟信号模拟信号连续信号温度信号12345650100150200250300001t(s)u1*(mV)0T2T3T4T5T6T7T2550751006不确定性信号

离散信号3采样信号4数字信号5确定性信号

数字信号采样信号1234562550751000t(s)u1(mV)模拟信号01t(s)u1*(mV)0T2T3T4T5T6T7T25二、信号与信息例如：红黄绿信号灯“信号是信息的表现形式”。信号是信息的载体，借助物理载体传递信息。特点：1)信号中的信息是隐性的、间接的；2)信号中的信息是微弱的；3)信号中的信息含有多种信息有用的无用的提取信息（噪音）信息处理(放大、去噪)二、信号与信息例如：红黄绿信号灯“信号是信息的表现形7.2模拟信号分析一、周期信号的分析1周期信号的波形——谐波叠加直流分量谐波分量幅值谐波分量初相位7.2模拟信号分析一、周期信号的分析1周期信号的波形方波信号的分解方波信号的分解2周期信号的频谱幅度频谱——谐波幅值谱线随频率的分布状况相位频谱——谐波的初相与频率的关系（1）不同的周期信号具有不同的频谱。（2）周期信号的频谱是离散的频谱，其谱线随着信号周期的加长，变得越加密集。方波信号的频谱2周期信号的频谱幅度频谱——谐波幅值谱线随频率的分布状况二、非周期信号的分析非周期信号：T=

（或f=0）的周期信号频谱特点：幅度频谱和相位频谱都是连续形式。傅立叶变换傅立叶反变换二、非周期信号的分析非周期信号：T=（或f=0）wj(w)01指数函数频谱f(t)10e-at(a>0)1/awF(w)0幅度频谱和相位频谱都是连续形式wj(w)01指数函数频谱f(t)10e-at(a2对称矩形脉冲信号

tf(t)01t/2

t/2w|F(jw)|0Et幅度频谱和相位频谱都是连续形式幅度频谱2对称矩形脉冲信号tf(t)01t/2t7.3系统问题=△一定的目的一定的组合方式部件{

}系统检测环节控制信号指令信号ER执行器被控对象+输出信号输入信号控制器检测信号物理信号7.3.1系统的类型开环系统具有信号双向流动的通路信号单向流动闭环系统一、开环系统和闭环系统7.3系统问题=△一定的目的一定的组合方式部件{二、单环节的功能描述H输入信号输出信号ER1信号流图2传递函数+_uiR2R1+_uououi+_uiCR+_uoi传递函数1）时域形式+_-jXCR+_2)频域形式二、单环节的功能描述H输入信号输出信号ER1信号流图23)s域形式+_1/sCR+_（初值为0）频域与s域形式的传递函数更具一般性动态分析稳态分析3)s域形式+_1/sCR+_（初值为0）频域与三、开环系统描述S3Sn+1SnS2S1输入输出R环节1环节2环节nE系统

H1

H2

Hn1信号流图2传递函数3特点信号单向流动系统的抗干扰能力差

三、开环系统描述S3Sn+1SnS2S1输入输出R环四、闭环系统的描述检测S4S3S2S1+ER执行器对象输出输入控制器H3H2H1F1信号流图控制环节2传递函数3特点比较器SF

控制环节：检测环节：信号正向流动信号反向流动反馈环节四、闭环系统的描述检测S4S3S2S1+ER执行器对4反馈检测S4S3S2S1+ER执行器对象输出输入控制器H3H2H1F比较器SF

反馈信号削弱了输入信号的作用负反馈负反馈的特点：☆削弱了系统的激励作用，系统增益降低☆自动调节作用，拓展了系统带宽，改善了系统的频率特性4反馈检测S4S3S2S1+ER执行器对象输出输入XG1

G3Y+_ECG2ABF内环外环+_G1

G3X+_ECG2AF外环++GdDBYXG1G3Y+_ECG2ABF内环外环+_G1G3X+_五、模拟系统和数字系统六、检测系统与控制系统处理模拟信号处理数字信号信号的放大、滤波、变换等数值运算、逻辑演算、代码转换、数据寄存器和移位等模拟系统：数字系统：检测系统：控制系统：开环闭环灵敏度精度和失真获取信号，经信号处理加以显示或记录利用检测系统完成对象状态和过程的评估，经决策加以控制五、模拟系统和数字系统六、检测系统与控制系统处理模拟信号处理7.3.2模拟系统分析概要

☆

分析系统的稳态特性

☆

分析系统的动态特性

☆

分析系统的稳定性稳态品质稳定状态下的输出参数，系统的误差、精度时间响应和频率响应动态品质系统运行的可靠性品质7.3.2模拟系统分析概要☆分析系统的稳态特性☆分一、模拟系统稳态特性分析系统输出发生波动时，闭环系统具有自动调节功能。稳态理论上，当系统输出为期望值时，闭环系统无须调节。在稳定状态下，系统的实际输出达到期望输出的精确程度稳态特性分析一、模拟系统稳态特性分析系统输出发生波动时，闭环系统具有自动1.无差调节（精度达100%的系统）若实际输出=期望输出，xf=xi

,xe=xi-xf

=02.G为比例放大时，实现无差调节的条件xo=Gxe设为稳定输出若无差调节，则xe为0要求G→∞传递函数Fxe+xoxiGxf

1.无差调节（精度达100%的系统）若实际输出=期望输出，3.G为比例放大时的系统调节误差Fxe+xoxiGxf

理想情况下==H0

（G→∞）系统稳态输出无偏差实际情况下（G为有限值）环路增益（环路传递函数）环路增益越大，系统精度越高3.G为比例放大时的系统调节误差Fxe+xoxiGxf理二、模拟系统动态特性分析检测环节e+xy执行器被控对象被控量给定量控制器sf

控制器电路、执行器电路具有惯性元件（电感L或电容C）电动机等执行器有机械惯性检测环节的传感器具有机械惯性、热惯性等惯性元件对激励的响应需要时间对不同的信号频率反映不同模拟控制系统存在时间响应问题频率响应问题二、模拟系统动态特性分析检测环节e+xy执行器被控对象被控量1一阶惯性环节的时间响应和频率响应1)一阶惯性环节的时域模型+_CR+_uiuo(以RC电路为例,无初始储能)由KVLuR+uC=ui代入元件约束uR=iR，得到关系式2)一阶惯性环节的阶跃响应时间常数t=RC是反映一阶惯性环节时间响应快慢的重要参数，一般取(3~5)t1一阶惯性环节的时间响应和频率响应1)一阶惯性环节的+_R+_3)一阶惯性环节的频率响应1w

cw

|H(jw)|低通滤波器+_R+_3)一阶惯性环节的频率响应1wcw|H(jw4)一阶惯性环节的s域模型+_1/sCR+_1/(1+ts)Ui(s)Uo(s)+_R+_4)一阶惯性环节的s域模型+_1/sCR+_1/(1+ts模拟系统动态分析的基本步骤1.构建系统在s域的传递函数2.在时域求解系统的时间响应特性3.在频域分析系统的频率响应特性模拟系统动态分析的基本步骤1.构建系统在s域的传递函数2.三、模拟系统的稳定性分析2稳定性判据y=

GFy1稳