Общие положения. Остановимся на характеристике импульсов и импульсной модуляции

Остановимся на характеристике импульсов и импульсной модуляции.

Импульсом длительностиt _и называется сигнал (физическая величина), который описывается функцией, не обращающейся в нуль только на некотором конечном интервале времени длительности t _и.

По форме различают прямоугольные, треугольные, синусоидальные (рис. 2.1) и другие импульсы. Они характеризуются шириной (длительностью) t _и и амплитудой (высотой) А _и. Последовательность импульсов, помимо указанных параметров, еще характеризуется периодом следования импульсов Т и относительной длительностью γ = t _и / Т (рис. 2.2).

Рис. 2.1. Формы импульсов: а – прямоугольный; б – треугольный; в – синусоидальный

Рис. 2.2. Последовательность импульсов

В импульсном элементе происходит модуляция, т.е. в соответствии с входным сигналом изменяется один из параметров последовательности импульсов на выходе. В зависимости от того, какой параметр изменяется, различают амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) и другие.

При АИМ изменяется амплитуда А _и, а при ШИМ – ширина (длительность) импульса. Импульсный элемент, осуществляющий амплитудно-импульсную модуляцию, называют АИМ-элементом, а импульсный элемент, осуществляющий широтно-импульсную модуляцию, называют ШИМ-элементом.

Импульсную систему управления, содержащую АИМ-элемент, называют АИМ-системой управления, а импульсную систему управления, содержащую ШИМ-элемент, называют ШИМ-системой управления.

Различают импульсную модуляцию 1-го и 2-го родов. При импульсной модуляции 1-го рода модулируемый параметр изменяется в соответствии со значениями входного (модулирующего) сигнала (рис. 2.3, а) в дискретные моменты времени, называемые моментами съема сигнала (рис. 2.3, б).

При модуляции 2-го рода модулируемый параметр изменяется в соответствии со значениями модулирующего сигнала в течение всего времени существования импульса (рис. 2.3, в).

Рис. 2.3. Модуляции 1-го и 2-го родов: а – модулирующий сигнал;

б – АИМ 1-го рода; в – АИМ 2-го рода

На рис. 2.4, а изображена функциональная схема импульсной САР. Здесь импульсный элемент (ИЭ) включен в цепь основного воздействия последовательно с эквивалентным звеном непрерывной части (НЧ) САР. Однако импульсный элемент может быть включен и в цепь обратной связи. Непрерывная часть может быть линейной и нелинейной. Рассмотрим САР только с линейной непрерывной частью.

Для упрощения исследования импульсных САР целесообразно представить импульсный элемент состоящим из двух частей (рис. 2.4, б): идеального импульсного элемента (ИИЭ) и формирующего звена (ФЗ). Идеальный импульсный элемент в виде ключа преобразует непрерывную величину в последовательность импульсов, следующих друг за другом через равные интервалы дискретности T и представляющих d-функции. Величина каждой d-функции, т.е. интеграл от нее по времени, пропорциональна значению непрерывной величины в момент замыкания ключа.

Формирующее звено преобразует каждый идеальный импульс в импульс конкретной формы. Чаще импульсы имеют форму прямоугольников длительностью t _и = γ Т, 0 < γ < 1. Звено, формирующее такие импульсы, описывается передаточной функцией

.

При исследовании импульсных систем формирующее звено относят к непрерывной части. При этом образуется приведенная непрерывная часть (ПНЧ), передаточная функция которой

,

где – передаточная функция непрерывной части.

а)

б)

в)

Рис. 2.4. Замкнутая импульсная система (а), реальное импульсное звено (б) и его функционирование (в)