15.2. Структура й класифікація імпульсних систем

Характерна риса імпульсних систем полягає в тім, що принаймні одна з координат (змінних) у них піддається квантуванню (перериванню) за часом. Ці квантовані за часом величини за допомогою імпульсної модуляції перетворяться в послідовність імпульсів, які впливають на безперервну частину системи. Процес квантування й імпульсної модуляції здійснюється імпульсним елементом.

Таким чином, імпульсна система складається з імпульсного елемента (ІЕ) і безперервної частини (БЧ), складеної з типових динамічних ланок (рис. 15.1).

g

БЧ

ІЕ

-

Рис. 15.1. Функціональна схема імпульсної системи:

ІЕ - імпульсний елемент; БЧ - безперервна частина

В імпульсній системі імпульсний елемент перетворить безупинно, що змінюється величину, у послідовність модульованих імпульсів (рис. 15.2).

Рис. 15.2.Тимчасові діаграми зміни сигналів на вході x і

виході x* імпульсного елемента

Процес імпульсної модуляції складається в зміні по певному тимчасовому законі якого-небудь параметра періодично повторюваних імпульсів. Основними параметрами імпульсної послідовності (рис. 15.2) є:

1) висота або амплітуда імпульсу А;

2) тривалість або ширина імпульсу Тімп ;

3) період повторення (дискретності) або період квантування імпульсів Т.

Відстань між імпульсами визначається їхнім тимчасовим положенням, тобто частотою повторення (дискретності) або частотою квантування ₀ = 2/Т. Величина, що визначає закон модуляції, називається величиною, що модулює.

Залежно від того, який з параметрів послідовності імпульсів змінюється за законом зміни величини, що модулює, розрізняють наступні види імпульсної модуляції:

1) амплітудноімпульсну модуляцію - АІМ (амплітуда імпульсу пропорційна вхідному сигналу: A = f(x) при T = const, Тімп = const);

2) широтно-імпульсну модуляцію - ШІМ (тривалість імпульсу пропорційна вхідному сигналу: Тімп = f(x) при A = const, T = const);

3) тимчасову імпульсну модуляцію - ТІМ, що включає в себе:

а) фазо-імпульсну модуляцію - ФІМ (фаза, тобто часове зрушення імпульсу відносно початку періоду дискретності T, пропорційна вхідному сигналу:  = f(x) при A = const, T = const, Тімп = const);

б) частотно-імпульсну модуляцію - ЧІМ (частота дискретності пропорційна вхідному сигналу: ₀ = f(x) при A = const, Тімп = const).

Крім того, розрізняють два роди імпульсної модуляції.

Якщо параметри послідовності імпульсів змінюються залежно від значень величини, що модулює, у фіксовані рівновіддалені друг від друга моменти часу, то такий вид модуляції називається імпульсною модуляцією першого роду - ІМ I.Якщо ж параметри послідовності імпульсів змінюються відповідно до поточного значення величини, що модулює, то такий вид модуляції називається імпульсною модуляцією другого роду - ІМ II.

Імпульсний елемент робить періодичне замикання системи на час тривалості імпульсу Тімп ; у частину, що залишилася, періоду дискретності імпульсна система залишається розімкнутої.

Основними параметрами імпульсного елемента є коефіцієнт передачі kі, період повторення Т ( або частота повторення ₀ = 2/Т), тривалість Тімп = Т (або шпаруватість , 0  1) і форма вихідних імпульсів w(t). Залежно від виду й роду імпульсної модуляції імпульсні елементи підрозділяються на амплітудні, широтні й тимчасові імпульсні елементи першого й другого роду.

Залежно від виду й роду імпульсного елемента імпульсні системи підрозділяються на три типи:

1) амплітудні імпульсні системи - АІС,

2) широтні імпульсні системи - ШІС,

3) тимчасові імпульсні системи - ТІС

першого й другого роду.

Залежно від того, дотримується або не дотримується принцип суперпозиції, тобто дорівнює або не дорівнює реакція імпульсної системи на суму впливів сумі реакцій на кожний із впливів порізно, імпульсні системи підрозділяються на лінійні й нелінійні.

У лінійних імпульсних системах параметри імпульсного елемента й безперервної частини системи не залежать від зовнішніх впливів і величин, що характеризують стан системи. До лінійних імпульсних систем ставляться АИС із лінійною безперервною частиною й лінійною характеристикою імпульсного елемента, рівної коефіцієнту передачі

де x - значення вхідної величини в дискретні моменти часу;

A - відповідна амплітуда імпульсу.

У нелінійних імпульсних системах параметри імпульсного елемента або безперервної частини системи залежать від зовнішнього впливу або величин, що характеризують стан системи. До нелінійних імпульсних систем ставляться ШІС і ТІС, а також АІС із нелінійною характеристикою імпульсного елемента або з нелінійною безперервною частиною.

Якщо в імпульсній системі параметри імпульсного елемента або безперервної частини змінюються в часі, то такі системи ставляться до імпульсних систем зі змінними параметрами. Останні можуть бути як лінійними, так і нелінійними.

Надалі будуть розглядатися лінійні амплітудні імпульсні системи. Для розрахунку широтних імпульсних систем і тимчасових імпульсних систем при певних обмеженнях можна використовувати методи лінійних АІС.