電子控制系統(tǒng)的信號處理

控制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量控制量控制系統(tǒng)：任何一種控制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)共同實現(xiàn)，這些環(huán)節(jié)所涉及的裝置就構成了一個系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)。檢測裝置控制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量控制量比較器課程引入控制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量控制量光控電風扇普通高中課程標準實驗教科書通用技術選修１第三章電子控制系統(tǒng)的信號處理第一節(jié)數(shù)字信號數(shù)字信號與模擬信號數(shù)字信號的優(yōu)點傳感器控制部分執(zhí)行器傳感器將所獲取的信號轉(zhuǎn)換成電信號后，控制部分便對這些信號進行分析、比較、判斷、放大、運算、傳輸、變換——最后向輸出部分發(fā)出命令，控制執(zhí)行機構的操作。對信號的分析、比較等過程統(tǒng)稱為處理。第一節(jié)數(shù)字信號數(shù)字信號與模擬信號電子控制系統(tǒng)中對信號的處理過程是用電子電路來完成的。電子電路所處理的信號有：電動樓梯靜止狀態(tài)滑滑梯數(shù)字信號（digitalsignal）和模擬信號（analogsignal）兩類思考第一節(jié)數(shù)字信號樓梯滑梯不連續(xù)連續(xù)思考第一節(jié)數(shù)字信號錢江海潮觀察氣溫錢江潮第一節(jié)數(shù)字信號家電商場人口普查第一節(jié)數(shù)字信號請判斷，下列量中那些是連續(xù)變化的？哪些是非連續(xù)變化的？

1.野外環(huán)境的亮度與地下倉庫中的亮度；

2.人的血壓與人的脈搏；

3.運動員滑冰所滑過的軌跡長度與走過同樣距離所用的步數(shù)；

4.時光的流逝與數(shù)字鐘所顯示的時間的變化。討論第一節(jié)數(shù)字信號氣象觀察氣溫變化第一節(jié)數(shù)字信號轎車生產(chǎn)流水線生產(chǎn)量月生產(chǎn)量人日生產(chǎn)量第一節(jié)數(shù)字信號信號波形模擬著信息的變化而變化信號稱為模擬信號。有些非連續(xù)變化的量可以用數(shù)字表示，若用二進制來表示這個數(shù)，并用高和低兩個電平（level）代表二進制數(shù)中的“1”和“0”，則其形成的在高、低電平之間來回跳變的電信號就是通常所說的數(shù)字信號。模擬信號數(shù)字信號00uutt第一節(jié)數(shù)字信號小辭典電平：在數(shù)宇電路中，電壓（或電流等（的大小分為高、低兩級．例如，TTL電路的劃分方法是：2.4V～5V為高級，而0

V～

0.8V為低級。通常將這兩個高、低不同的電壓級（或電流級等）分別稱為高電平和低電平。第一節(jié)數(shù)字信號馬上行動

1．在上圖所示數(shù)字信號中，高電平代表1，低電平代表0(每1格代表1位二進制數(shù)，共5位，高位先到)，則該信號代表二進制數(shù)

，它相當于十進制數(shù)

。

2．用示波器觀察半導體收音機或電視機音頻輸出口的波形，判斷它是哪一類信號。數(shù)字信號0ut1001119第一節(jié)數(shù)字信號思考下列信號中，哪些是模擬信號，哪些是數(shù)字信號？

1.220V交流電的電壓（交流正弦波電壓）；

2.海洋上船只與船只之間的燈光聯(lián)絡信號；

3.手機短信息信號。請舉出模擬信號與數(shù)字信號的例子各一個。模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號第一節(jié)數(shù)字信號馬上行動請判斷下列各例中哪些適合用1和0表示。

1．舉重比賽中試舉成功與否；

2．學生的考試成績是否及格；

3．—個人的生與死；

4．—個人是好人還是壞人。合適合適合適不合適第一節(jié)數(shù)字信號數(shù)字信號的優(yōu)點：數(shù)字信號具有容易處理、處理精度高、便于記錄保存等優(yōu)點。第一節(jié)數(shù)字信號數(shù)字信號

容易處理數(shù)字信號只有高、底兩個電平，容易識別，失真和干擾對數(shù)字信號影響小。數(shù)字調(diào)音臺第一節(jié)數(shù)字信號

演員的歌聲經(jīng)話筒轉(zhuǎn)換成的電信號是模擬信號，一種處理方法是直接放大模擬信號，然后送到揚聲器，人們便可欣賞到演員動人的歌喉。由于信號在處理過程中，不可避免地會產(chǎn)生失真并受到各種干擾因素的影響，因而聽眾所到的歌聲也會失真，且伴有“沙沙”的噪音。模擬信號案例分析第一節(jié)數(shù)字信號

另一種處理方法是先將此信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，處理以后再將數(shù)字信號還原成模擬信號使揚聲器發(fā)聲。雖然數(shù)字信號在處理過程中同樣會產(chǎn)生失真，受到干擾，其形狀也會發(fā)生變化，但它所代表的數(shù)字(即“高”和“低”)并未改變?？梢姅?shù)字信號在處理過程中，受波形失真和干擾的影響很小，所以聽眾能聽到音色逼真，不帶噪音的歌聲。數(shù)字信號案例分析第一節(jié)數(shù)字信號模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器。模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉(zhuǎn)換第一節(jié)數(shù)字信號

將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程可分為采樣、保持、量化、編碼四步。采樣：每隔一段時間對模擬信號的幅值抽取樣品，使圖(a)中的模擬信號變成圖(b)中的脈沖信號；保持：將圖(b)中的脈沖信號變成圖(c)中的階梯信號，以便處理；量化：將圖(c)巾每個階梯的幅值舍去零頭，保留整數(shù)，得到圖(d)；編碼：將圖(d)中每個階梯的幅值對應的數(shù)字用二進制數(shù)字表示，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，如圖(e)所示。模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉(zhuǎn)換第一節(jié)數(shù)字信號圖(a)圖(b)圖(c)圖(d)圖(e)

數(shù)字信號

處理精度高測量中使用了數(shù)字信號，測量精度比以前用秒表提高了10倍。第一節(jié)數(shù)字信號數(shù)字信號便于紀錄保存由于數(shù)字信號中只有“1”和“0”兩個值，可很方便地用（具有記憶功能的）電路輸出電壓的高和底、電容上電荷的有和無、磁性物質(zhì)的極化方向等方式紀錄保存，也可用打孔的方法，如穿孔的有和無、光盤利用有無凹坑紀錄“1”和“0”，還可以直接將“1”和“0”打印在紙上紀錄保存。但這些方法很少能用來紀錄保存模擬信號。第一節(jié)數(shù)字信號光盤是在塑料母片上用激光“燒”出許多直徑不到1μm，沿光盤圓周方向排列的小坑，有小坑的代表“0”，沒有小坑代表“1”。讀盤時，光盤順時針轉(zhuǎn)動，激光射到光盤面上。依據(jù)小坑的有和無所造成的反射光的有和無分辯出所記錄的信號是“1”還是“0”。小資料第一節(jié)數(shù)字信號試驗目的：做一個對比試驗。試驗準備：帶光驅(qū)電腦1臺．磁帶錄放機1臺．示波器1臺．原聲帶1盤．空白錄音帶1盤。試驗過程；1．將電腦中存放的某段音樂復制一份，比較復制件與原件音樂的音色是否有明顯變化。2．使用錄音機將原聲帶中的某段音樂翻錄到另一盤錄音帶上．比較原聲帶與翻錄帶的波形是否發(fā)生變化。試驗總結(jié)：數(shù)字信號與模擬信號相比有什么優(yōu)點?示波器磁帶錄放機光驅(qū)電腦小試驗試驗目的：做一個對比試驗。試驗準備：帶光驅(qū)電腦1臺．磁帶錄放機臺．示波器1臺．原聲帶1盤．空白錄音帶1盤。試驗過程；

1．將電腦中存放的某段音樂復制一份，比較復制件與原件音樂的音色是否有明顯變化。

2．使用錄音機將原聲帶中的某段音樂翻錄到另一盤錄音帶上．比較原聲帶與翻錄帶的波形是否發(fā)生變化。試驗總結(jié)：數(shù)字信號與模擬信號相比有什么優(yōu)點?第一節(jié)數(shù)字信號練習用一個發(fā)光二極管制作高、低電平的檢測器。第一節(jié)數(shù)字信號課堂小結(jié)電子電路所處理的信號有：數(shù)字信號和模擬信號兩類。信號波形模擬著信息的變化而變化信號稱為模擬信號。二進制數(shù)中的“1”和“0”，形成在高、低電平之間來回跳變的電信號稱為數(shù)字信號。數(shù)字信號容易處理、處理精度高、便于記錄保存等優(yōu)點。第一節(jié)數(shù)字信號普通高中課程標準實驗教科書通用技術選修１附錄資料：不需要的可以自行刪除2023/3/22甲醇合成工藝介紹一、課題的研究背景和意義甲醇是一種具有多種用途的基本有機化工產(chǎn)品，除了在化工方面的多種應用外，它還可以作為清潔燃料在汽車中代替汽油或與汽油摻混使用，以甲醇為燃料的燃料電池也即將投入商業(yè)運行。另外，甲醇在變壓吸附制氫中作為裂解原料也得到了初步利用。另一方面，用甲醇制取微生物蛋白(SCP)作為飼料乃至食品添加劑有著巨大的市場潛力。二、甲醇的合成方法及流程

（1）木材干餾法

在1924年以前，甲醇幾乎全部是用木材分解干餾來生產(chǎn)的。甲醇的世界產(chǎn)量當時只有4500t。用60－100kg木材干餾只能獲得約1kg的甲醇，1m3白樺木只能制得5－6kg的甲醇，而1m3的針葉樹木只能得到2－3kg的甲醇。這種“森林化學”的甲醇含有丙酮和其他雜質(zhì)，要從甲醇中除去這些雜質(zhì)比較困難。由于甲醇的需要量與日俱增，木材干餾法不能滿足需要。因此人們開始采用化學合成的方法生產(chǎn)甲醇。（2）氣相合成甲醇法氣相合成甲醇的主要反應式為：CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol①當有CO2存在時，CO2按下列反應生成甲醇：CO2+H2＝CO+H2O(g) △H=+41.3kJ/mol ②CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol ③上述②、③兩步的總反應式為：CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol副反應產(chǎn)物：成烴、高碳醇、醚、醛、酸、酯及單質(zhì)碳等；反應特點：強放熱反應；

以甲烷或者一氧化碳與氫氣的混合氣為原料氣合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓三種方法。高壓法：即用二氧化碳與氫在高溫（340－420℃）高壓（30.0－50.0MPa）下用鋅-鉻氧化物催化劑合成甲醇。用此法生產(chǎn)甲醇已有七十多年的歷史，這是八十年代以前世界各國生產(chǎn)甲醇的主要方法。高壓法合成甲醇由于操作壓力高，動力消耗大，設備復雜，產(chǎn)品質(zhì)量差等缺點正在逐漸淘汰。2023/3/22高壓法(25MPa~32MPa）甲醇合成工藝流程低壓法：

即用一氧化碳與氫氣為原料在低壓（5.0MPa）和275℃左右的溫度下，采用銅基催化劑（Cu-Zn-Cr）合成甲醇。低壓法成功的關鍵是采用了銅基催化劑，它的活性和選擇性比鋅-鉻催化劑活性好得多，使甲醇合成反應能在較低的壓力和溫度下進行。因此，消耗在副反應中原料氣和粗甲醇中的雜質(zhì)都比較少。低壓法合成工藝主要有英國帝國化學公司（ICI）和德國魯奇（Lurqi）的工藝

2023/3/22ICI法低壓甲醇合成工藝流程

工藝流程特點：相對低的溫度和壓力下操作，節(jié)省能耗，同時抑制甲烷化反應及其他副反應；采用多段冷激式合成塔，結(jié)構簡單，催化劑裝卸方便，使用壽命長。

2023/3/22第二章液體燃料及其添加劑40ICI多段冷激型甲醇合成反應器ICI多段冷激塔結(jié)構特點：反應床層由若干絕熱段組成，兩段之間通入冷的原料氣，使反應氣體冷卻，以使各段的溫度維持在一定值；塔體是空筒，塔內(nèi)無催化劑筐，催化劑不分層，由惰性材料支撐，冷激氣體噴管直接插入床層，并有特殊設計的菱形冷卻氣體分布器；優(yōu)點：單塔操作能力大，控溫方便，冷激采用菱形分布器專利技術，催化劑層上下貫通，裝卸方便，易于放大，目前普通塔的容量為2300t/d，高空隙率塔的容量達7600t/d；缺點：催化劑床層溫差較大（軸向：～70℃，徑向：～23℃）、有部分氣體與未反應氣體之間的返混、催化劑時空產(chǎn)率不高，用量較大、單程轉(zhuǎn)化率較低（僅為15%～20%）。ICI多段冷激型甲醇合成反應器

2023/3/22Lurgi法低壓甲醇合成工藝流程

2023/3/22第二章液體燃料及其添加劑42Lurgi管殼型甲醇合成反應器結(jié)構特點：形似列管式換熱器，在塔內(nèi)，列管中裝填催化劑，管間為沸騰水；原料氣與出塔氣換熱至230℃左右進入合成塔，反應放出的熱經(jīng)管壁傳給管間的沸騰水，產(chǎn)生4MPa左右的飽和蒸汽，用來驅(qū)動透平壓縮機。合成塔全系統(tǒng)的溫度條件用蒸汽壓來控制，從而保證催化劑床層大致為等溫。優(yōu)點：催化劑床層溫差較小、單程轉(zhuǎn)化率較高（可達50%）、催化劑使用壽命較長（4年～5年）、熱能利用合理、設備緊湊，開停車方便，合成反應過程中副反應少，甲醇質(zhì)量高。缺點：結(jié)構復雜、制作較困難、材料要求高、放大較困難。經(jīng)典管殼塔的最大生產(chǎn)能力（經(jīng)濟型塔）為1500t/d。全世界現(xiàn)有Lurgi裝置37套，甲醇總生產(chǎn)能力達1600萬t/a以上。中壓法：

中壓法是在低壓法研究基礎上進一步發(fā)展起來的，由于低壓法操作壓力低，導致設備體積相當龐大，不利于甲醇生產(chǎn)的大型化。因此發(fā)展了壓力為10MPa左右的甲醇中壓合成法。它能更有效的降低建廠費用和甲醇生產(chǎn)成本。中壓法的操作壓力范圍為一般為10~27MPa，溫度為235~315℃。該法的關鍵在于使用了一種新型銅基催化劑（Cu-Zn-Al），綜合利用指標要比低壓法更好。中壓法合成甲醇工藝流程

以上三種方法的流程基本相同。但所使用的催化劑不同，因而操作壓力和操作溫度等級不同，反應器的結(jié)構也就有所不同。從合成反應理論上講，提高壓力對合成反應有利，但在高活性銅基催化劑研制成功后，降低合成壓力就有了可能。在較低壓力和較低溫度下合成甲醇，可以降低