计算机控制的技术6课件
38页1、第6章 过程控制数据处理方法,(1)数字滤波 (2)量程转换及标度变换 (3)线性插值 (4)系统误差的自动校正,6 过程控制数据处理方法,(1)为什么要进行数据处理? 1)系统中的数据种类繁多、其数值范围不同、而且精度要求也不一样,各种数据的输入方法和表示方式各不相同; 2)模拟量经A/D转换得到的数字量,在进行显示、报警和控制之前,必须根据需要进行必要的加工处理,如滤波、标度变换、数值计算、逻辑判断及非线性补偿等。 3)在生产过程中,某一个参数不仅与其它几个参量有关,而且为非线性关系,其运算不仅包含基本运算,而且含有超越函数关系。,6 过程控制数据处理方法,(2)与模拟电路的数据处理方法相比,计算机的数字处理方法有什么优点? 1)可以用程序代替模拟硬件电路,实现多种运算; 2)能自动修正误差;如非线性补偿、零点飘移等; 3)能对被测参数进行复杂的计算和处理; 4)能对被测参数进行测量和处理,而且还可以进行逻辑判断。 5)精度高,稳定可靠,不受外界干扰。,6.1 数字滤波技术概述,数字滤波器与模拟滤波器相比有什么优点? (1)毋需增加额外的硬件,滤波由程序实现软件滤波器; (2)多个
2、通道可共用一个滤波器。 (3)各个回路之间不存在阻抗匹配等问题。 (4)可以对频率很低的信号进行滤波。 (5)可以根据需要选择不同的滤波方法或改变滤波参数。,6.1 数字滤波技术程序判断滤波,6.1.1 程序判断滤波 (1) (1)限幅滤波 相邻两次采样的最大变化增量x总是在一定范围内,即| xn-xn-1 | x,超过该范围,则认为是干扰造成的,丢弃本次采样值,用上次的采样值作为本次采样值。,n 时刻的采样值,n +1 时刻的采样值,n 时刻的滤波后的采样值,限幅滤波算法特点: (1)可有效地抑制随机性 的干扰。 (2) x的选择与不同的对 象特性、采样周期、输入形 式有关,需要由实验确定。,6.1 数字滤波技术程序判断滤波,6.1.1 程序判断滤波 (2) (2)限速滤波 相邻两次采样的最大变化增量x总是在一定范围内,用本次采样xn相对上次采样xn-1的增量xn=| xn xn-1 |与x , | xn | x,则xn有效。否则,重新采样xn+1 ,若| xn+1xn | x,则xn+1 作为采样有效值输出,否则,采样值为: ( xn+1+ xn)/2,限速滤波算法特点: (1)可
3、有效地抑制随机性的干扰。 (2) x的选择与不同的对象特性、采样周期、输入形式有关,需要由实验确定。,6.1 数字滤波技术中值滤波,6.1.2 中值滤波 连续采样3次,取采样值居中的采样为采样有效值。,yn =xn、xn+1、 xn+2中的大小居中的采样值,中值滤波可以消除偶然因素引起的脉冲干扰,适合 于慢变过程参数的数据采集,6.1 数字滤波技术均值滤波,6.1.3 算术平均值滤波(均值滤波) 连续的N个采样值,取算术平均值。,N越大越好,但是,惯性大、灵敏度低。如流量N取12,压力取4。 均值滤波对周期性的干扰有良好的抑制作用,但对脉冲干扰不理想。 在汇编语言中,为了便于实现和减少运算时间,N常取2n,通过右移算法实现。,6.1 数字滤波技术加权均值滤波,6.1.4 加权均值滤波 连续的N个采样值,把各次采样值取不同的比例(权值),然后相加,即加权平均。,Ci为i各次采样值的系数,i = 1, 2, , N,满足:,Ci取值:最新采样的值,系数取大。,6.1 数字滤波技术滑动均值滤波,6.1.5 滑动均值滤波 把最近的N次采样值进行均值滤波,每采样一个新值,丢弃最早采样的一个旧值。
4、,6.1 数字滤波技术惯性滤波,6.1.6 RC低通滤波器的数字形式 yk=(1-)yk-1+ xk =1-e-T/Tf, 0 1 T 采样周期 Tf=RC xk本次采样值 yk, yk-1本次滤波值和上次滤波值 惯性滤波可以消除周期性的干扰。,6.1 数字滤波技术惯性滤波,6.1.7 复合滤波器 根据信号特性和滤波器的特点,用上述几种数字滤波器组合实现对干扰的抑制。 (1)连续采样N次,去除其中的最大采样值和最小采样值,剩余的N 2个采样值求均值,所得结果为采样有效值。 结合了中值滤波和均值滤波的优点,对快变和慢变信号的干扰都具有抑制作用,有利于提高采样的真实性。 (2)多级RC滤波。,6.2 量程自动转换和标度变换量程自动转换,6.2.1 量程自动转换 (1) 1 量程自动转换的意义 传感器提供的信号变化范围很宽,尤其是在多回路检测系统中,各个回路的信号不一样时,必须提供各种量程的放大器才能保证传送到计算机的信号一致,如:05V,使这些不同参数信号能够共享一个A/D转换器。 量程转换可以采用放大器来实现,通常对于多回路信号采用可编程增益放大器(Programmable Gain A
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