46 Questions
Wat is het doel van een regelsysteem?
Om de waarde van een dynamische variabele constant te houden
Wat is een dynamische variabele in een regelsysteem?
Elke fysische parameter die van waarde kan veranderen door externe invloed.
Een oven met gasstook is een voorbeeld van een regelsysteem.
True
Hoe wordt de neerwaartse beweging van de horizontale arm van Watt's 'flyball governer' overgebracht naar de stoomklep?
Door een horizontale arm die op en neer beweegt.
Wat wordt gebruikt om het toerental van stoommachines te regelen in het voorbeeld van een flyball governer?
Flyball governer
Een bimetaalstrip wordt gebruikt in een thermostaat om de temperatuur te meten.
True
Een bit is de samentrekking van binary ___ en dient als de basiseenheid van informatie in digitale systemen.
digit
Hoe kan het hexadecimale getal F30B, 2C16 worden geschreven in decimale en hexadecimale notatie?
15 · 16^3 + 3 · 16^2 + 0 · 16^1 + 11 · 16^0 + 2 · 16^-1 + 12 · 16^-2 (decimaal), of F · 10^3 + 3 · 10^2 + 0 · 10^1 + B · 10^0 + 2 · 10^-1 + C · 10^-2 (hexadecimaal)
Wat zijn de standaard getalformaten voor C/C++ voor natuurlijke en gehele getallen?
unsigned char voor natuurlijke getallen, char voor gehele getallen
Wat is het voordeel van een Gray-code bij het gebruik van optische encoders?
Foute positiedetectie bij niet-perfecte opstellingen wordt voorkomen.
Wat is de uitkomst van 113 − 24?
89
Wat is een veelgebruikt fixed point formaat voor het coderen van reële getallen?
Q-format van Texas Instruments
Wat is een 16-bit Qn fixed point getal?
Een getal met een bereik van −215/2n tot (215−1)/2n
Hoe wordt 2,625 omgevormd naar het 16-bit Q10 fixed point formaat?
2688
Wat is IEEE-754?
Een standaard voor floating-point getallen
Wat wordt gecodeerd door eC = 255 en fC niet gelijk aan 0 in IEEE-754?
NaN (Not a Number)
Wat is de functie van een ADC in het digitaliseren van een analoog signaal?
Een ADC zet een analoge spanning om naar een digitale waarde.
Hoeveel niveaus zijn nodig voor een gewenste resolutie van 100 mV bij een spanningsbereik van 0 tot 5 V?
50
Wat is de minimale resolutie bereikt met een 6-bit ADC in het voorbeeld?
78 mV
Wat is de Nyquistfrequentie in relatie tot de samplefrequentie?
Het is gelijk aan twee keer de maximale frequentie in het signaal.
Welk onderdeel dient als fysische omzetter van een grootheid naar een elektrische grootheid?
Sensor
Wat is het Nyquist-Shannon sampling theorema?
Het Nyquist-Shannon sampling theorema bepaalt hoe frequent een (analoog) signaal moet bemonsterd worden om het originele signaal foutloos te kunnen reconstrueren. De bemonsteringsfrequentie moet minstens tweemaal de hoogste signaalfrequentie bedragen.
Hoe kan het sampling theorema wiskundig worden geformuleerd?
Het sampling theorema kan wiskundig worden geformuleerd als fs ≥ 2fM, waarbij fs de bemonsteringsfrequentie is en 2fM de Nyquist frequentie.
Wat betekent het bandbreedte van een signaal?
Het geeft aan hoe groot de frequentie is waarbij de magnitude 3 dB onder de maximale waarde ligt.
Wat is de RMS-waarde van de quantiseringsfout als stoorsignaal?
e2
Wat is de signaal-ruisverhouding van het vermogen van het originele signaal ten opzichte van het quantiseringsruisvermogen?
S/N dB
Hoeveel dB stijgt de signaal-ruisverhouding telkens wanneer er één bit meer wordt gebruikt voor de quantisering?
6 dB
Wat is de verhouding van het signaalvermogen ten opzichte van het quantiseringsruisvermogen als signaal slechts de helft van het ingangsbereik van de ADC bestrijkt?
62 dB
Hoeveel bits heeft de ADC nodig om dezelfde signaal-ruisverhouding te bereiken als in Voorbeeld 2.2?
10 bits
Hoe ziet (2.21) eruit wanneer de ADC asymmetrisch gevoed wordt?
Bereken 6,02n + 1,76dB
Wat is de formule voor het bemonsterde signaal ms (t)?
ms (t) = m(t) ∑_{k=-∞}^{∞} δ(t - kTs)
Hoe kan (2.6) herformuleerd worden?
ms (t) = ∑_{k=-∞}^{∞} m(kTs)δ(t - kTs)
Wat is de formule voor het berekenen van het spectrum van het bemonsterde signaal?
Ms (f) = F {ms (t)} = ∑_{k=-∞}^{∞} M(f - nfs)
Wat is de voorwaarde om aliasing te voorkomen bij bemonstering?
De samplefrequentie moet minstens 2 keer de hoogste signaalfrequentie (2fM) zijn.
Hoe kan jitter tijdens het bemonsteren worden omschreven?
Jitter is de onnauwkeurigheid in het nemen van samples op exacte tijdsintervallen Ts, wat resulteert in variatie rond deze tijdstippen.
Wat veroorzaakt quantiseringsruis in een digitaal signaal?
Quantisering veroorzaakt onvoorspelbare fouten die aan het gequantiseerde signaal worden toegevoegd, wat bekend staat als quantiseringsruis.
Schrijf 1302 als een 16-bit 2's-complement getal.
-126
Als 0x69 een getal in 8-bit teken-en grootte formaat is, wat is dan de decimale waarde?
105
Waarom kan men 137 niet opslaan als een (signed) char? Welke ctypes kan men wel gebruiken?
Een signed char kan waarden opslaan van -128 tot 127, dus 137 past niet binnen dit bereik. Voor het opslaan van 137 kunnen de ctypes short, int, long, of long long worden gebruikt.
Converteer het decimale getal 6,2 naar Q12 formaat.
6349
Converteer 0xC002, een getal in Q10 naar decimaal.
-12288
Bepaal de afrondingsfout wanneer 0,4 wordt voorgesteld in Q15 formaat.
0
Converteer 9 naar IEEE-754 formaat.
0x41200000
Converteer de IEEE-754 floating-point code 0x42E48000 naar decimaal.
107.125
Gegeven een signaal met een spanningsbereik van 0 – 12 V. Stel dat we dit signaal willen quantiseren met behulp van een ADC. Als we een stapgrootte van 1 mV wensen, hoeveel bits heeft de ADC dan minimaal nodig?
14
Gegeven een 8-bit ADC met een ingangsbereik van 0 – 24 V. Met welke spanning (bereik) komt de gemeten waarde 0x3D overeen?
9.375 V
Study Notes
Inleiding
- Data-acquisitiesystemen zijn een integraal onderdeel van regelsystemen, waarbij fysische grootheden gemeten worden en deze metingen digitaal opgeslagen worden voor verwerking.
- Het hoofddoel van een regelsysteem is om de waarde van een dynamische variabele vast te houden of binnen bepaalde grenzen te houden.
Regelsystemen
- Een regelsysteem heeft vier basisonderdelen: meting, regelaar, controle-element en proces.
- Er zijn verschillende types regelsystemen, zoals manuele, mechanische en elektronische regelsystemen.
- Bij een manueel regelsysteem zijn de meting, evaluatie en regelactie manueel uitgevoerd.
- Mechanische regelsystemen werken met mechanische onderdelen, zoals de flyball governer van James Watt.
- Elektronische regelsystemen gebruiken elektronische en elektromechanische componenten voor de meting, evaluatie en regelactie.
Elektronische regelsystemen
- Een voorbeeld van een eenvoudig elektrisch regelsysteem is de thermostaat, waarbij een bimetaalstrip gebruikt wordt om de temperatuur te meten.
- De regelaar is in dit geval een elektronische schakeling die een relais aanstuurt om een pompmotor te schakelen.
Digitale voorstelling van gegevens
- Een binaire grootheid is een grootheid met twee onderscheiden waarden, zoals aan of uit, waar of onwaar.
- De basiseenheid van informatie is de bit, die twee mogelijke waarden heeft.
- Een bit kan informatie geven over een voorwaarde, zoals een temperatuur boven of onder een bepaalde waarde.
Digitale codes
- Er zijn verschillende digitale codes, zoals het binaire stelsel, het decimale stelsel en het hexadecimale stelsel.
- Het binaire stelsel gebruikt enkel 0 en 1 als waarden.
- Het decimale stelsel gebruikt de cijfers 0 tot 9 als waarden.
- Het hexadecimale stelsel gebruikt de cijfers 0 tot 9 en de letters A tot F als waarden.
Voorstelling van natuurlijke getallen
- Een natuurlijk getal kan voorgesteld worden als een binaire code, waarbij elk cijfer een macht van 2 voorstelt.
- Het voorstelling van natuurlijke getallen is belangrijk in digitale systemen.
Voorstelling van gehele getallen
- Een geheel getal kan voorgesteld worden als een binaire code, waarbij elk cijfer een macht van 2 voorstelt.
- Het voorstelling van gehele getallen is belangrijk in digitale systemen.
Voorstelling van reële getallen
- Een reëel getal kan voorgesteld worden als een binaire code, waarbij elk cijfer een macht van 2 voorstelt.
- Het voorstelling van reële getallen is belangrijk in digitale systemen.
Analoog versus digitaal
- Analoog signalen zijn continue signalen, terwijl digitale signalen discrete signalen zijn.
- Het voordeel van digitale signalen is dat ze minder gevoelig zijn voor storingen en ruis.### De basiseenheid van informatie
- De basiseenheid van informatie wordt een bit genoemd, een samentrekking van binary digit.
- Een bit wordt typisch voorgesteld door de waarden 0 en 1.
- Deze waarden worden ook wel logische toestanden of booleaanse variabelen genoemd.
Digitale codes
- Wanneer meerdere bits worden gegroepeerd, vormen ze binaire codes (codewoorden).
- Met n bits kunnen 2n unieke codes worden gevormd.
- Een woord dat bestaat uit 8 bits, wordt een byte genoemd.
- Met 1 byte kunnen 28 = 256 verschillende codes worden opgeslagen.
Voorstelling van natuurlijke getallen
- Elk positief reëel getal G kan worden geschreven als een reeks van de vorm: G = an g n + an−1 g n−1 + ... + a1 g 1 + a0 g 0 + a−1 g −1 + ... + a−m g −m.
- Het grondtal g is een natuurlijk getal groter dan 1.
- De coëfficiënten ai liggen in een bereik [0, g − 1].
- Het decimaal of tiendelig talstelsel is een voorbeeld van een talstelsel met g = 10.
- Het binair of tweedelig talstelsel is een voorbeeld van een talstelsel met g = 2.
Gray-code
- De Gray-code is een alternatieve manier om natuurlijke getallen voor te stellen.
- Bij de Gray-code verschillen opeenvolgende codewoorden slechts op één bitpositie van elkaar.
Voorstelling van gehele getallen
- Om gehele getallen te kunnen voorstellen, kan men gebruik maken van het sign and magnitude formaat.
- Het 2's-complement formaat is een andere manier om gehele getallen voor te stellen.
- In het 2's-complement formaat kunnen getallen worden voorgesteld in een bereik: −(2n−1), ..., −1, −0, 0, 1, ..., 2n−1 − 1.
Voorstelling van reële getallen
- Om reële getallen voor te stellen, kan men gebruik maken van de fixed point notatie.
- Bij de fixed point notatie wordt de komma op een vaste plaats gevoegd.
- Het Q-format van Texas Instruments is een voorbeeld van een fixed point formaat.
- Bij het Q-format wordt het getal gesplitst in een tekenbit, een m-bit integer gedeelte en een n-bit fractional gedeelte.
- Het bereik van een 16-bit Qn fixed point getal is −215/2n, (215 − 1)/2n.Here are the study notes:
Optelling en aftrekking van floating-point getallen
- Identiek aan optelling en aftrekking van gehele getallen
- In Q-formaat wordt een getal Ri opgeslagen als een breuk Ti/N, waarbij Ti een geheel getal is en N een macht van 2
Floating-point formaten
- Naast fixed-point formaten bestaan ook floating-point formaten
- Het meest gebruikte formaat is gestandaardiseerd onder de IEEE-754 standaard
- Het 32-bit formaat bestaat uit 23 bits voor de mantisse (fractie), 8 bits voor de exponent en 1 bit voor de tekenbit
IEEE-754 formaat
- De mantisse (fractie) bestaat uit 23 bits en wordt als volgt berekend: fC = b22 · 2−1 + b21 · 2−2 + ... + b0 · 2−23
- De exponent bestaat uit 8 bits en wordt als volgt berekend: eC = b30 · 27 + b29 · 26 + ... + b23 · 20
- De tekenbit (s) is de meestbeduidende bit
Conversie van IEEE-754 code naar decimaal
- Bijvoorbeeld: 0x42E48000 kan worden omgezet naar het decimale getal 114,25
Analoog-naar-digitaal conversie
- Een analoog signaal kan worden gedigitaliseerd met behulp van een comparator
- Het resulterende signaal is een 1-bit waarde (hoog of laag) en verschaft enkel informatie of het signaal boven of onder de referentiespanning ligt
Quantisatie
- Het proces van analoge-naar-digitaal conversie kan worden opgedeeld in verschillende subniveaus
- Elk niveau komt overeen met een getal, typisch voorgesteld als een natuurlijk binair getal
- Het aantal bits bepaalt het aantal mogelijke niveaus
Sampling
- Een ADC kan niet continu een analoge spanning omvormen naar een digitale waarde
- Er wordt met vaste tussenpozen een sample genomen van het signaal
- De samplefrequentie bepaalt hoeveel gegevens er gegenereerd worden
Data-acquisitiesystemen
- Een data-acquisitiesysteem bestaat uit vier onderdelen: sensor, signaalconditionering, ADC en digitaal verwerkingssysteem
- De sensor omvormt een fysische grootheid naar een elektrische grootheid
- De signaalconditionering omvormt de elektrische grootheid naar een spanning die past binnen het ingangsbeeld van de ADC
- De ADC converteert de analoge spanning naar een digitale waarde
- Het digitaal verwerkingssysteem verwerkt de digitale waarde verder
Een college over data-acquisitie, faculteit industriële ingenieurswetenschappen, academiejaar 2021-2022. Dit college behandelt de basisprincipes van data-acquisitie.
Make Your Own Quizzes and Flashcards
Convert your notes into interactive study material.
Get started for free
