Чем нелинейная коррекция лучше линейной

Коррекция нелинейных систем

Описание презентации по отдельным слайдам:

Описание слайда:

Коррекция нелинейных систем
При коррекции обычно решаются две основные задачи:
обеспечение устойчивости системы;
получение автоколебаний (АК) с заданной амплитудой Аа и частотой Ω. Коррекция осуществляется с помощью
линейных или нелинейных корректирующих устройств (КУ),
путем компенсации влияния нелинейностей.

Описание слайда:

Корректирующие устройства (КУ)
В качестве линейных КУ используются:

неединичные главные обратные связи (рис. а)

местные обратные связи, охватывающие нелинейные элементы (рис. б).

Описание слайда:

При расчете линейного КУ структурную схему нелинейной АСУ приводят к эквивалентной одноконтурной схеме с НЭ и эквивалентной линейной частью, с передаточной функцией:
для схемы на рис.а:
W°л(s) = Wлч(s)*Wос(s);
для схемы на рис. б:
W°л(s) = Wлч(s) + Wмос(s).

Описание слайда:

Компенсация влияния нелинейности (нелинейные КУ)
Позволяет рассматривать нелинейную АСУ как линейную относительно определенных входных воздействий.
В этом случае линеаризация заключается во включении последовательно или параллельно заданной нелинейности F(σ) компенсирующего НЭ с обратной нелинейной характеристикой 1/F(σ). При этом получаем эквивалентный линейный элемент.

Описание слайда:

Пример включения компенсирующей нелинейности
Линеаризация усилителя с зоной нечувствительности путем включения параллельно с ним усилителя с насыщением.

Хвых
Хвх
НЭ в исходной АСУ
Компенсирующий НЭ
НЭ после компенсации

Описание слайда:

Если нелинейность F(σ) присутствует в объекте управления ОУ, то линеаризация АСУ может быть осуществлена путем включения параллельно объекту управле-ния компенсирующей нелинейности 1/F(σ) и модели его линейной части Wм.лч.оу(s)

Описание слайда:

Описание слайда:

F1(g) – среднее значение выходного сигнала НЭ за период.
При g=const :
F1(g)- постоянная составляющая ряда Фурье выходного сигнала НЭ,
F2(u)- сумма гармонических ряда.
y
x
x
t
c
-c
F1(g)
g
U(t)=A sin ω t, g=const
A
-A
g3=A
g2
g1
c

Описание слайда:

В пределах ±A статическая характеристика F1(g) линейна с коэффициентом передачи kу=c/A.
Чем больше A компенсирующих колебаний u(t), тем шире зона линейности НЭ, но kу уменьшается.
Выходной сигнал НЭ- ун поступает на вход линейной части. При большой частоте ω сигнала u(t) линейная часть (фильтр) их не пропускает, поэтому составля-ющей F2(u) можно пренебречь и тогда для разомкну-той АСУ:
Wр(s) = y(s)/ g (s) = kу Wлч(s).
При задающем воздействии g(t) ωср, нелинейная АСУ ведет себя как линейная.
Для формирования высокочастотного сигнала u(t) используется специальный генератор или собственные колебания АСУ(скользящий режим).

Описание слайда:

Скользящий режим
это режим работы
релейной системы,
характеризуется колебательным
движением изображающей точки вдоль линии переключения. Чем сильнее воздействие производной в цепи обратной связи, тем боль-ше поворачиваются линии переключения реле против часовой стрелки. Интенсивность зату-хания переходного процесса возрастает. Скользящий режим возникает, если в точке переключения угол наклона линии переключения равен или меньше угла наклона касательной к фазовой траек-тории, по которой движется изобража-ющая точка после переключения реле.

Описание слайда:

Пример. Изобразим на фазовой плоскости переходный процесс и АК в АСУ. Линейная часть задана:

Заменим его системой уравнений первого порядка:
Разделим первое из уравнений на второе, получим дифференциальное уравнение фазовых траекторий, решение которого определяется нелинейным элементом НЭ:
(*)

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Как видно из рис., скользящий режим возможен на тех участках, где фазовая траектория типа 2 проходит ниже линии переключения AB (после т. D). При начальном положении изображающей точки (x02, 0) после ее прихода по траек-тории типа 1 в т. D на линии переключе-ния сразу начинается скользящий режим. При начальном положении изображаю-щей точки (x03, 0) скользящий режим имеет место после переключения реле, когда изображающая точка скользит по линии переключения AB в четвертом квадранте. В последнем случае переход-ный процесс имеет перерегулирование.

Описание слайда:

АВ – отрезок скольжения на линии переключения.

Описание слайда:

Отрезок скользящего режима АВ тем больше, чем больше коэффициенты передачи прямой цепи и цепи обратной связи.

Описание слайда:

В рассматриваемом примере переключение реле происходит мгновенно, частота переключений бесконечно велика, а амплитуда колебаний бесконечно мала.
Это предельный скользящий режим: реле можно заменить эквивалентным пропорциональным звеном с коэффициентом передачи kp→∞.
Тогда эквивалентная передаточная функция АСУ:

Релейную АСУ можно представить эквивалентной схемой в виде интегрирующего звена, охваченного обратной связью, или просто в виде апериодического звена первого порядка.

Описание слайда:

Описание слайда:

Чтобы процесс при любых начальных услови-ях был оптимальным по быстродействию, линией переключения должна быть сама фазовая траектория, проходящая через начало координат. Такая кривая линия переключения свидетельствует о нелинейном характере воздействия корректирующей о.с. Линия переключения не относится к фазовым траекториям. Но можно сделать так, что она будет совпадать с одной из фазовых траекто-рий. Тогда процесс в системе будет состоять из двух частей: подход к линии переключения по одной из траекторий, выбор которой зависит от начальных условий, и движение по линии переключения к положению равновесия.

Описание слайда:

Фазовый портрет оптимальной по быстродействию системы:

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Источник

Чем нелинейная коррекция лучше линейной

Все корректирующие устройства, применяемые в системах автоматического управления, можно разделить на линейные и нелинейные. Линейные корректирующие устройства имеют ряд достоинств и широко применяются для улучшения динамических свойств как линейных (см. гл. 5), так и нелинейных автоматических систем. Вместе с тем линейным корректирующим устройствам присущи и недостатки.

К ним, в частности, следует отнести жесткую зависимость между амплитудными и фазовыми частотными характеристиками. Так, например, дифференцирующие фазоопережающие цепи создают положительный сдвиг, но одновременно вносят ослабление в области низких частот, т. е. в области спектра полезного сигнала (рис. 5.6). Этим объясняется низкая помехоустойчивость дифференцирующих цепей. Интегрирующие корректирующие контуры подавляют высокие частоты, но при этом создают запаздывание колебаний по фазе (рис. 5.12), что приводит к ухудшению переходных процессов и т. д. В то же время было бы желательно, чтобы корректирующие устройства создавали опережение по фазе без изменения амплитудной характеристики, подавляли высокие частоты без изменения фазовой характеристики, обеспечивали опережение по фазе и одновременно ослабляли высокие частоты. Эти задачи могут быть решены с помощью нелинейных корректирующих устройств.

Кроме указанных недостатков, линейные корректирующие устройства имеют ограниченные возможности в получении высоких показателей

Рис. 10.22. Переходные процессы САУ при линейной (1 и 2) и нелинейной (3) коррекции.

качества в автоматических системах. Например, если в линейной системе для повышения быстродействия (уменьшения времени установления рис. 4.1) увеличивать коэффициент усиления разомкнутой системы то это приводит к уменьшению запаса устойчивости, увеличению колебательности переходного процесса. Для иллюстрации сказанного на рис. 10.22 приведены кривые 1 и 2 переходных процессов линейной САУ при соответственно Применение линейных корректирующих устройств позволяет повысить в некоторых пределах значение коэффициента усиления системы, однако это не снимает указанного противоречия и необходимости компромиссного решения при выборе коэффициента усиления системы и настройке корректирующего устройства.

Указанное противоречие можно устранить применением нелинейных корректирующих устройств, изменяющих свое влияние на систему в зависимости от величины отклонения от установившегося режима (ошибки системы).

В результате применения такой нелинейной коррекции может быть получен желаемый процесс, изображенный, например, на рис. 10.22 кривой 3. Как видно из рисунка, он сочетает полезные свойства процессов 2 и начальная часть процесса 3 совпадает с процессом 2 линейной системы, благодаря чему обеспечивается большое быстродействие системы, а окончание процесса 3 подобно окончанию процесса т. е. является монотонным. Такой процесс может быть достигнут, например, изменением коэффициента усиления разомкнутой системы, в зависимости от величины ошибки 0. При больших 0 значение должно быть большим, чтобы обеспечить быстрое уменьшение ошибки (начальный участок кривой 3), а по мере уменьшения 0 значение должно уменьшаться для завершения переходного процесса без перерегулирования. Такое изменение может быть реализовано, например, с помощью простейшего последовательного нелинейного корректирующего устройства (рис. 10.23, а). При больших значениях напряжения ошибки нелинейное сопротивление мало и поэтому коэффициент усиления цепи велико. По мере уменьшения нелинейное сопротивление увеличивается, а коэффициент

Рис. 10.23. Последовательное нелинейное корректирующее устройство (а) и его характеристика (б).

усиления уменьшается. Примерный график зависимости от изображен на рис. 10.23, б. По такому же графику будет изменяться и коэффициент усиления системы Недостаток коррекции с помощью рассматриваемого корректирующего устройства состоит в том, что оно изменяет лишь системы, не компенсируя при этом вредное влияние инерционностей ее элементов. Из-за этого получаются малые значения в установившихся динамических режимах, а следовательно, большие динамические ошибки системы. Ниже рассматриваются некоторые разновидности нелинейных корректирующих устройств.

Источник

Коррекция тонов

Levels и Curves

Levels (Уровни) и Curves (Кривые) – это две команды в Photoshop, к которым при выполнении глобальной тоновой и цветовой коррекции мы обращаемся чаще всего. Команда Levels проще и удобна для начинающих пользователей (а иногда и для опытных тоже). Освоить работу с Curves несколько сложнее, зато она предлагает большую гибкость.

Преимущества нелинейного метода

В результате линейной трансформации (например, применения команды Brightness/Contrast (Яркость/Контрастность)) происходит довольно грубое отбрасывание части информации изображения. «Линейным» этот метод называется потому, что ко всем пикселам изображения применяются одни и те же изменения. Если вы хотите отрегулировать яркость или контраст, не стоит полагаться на команду Brightness/Contrast, так как вы потеряете детали на одном или обоих концах тонового диапазона и к тому же внесете в файл серьезные искажения.

Команда Brightness, например, просто смещает все значения пикселов в одну или другую сторону тонового диапазона. Скажем, вы подняли яркость в диалоге Brightness/Contrast на 10 единиц. К значению каждого пиксела Photoshop прибавляет по 10, и тогда 0 превращается в 10, 190 в 200, а все пикселы со значениями 245 и выше принимают одно и то же, максимальное значение 255. Поскольку все пикселы в светах становятся одинаковыми, это приводит к исчезновению деталей и называется «отсечением светов». А из-за утери полноценного черного цвета бледнеют тени.

Линейный и нелинейный методы коррекции

Источник

Линейный и нелинейный монтаж: их краткая характеристика и главные отличия

Монтаж – это творческий процесс, при котором отдельные фрагменты исходных записей соединяются в определенном порядке для получения единой композиции. Линейный и нелинейный монтаж применяют в кинематографе, на телевидении, при создании рекламных роликов. Монтаж также используют YouTube блоггеры, пользователи Instagram, создатели Vine-видео и т.п.

Может показаться, что монтаж – это совсем легко и просто, но в действительности качественный монтаж – долгая и кропотливая работа. Люди, которые этим занимаются – монтажеры. Ежегодно режиссеры монтажа борются за самую престижную награду в их области – «Оскар» за лучший монтаж. Например, эту статуэтку получили монтажеры таких культовых фильмов как «Форрест Гамп», «Список Шиндлера», «Титаник», «Матрица».

Характеристика линейного и нелинейного монтажа

Линейный видеомонтаж

Является исторически первым видом монтажа. Схема традиционного линейного монтажа предполагает наличие двух видеомагнитофонов. Покадровую точность монтажа обеспечивает сложный контроллер. Необходимая информация с исходной лентой на первом видеомагнитофоне перезаписывается на результирующую ленту второго видеомагнитофона в нужном порядке, образуя «мастер кассету». Неудачные кадры остаются на первом магнитофоне.

При необходимости добавления плавных переходов и заставок, используется более сложная схема монтажа. Исходные фрагменты должны находиться на разных видеомагнитофонах. Информация из двух источников попадает в видеомикшер, где фрагменты склеиваются с добавлением эффектов. Если изначально два фрагмента находятся на одной ленте, их необходимо разделить, что может занимать много времени. Перезапись продолжительных кадров может занимать столько времени, сколько составляет их длительность.

При создании двух переходов необходимо использовать три видеомагнитофона-источника и т.д. Наложение титров также требует перезаписи видео.

Недостатки линейного видеомонтажа

Линейный монтаж значительно ограничивает творческие возможности монтажеров в первую очередь из-за сложности выполнения определенных монтажных идей. Кроме того, аппараты предоставляют ограниченный набор эффектов. Для поиска необходимых фрагментов необходимо многократно перематывать весь материал.

Перезапись большого объема отснятого материала может занимать несколько часов или даже дней. Многократное копирование приводит к ухудшению качества. Стоимость аппаратуры также является существенным недостатком и может достигать нескольких десятков тысяч долларов.

Если при создании материала для телепередачи было обнаружено, что не хватает какого-то фрагмента на десятой минуте фильма, придется заново переписать всю передачу с добавлением необходимых кадров.

Создать вирусное видео: почувствуй себя Спилбергом

Вирусное видео – самый эффективный из нестандартных способов рекламы. Но существует ли единая формула того, как создать успешный вирусный ролик? Сегодня мы постараемся это выяснить

Аэросъемка с квадрокоптера: топ лучших видео

Квадрокоптер позволяет снимать яркие и эффектные видео с удивительных ракурсов. В этой статье вы увидите ряд самых разнообразных роликов, которые обязательно вас удивят и вдохновят

Нелинейный видеомонтаж

Многие люди полагают, что нелинейный монтаж так называется, потому что кадры монтируются в непрямом порядке. На самом деле, он получил свое названия из-за того, что монтажерам наконец-то удалось избежать длительной перемотки ленты вперед-назад (линейной) и они получили прямой доступ к необходимому фрагменту сразу.

Нелинейный монтаж стал возможен благодаря появлению компьютеров. При этом все исходные материалы с ленты записываются на жесткий диск. Это может оказаться длительным процессом, но он зависит от степени компрессии исходного материала и мощности компьютера. Тем не менее, уже существуют видеокамеры, которые позволяют сразу загружать исходный материал на цифровой носитель или осуществлять монтаж с носителя.

При нелинейном монтаже видеофайлы обрабатываются с помощью видеоредакторов. Эти программы предоставляют режиссерам безграничные возможности по созданию спецэффектов и добавлению переходов. Одновременно с этим можно легко произвести цветокоррекцию и тональную настройку изображения. Лист монтажных решений, на котором выполняется работа по монтажу, также содержит звуковые дорожки с голосом диктора, диалогами и мелодиями. Титры и надписи можно накладывать в любое время на любые кадры видеоматериала.

Преимущества нелинейного видеомонтажа

Сегодня нелинейный видеомонтаж полностью вытеснил линейный как устаревшую технологию. Главными его преимуществами являются:

Использование нелинейного видеомонтажа в рекламе

Нелинейный монтаж находит широкое применение в создании рекламных роликов, поскольку позволяет значительно ускорить процесс их создания. К тому же, перспективы применения 3D анимации значительно расширяются с возможностью добавления любых переходов в реальном времени.

Нелинейный монтаж является более гибким и позволяет легко изменять сюжет ролика в процессе его разработки. Например, если на первом этапе создания рекламного анимационного ролика был выбран один определенный ход событий, его легко поменять, просто поменяв последовательность кадров.

Развитие технологии нелинейного монтажа позволило в разы сократить затрачиваемое время на монтаж. Сегодня практически любой пользователь, имеющий современный компьютер и доступ к интернету может смонтировать свой видеоматериал в полноценный фильм. Тем не менее, для правильной раскадровки, нарезки фрагментов и их склеивания необходимы профессиональные навыки монтажа.

Обращайтесь в анимационную студию Kinesko! Мы умеем качественно монтировать любые видео, в том числе и рекламные. Наши менеджеры ответят на все интересующие вас вопросы по телефону.

Источник

Нелинейные искажения телевизионного сигнала

Рассмотрим более подробно влияние этих факторов на качество изображения.

Нелинейные искажения телевизионного сигнала возникают в фотоэлектронных и электронно-оптических преобразователях из-за нелинейности световой и модуляционной характеристик соответственно, а также в электрическом канале передачи (модуляторе передатчика, каскадах видеоусилителя и др.).

На практике эти искажения определяются главным образом нелинейными характеристиками оконечных устройств – передающими и приемными трубками.

Модуляционная характеристика кинескопа представляет собой зависимость яркости свечения экрана от напряжения на модулирующем электроде и выражается зависимостью: В_из=φ(U_c),

где В_из— яркость изображения.

где k₂ – коэффициент пропорциональности.

Обычно для приемных трубок γ₂=2. 3. Общая характеристика нелинейности может быть определена аналитически путем подстановки значения U_c из (2.25) в (2.26):

Нелинейные искажения в черно-белом телевидении приводят к нарушению правильного воспроизведения градаций яркости (передачи полутонов), а в цветном, кроме того, и к искажениям цветности. Если результирующая нелинейность телевизионного тракта будет иметь показатель степени γ 1 изображение будет излишне контрастным по сравнению с контрастностью передаваемого объекта.

Яркость реальных объектов может достигать нескольких тысяч кандел на квадратный метр, а контраст – 1000 и выше. Современные же кинескопы могут обеспечить максимальную яркость 100–200 кд/м 2 при контрасте 100–200. Следовательно, динамический диапазон яркости репродукции в общем случае меньше диапазона изменения яркости передаваемого объекта. Таким образом, при воспроизведении число градаций на репродукции будет меньше, чем на объекте. При ограниченном числе воспроизводимых градаций с целью улучшения качества изображения необходимо перераспределить число воспроизводимых градаций внутри динамического диапазона яркости изображения так, чтобы увеличить число градаций в сюжетно важном участке диапазона за счет уменьшения числа градаций в остальных участках. Это может быть осуществлено с помощью выбора определенной формы нелинейности амплитудной характеристики передачи.

Рассмотрим графически искажения градаций яркости изображения при коэффициенте γ >1. Для удобства количественной оценки нелинейных искажений на вход исследуемого устройства подают напряжение равноступенчатого сигнала.

Для упрощения построения графиков обычно по оси абсцисс и ординат откладывают не абсолютные значения яркости объекта и изображения, а их относительные значения.

рис.2.21.Влияние нелинейных искажений на форму видео сигнала

В черно-белых телевизионных системах сюжетно важными полутонами являются полутона крупных деталей в области больших освещенностей. Исходя их этого для этих систем форма характеристики должна иметь нелинейность с коэффициентом контрастности γ >1. При этом в области белого перепады яркости растягиваются (увеличиваются по амплитуде), и там может воспроизводиться большее число градаций. Экспериментальным путем установлено, что наилучшее качество изображения для черно-белых вещательных систем получается при γ ≡1,3.

Для обеспечения подобия воспроизведенного изображения с объектом необходимо иметь прямую пропорциональность между яркостями соответствующих точек объекта и изображения. Для коррекции полутоновых искажений изображений, т. е. получения определенной формы нелинейной амплитудной характеристики, в телевизионный тракт вводится нелинейный корректор с амплитудной характеристикой, описываемой выражением:

где γ_к– показатель степени, определяющий форму нелинейности амплитудной характеристики корректора.

В этом случае результирующий коэффициент нелинейности телевизионного тракта «от света до света» будет определяться так:

Из соотношения (2.28) видно, что для получения линейной амплитудной характеристики всего телевизионного тракта необходим корректор с коэффициентом нелинейности:

Выбор оптимального значения γ_к осложняется тем, что модуляционные характеристики кинескопов имеют довольно большой разброс коэффициентов нелинейности, а нелинейность световой характеристики передающих трубок кроме этого зависит от содержания изображения.

Принцип работы схемы корректора нелинейности (гамма-корректора) поясняется на рис. 2.22. Он основан на применении нелинейных элементов с таким расчетом, чтобы, регулируя их, можно было менять гамма-характеристику в желаемых пределах. Сигнал передаваемого изображения, искаженный нелинейной характеристикой телевизионного тракта (рис. 2.22, а) (сигнал с неравномерными перепадами напряжений), поступает на вход гамма-корректора, нелинейная характеристика (рис. 2.22, б) которого рассчитана так, что сигнал на выходе (рис. 2.22, в) получается необходимой формы.

рис. 2.22.Принцип работы гамма-корректора

Схемы гамма-корректоров строятся на разных принципах, однако наибольшее распространение получили гамма-корректоры, в которых требуемая форма амплитудной характеристики получается за счет изменения амплитудно-зависимой отрицательной обратной связи, нелинейного изменения сопротивления нагрузки или амплитудно-зависимого делителя сигнала изображения.

Для работы гамма-корректора необходимо, чтобы уровни сигналов, соответствующие одинаковым яркостям изображения, всегда располагались на одних и тех же нелинейных участках характеристики корректора. Для этого в телевизионном сигнале, поступающем на нелинейный элемент корректора, должна быть восстановлена постоянная составляющая, т. е. фиксирован уровень черного сигнала изображения.

В качестве нелинейных элементов в схемах гамма-корректоров обычно используются полупроводниковые диоды, имеющие нелинейные вольтамперные характеристики. Для получения достаточно больших значений нелинейности диоды иногда включают последовательно или параллельно.

В качестве примеров рассмотрим два вида корректоров, используемых на практике.

рис. 2.23.Принципиальная схема гамма-корректора

Для упрощения будем считать, что VD₁ и VD₂ в запертом состоянии обладают бесконечно большим сопротивлением, а доля сопротивлений резисторов R₄ и R₆ при определении эквивалентной нагрузки в цепи истока пренебрежимо мала.

Коэффициент усиления данного каскада будет равен:

На рис.2.23, б показан график зависимости U_{с вых} от U_{с вх.} Как видно из рисунка, это – ломаная линия, а не плавная кривая. Однако чем больше диодов включать в цепь истока, тем точнее будет приближение к требуемой зависимости. Потенциометры R₄ и R₆ изменяют напряжения U₁ и U₂ отпирания диодов, т. е. с их помощью можно изменять координаты точек перегиба кривой и таким образом в некоторых пределах регулировать величину γ_к.

В описанной схеме гамма-корректора при регулировке величины гамма-коэффициента происходит изменение размаха выходного сигнала. Это может нарушить режим работы последующих звеньев телевизионного тракта. От этого недостатка свободны так называемые двухканальные гамма-корректоры (рис. 2.24).

Дата добавления: 2015-03-20 ; просмотров: 2593 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник