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1 脉冲信号
1.1 定义
- 脉冲(pulse)通常是指电子技术中经常运用的一种像脉搏似的短暂起伏的电冲击(电压或电流)。主要特性有波形、幅度、宽度和重复频率。脉冲是相对于连续信号在整个信号周期内短时间发生的信号,大部分信号周期内没有信号。
- 所谓“频率”,是指单位时间内重复的电信号振动数,“Hz(赫兹)”表示1秒钟内的振动数。同时,将这种在极短时间内产生的具有一定宽度的电信号波(矩形波)称为“脉冲”或“脉冲信号”。
1.2 分类
持续次数
持续时间
持续间隔
规律
脉冲是以一定规律发生还是毫无规律地发生来进行分类。
1.3 脉冲的用途
信号采集
利用输入的信号进行信号采集。如利用旋转编码器等检测电机转速。
设备控制
通过输出信号进行设备控制。如利用脉冲信号控制步进电机或伺服电机等。
1.4 脉冲调制
脉宽调制(PWM)
通过脉宽(持续输出时间)与间隔(开启与关闭的间隔)控制电流与电压的方式。在某个期间中“脉冲开启时间”的比率称为“占空比(工作周期)”,通过改变占空比即可获得合适的电压。通过缩短开启/关闭的周期,可获得与开启脉宽成正比的电压,因此具有高效以及控制性优异的特点。
脉冲振幅调制(PAM)
与脉宽调制方式正相反,是通过脉冲强度(振幅)控制电流或电压的方式。在空调等的脉冲振幅调制变频器中,通过控制整流部电压,改变脉冲电压的振幅。
脉冲编码调制(PCM/Pulse Code Modulation)
通过将模拟信号以一定周期进行标本化(采样)并转换(量子化)为二进制数,将输入的模拟信号转换为数字信号(脉冲列)的脉冲调制方式。将语音等模拟信号作为数字信号传送时使用,也称为模拟-数字转换。用途包括CD(CD-DA)、PCM记录仪、Blu-ray(BDMV)等。
脉冲密度调制(PDM/Pulse Density Modulation)
依据以一定宽度分割的时间内的脉冲密度,生成波形。通过将语音或影像等模拟信号替换为脉冲列,而转换为数字信号的方法之一,实现比传统的PCM更高的音质转换。用于新CD标准SACD(Super Audio CD)。
脉冲位置调制(PPM/Pulse Position Modulation)
将信号转换为一定时间范围的脉冲相位差(位置)的脉冲调制方式。特点在于,信息由脉冲位置决定,因此不易受干扰影响。用于通过改变每个交流电流周期的开启时间比例来控制电压,以调整照明或热源温度的“晶闸管相位控制”的控制用脉冲。
2 脉冲信号与转速
脉冲的典型用法大致分为两种。一种是根据输入的脉冲采集速度、距离等;另一种是通过输出脉冲,控制电机、变频器等系统。与此双方都有关系的是“旋转”因素。
2.1 利用脉冲采集转速
频闪观测仪采集
转速表采集
光学设备采集
2.2 利用脉冲的电机
步进电机
伺服电机
3 脉冲采集原理
3.1 从脉冲信号获取频率及周期
脉冲信号广泛用于汽车车速、水道流量、用电量等各种采集现场。但是,仅凭脉冲信号仍无法获知“车速达到了几公里”、“水流了几升”、“用电量达到了几千瓦”等具体数值。脉冲信号仅仅把机械性变化转换成了数字信号。只有对数据进行分析,才能获得具有使用价值的数据。
3.2 脉冲的基本计算方法
3.3 脉冲采集中的设定值
采样周期
输入频率带宽
输入频率带宽记为“DC~●MHz”,表示“●MHz时容许频率特性衰减至3 dB的上限频率”。将影响到脉冲上升时间,因此在选择采集仪单元时需要考虑采集精度等。
可采集内容
4 脉冲采集术语
旋转编码器
谓旋转编码器,是指将由旋转产生的机械性位移转换为脉冲信号的装置。以往被视为用于旋转角采集的检测仪,而目前其使用范围已扩展至为机器人定位的伺服等领域。旋转编码器按照采集方式,分为“增量方式”与“绝对方式”两种。增量方式时,旋转编码器的脉冲输出包括每次旋转都输出的Z相,以及不同相位的A相与B相共3种。检测直线位移的编码器称为线性编码器。
增量方式
绝对方式
A相、B相、Z相
分辨率
所谓分辨率,是指增量方式旋转编码器旋转1次时输出的脉冲数以及绝对型旋转编码器的绝对编号。精度随着分辨率而变化,因此应结合用途及成本选择具有合适分辨率的旋转编码器。另外,脉冲采集仪(数据采集仪)也设有可显示的分辨率。
高电平/低电平
占空比
5 PUU
5.1 定义
5.2 优点
方便观察
- 直线运动的机构,PUU通常定义成 10um 或 1um 或 0.1 um。
- 旋转运动的机构,通常机构一週定义成 个PUU 或再补若干个0,让PUU等于0.001度或更细。也可以定义旋转一週为 PUU,如此一个PUU即表示 1/ 圈。
单位统一
在控制系统中往往不只一个马达,每个马达连接的机械结构尺寸各异,马达型号或编码器解析度也许不同,各轴转一圈对应的机械位移量就会不同,使每个轴的PLS单位不同。运动控制器在做路径规划时各轴的位置单位必须要统一才会方便!使用PUU 便可以满足此要求。
参考
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