計算機(jī)控制技術(shù)chapter51(2013)

1、計算機(jī)控制技術(shù)電子教案第第5章章 應(yīng)用程序設(shè)計與實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用程序設(shè)計與實(shí)現(xiàn)技術(shù) 軟件是工業(yè)控制機(jī)的程序系統(tǒng)，它可分為軟件是工業(yè)控制機(jī)的程序系統(tǒng)，它可分為系統(tǒng)軟件、支系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件持軟件和應(yīng)用軟件三部分三部分所謂應(yīng)用軟件就是面向控制系統(tǒng)本身的程序，它是根據(jù)系所謂應(yīng)用軟件就是面向控制系統(tǒng)本身的程序，它是根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，由用戶自己設(shè)計的統(tǒng)的具體要求，由用戶自己設(shè)計的 5.1 程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù) 5.2 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 5.3 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn) 5.4 系統(tǒng)的有限字長數(shù)值問題系統(tǒng)的有限字長數(shù)值問題 5.5 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技

2、術(shù) 5.1 程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)5.1.1 模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計5.1.2 高級語言與匯編語言混合編程高級語言與匯編語言混合編程5.1.3 工業(yè)控制組態(tài)軟件工業(yè)控制組態(tài)軟件1. 模塊化程序設(shè)計模塊化程序設(shè)計2. 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計3. 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（C/C+/VC, VB） 分析用戶的要求（分析用戶的要求（10%） 編寫程序的說明（編寫程序的說明（10%） 程序的設(shè)計與編碼（占程序的設(shè)計與編碼（占40%） 進(jìn)行測試和調(diào)試（進(jìn)行測試和調(diào)試（40%） 5.1.1 模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計程序設(shè)計過程序設(shè)計過程程1. 模

3、塊化程序設(shè)計模塊化程序設(shè)計 把一個復(fù)雜的系統(tǒng)軟件，分解為若干個把一個復(fù)雜的系統(tǒng)軟件，分解為若干個功能模塊功能模塊，每個模塊執(zhí)，每個模塊執(zhí)行單一的功能，并且具有單入口單出口結(jié)構(gòu)行單一的功能，并且具有單入口單出口結(jié)構(gòu) 先對最低層模塊進(jìn)行編碼、測試和調(diào)試先對最低層模塊進(jìn)行編碼、測試和調(diào)試 正常工作后，就可以用它們來開發(fā)較高層的模塊正常工作后，就可以用它們來開發(fā)較高層的模塊 匯編語言設(shè)計常用的方法匯編語言設(shè)計常用的方法（1）自底向上模塊化設(shè)計）自底向上模塊化設(shè)計 先對最高層進(jìn)行編碼、測試和調(diào)試先對最高層進(jìn)行編碼、測試和調(diào)試 一般適合用高級語言來設(shè)計程序一般適合用高級語言來設(shè)計程序（2）自頂向下模塊化設(shè)

4、計）自頂向下模塊化設(shè)計5.1.1 模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計 只用三（兩）種基本的控制結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)任何單入口單出口的程序只用三（兩）種基本的控制結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)任何單入口單出口的程序 三種基本的控制結(jié)構(gòu)：三種基本的控制結(jié)構(gòu)：順序、選擇、循環(huán)順序、選擇、循環(huán) 采用自頂向下逐步求精的設(shè)計方法采用自頂向下逐步求精的設(shè)計方法單入口單出口的控制結(jié)構(gòu)單入口單出口的控制結(jié)構(gòu) 5.1.1 模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計5.1.2 高級語言與匯編語言混合編程高級語言與匯編語言混合編程1. 匯編語言編程匯編語言編程2. 高級語言編程高級語言編程3. 高級語言與匯編語言混合編程高級語言與

5、匯編語言混合編程 用匯編語言編寫的程序，比用高級用匯編語言編寫的程序，比用高級語言編寫的程序執(zhí)行速度要快語言編寫的程序執(zhí)行速度要快 要求的硬件也少要求的硬件也少5.1.2 高級語言與匯編語言混合編程高級語言與匯編語言混合編程MOV DX，220H IN AL，DXMicrosoft C/C+7.0通常有庫函數(shù)，允許直接訪問通常有庫函數(shù)，允許直接訪問I/O端口，頭文端口，頭文件件CONIOH中定義了中定義了I/O端口例程端口例程A1 =_inpw（0 x210）；）；將端口將端口210H的的16位二進(jìn)制數(shù)（一個字）輸入給位二進(jìn)制數(shù)（一個字）輸入給變量變量 A2 =_inp（0 x220） ；將端

6、口將端口220H的的8位二進(jìn)制數(shù)（一個字節(jié)）輸入位二進(jìn)制數(shù)（一個字節(jié)）輸入給變量給變量 高級語言：高級語言：編寫計算、圖形繪制、顯示、打印程序等編寫計算、圖形繪制、顯示、打印程序等 匯編語言：匯編語言：編寫時鐘管理、中斷管理和輸入輸出程序等編寫時鐘管理、中斷管理和輸入輸出程序等5.1.2 高級語言與匯編語言混合編程高級語言與匯編語言混合編程5.1.3 工業(yè)控制組態(tài)軟件工業(yè)控制組態(tài)軟件1控制組態(tài)控制組態(tài) 2圖形生成系統(tǒng)圖形生成系統(tǒng) 3顯示組態(tài)顯示組態(tài) 研制計算機(jī)控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式：研制計算機(jī)控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式：芯片芯片電路設(shè)計電路設(shè)計模塊制做模塊制做系系統(tǒng)組裝調(diào)試統(tǒng)組裝調(diào)試工業(yè)控制組態(tài)軟件工業(yè)控

7、制組態(tài)軟件：標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、商品化的通用過程控制軟件：標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；⑸唐坊耐ㄓ眠^程控制軟件 組態(tài)軟件內(nèi)容組態(tài)軟件內(nèi)容：控制組態(tài)、圖形生成系統(tǒng)、顯示組態(tài)、：控制組態(tài)、圖形生成系統(tǒng)、顯示組態(tài)、I/O通道登通道登記、單位名稱登記、趨勢曲線登記、報警系統(tǒng)登記、報表生成系統(tǒng)共記、單位名稱登記、趨勢曲線登記、報警系統(tǒng)登記、報表生成系統(tǒng)共8個方面的內(nèi)容個方面的內(nèi)容 采用模塊宏的方式：采用模塊宏的方式：一個控制規(guī)律模塊（如一個控制規(guī)律模塊（如PID運(yùn)算）運(yùn)算）對應(yīng)一個宏命令（子程序），在組態(tài)生成時，每用到一個對應(yīng)一個宏命令（子程序），在組態(tài)生成時，每用到一個控制模塊，則組態(tài)生成控制算法，產(chǎn)生的執(zhí)行文件中就

8、將控制模塊，則組態(tài)生成控制算法，產(chǎn)生的執(zhí)行文件中就將該宏所對應(yīng)的算法換入執(zhí)行文件該宏所對應(yīng)的算法換入執(zhí)行文件 將各控制算法編成各個獨(dú)立的可以反復(fù)調(diào)用的功能模塊將各控制算法編成各個獨(dú)立的可以反復(fù)調(diào)用的功能模塊，對應(yīng)每一模塊有一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義了該控制對應(yīng)每一模塊有一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義了該控制算法所需要的各個參數(shù)算法所需要的各個參數(shù)5.1.3 工業(yè)控制組態(tài)軟件工業(yè)控制組態(tài)軟件 功能：功能：監(jiān)視生產(chǎn)過程的狀況，并可通過對畫面上對象監(jiān)視生產(chǎn)過程的狀況，并可通過對畫面上對象的操作，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制的操作，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制 方式方式：靜態(tài)畫面（或背景畫面）和動態(tài)畫面：靜態(tài)畫面（或

9、背景畫面）和動態(tài)畫面 靜態(tài)畫面靜態(tài)畫面：反映監(jiān)視對象的環(huán)境和相互關(guān)系，它的顯：反映監(jiān)視對象的環(huán)境和相互關(guān)系，它的顯示是不隨時間變化的示是不隨時間變化的 動態(tài)畫面動態(tài)畫面：反映被監(jiān)視對象和被控對象的狀態(tài)和數(shù)值：反映被監(jiān)視對象和被控對象的狀態(tài)和數(shù)值等，它在顯示過程中是隨現(xiàn)場被監(jiān)控對象的變化而變等，它在顯示過程中是隨現(xiàn)場被監(jiān)控對象的變化而變化的化的5.1.3 工業(yè)控制組態(tài)軟件工業(yè)控制組態(tài)軟件（1）選擇模擬顯示表）選擇模擬顯示表 （2）定義模擬顯示表）定義模擬顯示表（3）顯示登記法）顯示登記法（4）I/O通道登記通道登記 （5）單位名稱登記）單位名稱登記（6）趨勢曲線登記）趨勢曲線登記（7）報警系統(tǒng)登

10、記）報警系統(tǒng)登記（8）報表生成系統(tǒng)）報表生成系統(tǒng) 三級：三級：總貌畫面、組貌畫面、回路畫面總貌畫面、組貌畫面、回路畫面 顯示組態(tài)操作顯示組態(tài)操作：選擇模擬顯示表、定義顯示表及顯：選擇模擬顯示表、定義顯示表及顯示登記方法等操作示登記方法等操作 5.1.3 工業(yè)控制組態(tài)軟件工業(yè)控制組態(tài)軟件返回返回返回返回返回5.2 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 5.2.1 系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn) P214 5.2.2 線性化處理和非線性補(bǔ)償線性化處理和非線性補(bǔ)償 5.2.3 標(biāo)度變換方法標(biāo)度變換方法 5.2.4 越限報警處理越限報警處理 傳感器把生產(chǎn)過程的信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后用傳感器把生產(chǎn)

11、過程的信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后用A/D轉(zhuǎn)換器把轉(zhuǎn)換器把模擬信號變成數(shù)字信號，讀入計算機(jī)中，完成數(shù)據(jù)的采集模擬信號變成數(shù)字信號，讀入計算機(jī)中，完成數(shù)據(jù)的采集 對于這樣得到的數(shù)據(jù)，一般要進(jìn)行一些預(yù)處理，其中最基本的對于這樣得到的數(shù)據(jù)，一般要進(jìn)行一些預(yù)處理，其中最基本的處理有處理有線性化處理線性化處理、標(biāo)度變換標(biāo)度變換和和系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn) 5.2.1 系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)指在相同條件下，經(jīng)過多次測量，誤差的數(shù)值（包括大指在相同條件下，經(jīng)過多次測量，誤差的數(shù)值（包括大小符號）保持恒定，或按某種已知的規(guī)律變化的誤差小符號）保持恒定，或按某種已知的規(guī)律變化的誤差系統(tǒng)誤差系

12、統(tǒng)誤差 在一定的測量條件下，其變化規(guī)律是可以掌在一定的測量條件下，其變化規(guī)律是可以掌握的，產(chǎn)生誤差的原因一般也是知道的握的，產(chǎn)生誤差的原因一般也是知道的 系統(tǒng)誤差是可以通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)途徑來確定系統(tǒng)誤差是可以通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)途徑來確定并加以校正的并加以校正的特點(diǎn)特點(diǎn)5.2.1 系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn) 偏移校準(zhǔn)在實(shí)際中應(yīng)用最多，并且常采用程序來實(shí)現(xiàn)，稱為偏移校準(zhǔn)在實(shí)際中應(yīng)用最多，并且常采用程序來實(shí)現(xiàn)，稱為數(shù)字調(diào)零數(shù)字調(diào)零方法：方法： 調(diào)零電路的實(shí)現(xiàn)調(diào)零電路的實(shí)現(xiàn)：在測量時，先把多路輸入接到所需測量的一組：在測量時，先把多路輸入接到所需測量的一組輸入電壓上進(jìn)行測量，測出這時的輸入值為輸入

13、電壓上進(jìn)行測量，測出這時的輸入值為x1,然后把多路開關(guān)的輸然后把多路開關(guān)的輸入接地，測出零輸入時入接地，測出零輸入時A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為轉(zhuǎn)換器的輸出為x0，用用x1減去減去x0即為實(shí)際即為實(shí)際輸入電壓輸入電壓x P215 采用采用偏移和增益誤差的自動校準(zhǔn)偏移和增益誤差的自動校準(zhǔn)：自動校準(zhǔn)的基本思想是在系統(tǒng)：自動校準(zhǔn)的基本思想是在系統(tǒng)開機(jī)后或每隔一定時間自動測量基準(zhǔn)參數(shù)，如數(shù)字電壓表中的基準(zhǔn)開機(jī)后或每隔一定時間自動測量基準(zhǔn)參數(shù)，如數(shù)字電壓表中的基準(zhǔn)參數(shù)為基準(zhǔn)電壓和零電壓，然后計算誤差模型，獲得并存貯誤差補(bǔ)參數(shù)為基準(zhǔn)電壓和零電壓，然后計算誤差模型，獲得并存貯誤差補(bǔ)償因子。在正式測量時，根據(jù)測量結(jié)果

14、和誤差補(bǔ)償因子，計算校準(zhǔn)償因子。在正式測量時，根據(jù)測量結(jié)果和誤差補(bǔ)償因子，計算校準(zhǔn)方程，從而消除誤差方程，從而消除誤差1. 全自動校準(zhǔn)全自動校準(zhǔn) 系統(tǒng)系統(tǒng)自動完成自動完成 系統(tǒng)在剛上電時或系統(tǒng)在剛上電時或每隔一定時間時，自動進(jìn)行一次校準(zhǔn)每隔一定時間時，自動進(jìn)行一次校準(zhǔn) 輸輸 入部分加有一個多路開關(guān)：先把開關(guān)接地，測出這時的輸入入部分加有一個多路開關(guān)：先把開關(guān)接地，測出這時的輸入值值x0，然后把開關(guān)接，然后把開關(guān)接VR，測出輸入值，測出輸入值x1，并存放，并存放x1、x0，在正式測，在正式測量時，如測出的輸入值為量時，如測出的輸入值為x，則這時的，則這時的V可用下式計算得出可用下式計算得出:RV

15、V)(010 xxxx V與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，與與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，與VR的精度也有關(guān)。這樣的精度也有關(guān)。這樣可大大提高測量精度，降低對電路器件的要求可大大提高測量精度，降低對電路器件的要求 5.2.1 系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)2. 人工自動校準(zhǔn)人工自動校準(zhǔn)人工在需要時接入標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測量人工在需要時接入標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測量 只測一個標(biāo)準(zhǔn)輸入信號只測一個標(biāo)準(zhǔn)輸入信號yR，零信號的補(bǔ)償由數(shù)字調(diào)零來完成，零信號的補(bǔ)償由數(shù)字調(diào)零來完成 設(shè)數(shù)字調(diào)零后測出的數(shù)據(jù)分別為設(shè)數(shù)字調(diào)零后測出的數(shù)據(jù)分別為xR（接校準(zhǔn)輸入（接校準(zhǔn)輸入yR時）和時）和x（接被（接被測輸入測輸入

16、y時），則可按下式來計算時），則可按下式來計算yxxyyRR適于傳感器特性隨時間會發(fā)生變化的場合適于傳感器特性隨時間會發(fā)生變化的場合 5.2.1 系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)5.2.2 線性化處理和非線性補(bǔ)償線性化處理和非線性補(bǔ)償1鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系 2熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系 3孔板差壓與流量的關(guān)系孔板差壓與流量的關(guān)系4氣體體積流量的非線性補(bǔ)償氣體體積流量的非線性補(bǔ)償5.2.3 標(biāo)度變換方法標(biāo)度變換方法 計算機(jī)控制系統(tǒng)在讀入被測模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，往往要轉(zhuǎn)計算機(jī)控制系統(tǒng)在讀入被測模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，往往要轉(zhuǎn)換成

17、操作人員所熟悉的換成操作人員所熟悉的工程值工程值后，才能運(yùn)算、顯示或打印輸出后，才能運(yùn)算、顯示或打印輸出1線性變換公式線性變換公式 2公式轉(zhuǎn)換法公式轉(zhuǎn)換法 3其它標(biāo)度變換法其它標(biāo)度變換法 標(biāo)度變換標(biāo)度變換Y：參數(shù)測量值參數(shù)測量值Ymax：參數(shù)量程最大值參數(shù)量程最大值Ymin：參數(shù)量程最小值參數(shù)量程最小值Nmax：Ymax對應(yīng)的對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的輸入值轉(zhuǎn)換后的輸入值Nmin：量程起點(diǎn)量程起點(diǎn)Ymin對應(yīng)的對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的輸入值轉(zhuǎn)換后的輸入值X：測量值測量值Y對應(yīng)的對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值轉(zhuǎn)換值1. 線性變換公式線性變換公式minminmaxminminmax)/()(yYNNNXYY5.2.3

18、標(biāo)度變換方法標(biāo)度變換方法 有些傳感器測出的數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)不是線性關(guān)系，它們有著由有些傳感器測出的數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)不是線性關(guān)系，它們有著由傳感器和測量方法決定的函數(shù)關(guān)系，并且這些函數(shù)關(guān)系可用解析式傳感器和測量方法決定的函數(shù)關(guān)系，并且這些函數(shù)關(guān)系可用解析式來表示，這時我們可采用直接按解析式來計算來表示，這時我們可采用直接按解析式來計算2.公式轉(zhuǎn)換法公式轉(zhuǎn)換法3.其它標(biāo)度變換法其它標(biāo)度變換法 許多非線性傳感器并不象上面講的流量傳感器那樣，可以寫出一個許多非線性傳感器并不象上面講的流量傳感器那樣，可以寫出一個簡單的公式，或者雖然能夠?qū)懗?，但計算相?dāng)困難簡單的公式，或者雖然能夠?qū)懗觯嬎阆喈?dāng)困難 可

19、采用多項(xiàng)式插值法，也可以用線性插值法或查表進(jìn)行標(biāo)度變換可采用多項(xiàng)式插值法，也可以用線性插值法或查表進(jìn)行標(biāo)度變換5.2.3 標(biāo)度變換方法標(biāo)度變換方法5.2.4 越限報警處理越限報警處理 如果需要判斷的報警參數(shù)是如果需要判斷的報警參數(shù)是xn，該參數(shù)的上下限約束值分別是，該參數(shù)的上下限約束值分別是xmax和和xmin，則上下限報警的物理意義如下：，則上下限報警的物理意義如下：若若xnxmax，則上限報警，否則對下式做判別，則上限報警，否則對下式做判別xnxmin否否? 若是則下限報警，否則繼續(xù)原定操作若是則下限報警，否則繼續(xù)原定操作 （1）上限報警）上限報警若若xnxmax，則上限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行

20、原定操作，則上限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作 （2）下限報警）下限報警若若xnxmax，則下限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作，則下限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作 （3）上下限報警）上下限報警5.3 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn) 數(shù)字控制器數(shù)字控制器：公共子程序：公共子程序 各控制回路各控制回路：提供的原始數(shù)據(jù)不同：提供的原始數(shù)據(jù)不同 每個回路每個回路：提供一段內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，存放參數(shù)：提供一段內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，存放參數(shù)控控制制量量處處理理自動自動手動手動切換切換處理處理被控量處理被控量處理PV給定值處理給定值處理SV偏偏差差處處理理CSVCPVCDVUk控控制制算算法法CMVMV數(shù)字控制器的控制模塊

21、數(shù)字控制器的控制模塊5.3 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn) 5.3.1 給定值和被控量處理給定值和被控量處理 5.3.2 偏差處理偏差處理 5.3.3 控制算法的實(shí)現(xiàn)控制算法的實(shí)現(xiàn) 5.3.4 控制量處理控制量處理 5.3.5 自動手動切換技術(shù)自動手動切換技術(shù) 5.3.1 給定值和被控量處理給定值和被控量處理 給定值給定值SV和給定值變化率限制和給定值變化率限制SR 通過選擇軟開關(guān)通過選擇軟開關(guān)CL/CR，可以構(gòu)成內(nèi)給定狀態(tài)或外給定狀態(tài)，可以構(gòu)成內(nèi)給定狀態(tài)或外給定狀態(tài) 通過選擇軟開關(guān)通過選擇軟開關(guān)CAS/SCC，可以構(gòu)成串級控制或，可以構(gòu)成串級控制或SCC控制控制 三個輸入量：三個輸

22、入量：SVL，SVC，SVS 兩個輸出量：兩個輸出量：SV，CSV 兩個開關(guān)量：兩個開關(guān)量：CL/CR，CAS/SCC 一個變化率：一個變化率：SR變量變量1. 給定值處理給定值處理5.3.1 給定值和被控量處理給定值和被控量處理 當(dāng)軟開關(guān)當(dāng)軟開關(guān)CL/CR切向切向CL位置時，選擇操作員設(shè)置位置時，選擇操作員設(shè)置的給定值的給定值SVL 單回路控制的內(nèi)給定狀態(tài)單回路控制的內(nèi)給定狀態(tài) 利用給定值鍵可以改變給定值利用給定值鍵可以改變給定值（1）內(nèi)給定狀態(tài)）內(nèi)給定狀態(tài)1. 給定值處理給定值處理外外內(nèi)內(nèi)5.3.1 給定值和被控量處理給定值和被控量處理 SCC控制控制：當(dāng)軟開關(guān)：當(dāng)軟開關(guān)CAS/SCC切向

23、切向SCC位置時，接收來自上位位置時，接收來自上位計算機(jī)的給定值計算機(jī)的給定值SVS，以便實(shí)現(xiàn)二級計算機(jī)控制，以便實(shí)現(xiàn)二級計算機(jī)控制 串級控制串級控制：當(dāng)軟開關(guān)：當(dāng)軟開關(guān)CAS/SCC切向切向CAS位置時，給定值位置時，給定值SVS來來自主調(diào)節(jié)模塊，實(shí)現(xiàn)串級控制自主調(diào)節(jié)模塊，實(shí)現(xiàn)串級控制（2） 外給定狀外給定狀態(tài)態(tài)當(dāng)軟開關(guān)當(dāng)軟開關(guān)CL/CR切向切向CR位置時，給定值來自上位計位置時，給定值來自上位計算機(jī)、主回路或運(yùn)算模塊算機(jī)、主回路或運(yùn)算模塊1. 給定值處理給定值處理外外內(nèi)內(nèi) 為了減少給定值突變對控制系統(tǒng)的擾動，防止比為了減少給定值突變對控制系統(tǒng)的擾動，防止比例、積分飽和，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制，需要

24、對給定值的例、積分飽和，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制，需要對給定值的變化率變化率SR加以限制加以限制 變化率的選取要適中，過小會使響應(yīng)變慢，過大變化率的選取要適中，過小會使響應(yīng)變慢，過大則達(dá)不到限制的目的則達(dá)不到限制的目的5.3.1 給定值和被控量處理給定值和被控量處理（3）給定值變化率限制）給定值變化率限制1. 給定值處理給定值處理2. 被控量處理被控量處理5.3.1 給定值和被控量處理給定值和被控量處理 一個輸入量一個輸入量PV 三個輸出量三個輸出量PHA、PLA和和CPV 四個參數(shù)四個參數(shù)PH、PL、HY（報警死區(qū)報警死區(qū)）和）和PR 2. 被控量處理被控量處理 為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制，需對被控量的變化率為

25、了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制，需對被控量的變化率PR加以限制加以限制5.3.1 給定值和被控量處理給定值和被控量處理 變化率的選取要適中，過小會使響應(yīng)變慢，過大則達(dá)不變化率的選取要適中，過小會使響應(yīng)變慢，過大則達(dá)不到限制的目的到限制的目的 當(dāng)當(dāng)PVPH（上限值）時，則上限報警狀態(tài)（上限值）時，則上限報警狀態(tài)（PHA）為）為“1”當(dāng)當(dāng)PVPL（下限值）時，則下限報警狀態(tài)（下限值）時，則下限報警狀態(tài)（PLA）為）為“1” 當(dāng)出現(xiàn)上、下限報警狀態(tài)（當(dāng)出現(xiàn)上、下限報警狀態(tài)（PHA，PLA）時，它們通過驅(qū)動電）時，它們通過驅(qū)動電路發(fā)出聲或光，以便提醒操作員注意路發(fā)出聲或光，以便提醒操作員注意 為了不使為了不使PHA/

26、PLA的狀態(tài)頻繁改變，可設(shè)置報警死區(qū)（的狀態(tài)頻繁改變，可設(shè)置報警死區(qū)（HY）為了安全運(yùn)行，需要對被控量為了安全運(yùn)行，需要對被控量PV進(jìn)行上下限報警處理進(jìn)行上下限報警處理5.3.2 偏差處理偏差處理 當(dāng)當(dāng)D/R=0，代表正作用，偏差，代表正作用，偏差DV=CPV-CSV 當(dāng)當(dāng)D/R=1，代表反作用，偏差，代表反作用，偏差DV=CSV-CPV1. 計算偏差計算偏差 當(dāng)偏差絕對值當(dāng)偏差絕對值|DV|DL時，偏差報警狀態(tài)時，偏差報警狀態(tài)DLA為為“1” 2. 偏差報警偏差報警 根據(jù)輸入補(bǔ)償方式根據(jù)輸入補(bǔ)償方式ICM狀態(tài)，決定偏差狀態(tài)，決定偏差DVC與輸入與輸入補(bǔ)償量補(bǔ)償量ICV之間的關(guān)系之間的關(guān)系5.

27、3.2 偏差處理偏差處理3. 輸入補(bǔ)償輸入補(bǔ)償當(dāng)當(dāng)ICM=0，無補(bǔ)償，無補(bǔ)償，CDV=DVC當(dāng)當(dāng)ICM=1，加補(bǔ)償，加補(bǔ)償，CDV=DVC+ICV當(dāng)當(dāng)ICM=2，減補(bǔ)償，減補(bǔ)償，CDV=DVC-ICV當(dāng)當(dāng)ICM=3，置換補(bǔ)償，置換補(bǔ)償，CDV=ICV 利用加、減輸入補(bǔ)償，可以分別實(shí)現(xiàn)前饋控制和純滯利用加、減輸入補(bǔ)償，可以分別實(shí)現(xiàn)前饋控制和純滯后補(bǔ)償（后補(bǔ)償（Smith）控制）控制5.3.2 偏差處理偏差處理4. 非線性特性非線性特性 為了實(shí)現(xiàn)非線性為了實(shí)現(xiàn)非線性PIDPID控制或帶死區(qū)的控制或帶死區(qū)的PIDPID控制，設(shè)置了非線控制，設(shè)置了非線性區(qū)性區(qū)-A-A至至+A+A和非線性增益和非線性增

28、益K K K=0：帶死區(qū)的：帶死區(qū)的PID控制控制 0K1：非線性：非線性PID控制控制 K=1：正常的：正常的PID控制控制5.3.3 控制算法的實(shí)現(xiàn)控制算法的實(shí)現(xiàn) 在自動狀態(tài)下，需要進(jìn)行控制計算，即按照各種控制算在自動狀態(tài)下，需要進(jìn)行控制計算，即按照各種控制算法的差分方程，計算控制量法的差分方程，計算控制量U U，并進(jìn)行上、下限限幅處理，并進(jìn)行上、下限限幅處理 DV/PV切向切向DV位置：偏差微分方式位置：偏差微分方式 DV/PV切向切向PV位置：被控量）微分方式位置：被控量）微分方式PID控制算法控制算法5.3.3 控制算法的實(shí)現(xiàn)控制算法的實(shí)現(xiàn) PID參數(shù)（參數(shù)（KP、TI、TD） 采控

29、制周期采控制周期T 微分方式微分方式DV/PV 積分分離值積分分離值 控制量上限限值控制量上限限值MH和下限限值和下限限值ML 控制量控制量UK 歷史數(shù)據(jù)：歷史數(shù)據(jù)：e（k-1）、）、e（k-2）和）和u（k-1）PID計算數(shù)據(jù)區(qū)：計算數(shù)據(jù)區(qū)：5.3.4 控制量處理控制量處理 在輸出控制量在輸出控制量UK以前，還應(yīng)經(jīng)過各項(xiàng)處理和判斷，以便以前，還應(yīng)經(jīng)過各項(xiàng)處理和判斷，以便擴(kuò)展控制功能，實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)操作擴(kuò)展控制功能，實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)操作輸出補(bǔ)償輸出補(bǔ)償變化率限制變化率限制輸出保持輸出保持輸出安全輸出安全5.3.4 控制量處理控制量處理 OCM=0：無補(bǔ)償，：無補(bǔ)償，Uc=Uk OCM=1：加補(bǔ)償，：

30、加補(bǔ)償，Uc=Uk+OCV OCM=2：減補(bǔ)償，：減補(bǔ)償，Uc=Uk-OCV OVM=3：置換補(bǔ)償，：置換補(bǔ)償，Uc=OCV1. 輸出補(bǔ)償輸出補(bǔ)償 利用輸出和輸入補(bǔ)償，可以擴(kuò)大實(shí)際應(yīng)用范圍，靈活組成復(fù)雜的利用輸出和輸入補(bǔ)償，可以擴(kuò)大實(shí)際應(yīng)用范圍，靈活組成復(fù)雜的數(shù)字控制器，以便組成復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)數(shù)字控制器，以便組成復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)5.3.4 控制量處理控制量處理 為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作，需要對控制量的變化率為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作，需要對控制量的變化率MR加以限制加以限制 變化率的選取要適中，過小會使操作緩慢，過大則達(dá)不到限制變化率的選取要適中，過小會使操作緩慢，過大則達(dá)不到限制的目的的目的2. 變化率

31、限制變化率限制 FH/NH切向切向NH：u（k）=u（k-1） FH/NH切向切向FH：正常輸出方式：正常輸出方式 軟開關(guān)軟開關(guān)FH/NH狀態(tài)：來自系統(tǒng)安全報警開關(guān)狀態(tài)：來自系統(tǒng)安全報警開關(guān)3. 輸出保持輸出保持5.3.4 控制量處理控制量處理 FS/NS切向切向NS位置：位置：u（k）=預(yù)置的安全輸出量預(yù)置的安全輸出量MS 軟開關(guān)軟開關(guān)FS/NS切向切向FS：正常輸出方式：正常輸出方式 軟開關(guān)軟開關(guān)FS/NS狀態(tài)：系統(tǒng)安全報警開關(guān)狀態(tài)：系統(tǒng)安全報警開關(guān) 4. 安全輸出安全輸出5.3.5 自動手動切換技術(shù)自動手動切換技術(shù) 在正常運(yùn)行時，系統(tǒng)處于自動狀態(tài)；而在調(diào)試階段或出在正常運(yùn)行時，系統(tǒng)處于自

32、動狀態(tài)；而在調(diào)試階段或出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)處于手動狀態(tài)現(xiàn)故障時，系統(tǒng)處于手動狀態(tài)軟自動軟自動/軟手動軟手動控制量限幅控制量限幅5.3.5 自動手動切換技術(shù)自動手動切換技術(shù) SA/SM切向切向SA位置：正常的位置：正常的自動自動狀態(tài)，稱為狀態(tài)，稱為軟自動軟自動（SA） SA/SM切向切向SM位置：控制量來自操作鍵盤或上位計算機(jī)，此位置：控制量來自操作鍵盤或上位計算機(jī)，此時系統(tǒng)處于計算機(jī)手動狀態(tài)，稱為時系統(tǒng)處于計算機(jī)手動狀態(tài)，稱為軟手動軟手動（SM） 一般在調(diào)試階段，采用軟手動（一般在調(diào)試階段，采用軟手動（SM）方式）方式1. 軟自動軟自動/軟手動軟手動 為了保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作在有效范圍內(nèi)為了保證執(zhí)行機(jī)

33、構(gòu)工作在有效范圍內(nèi) 需要對控制量需要對控制量Us進(jìn)行上、下限限幅處理進(jìn)行上、下限限幅處理 使得使得MHMVML，再經(jīng)，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換器輸出010mADC或或420mADC2. 控制量限幅控制量限幅5.3.5 自動手動切換技術(shù)自動手動切換技術(shù) 手動操作器作為計算機(jī)的手動操作器作為計算機(jī)的后備操作后備操作 HA位置：控制量位置：控制量MV通過通過D/A輸出，此時系統(tǒng)處于輸出，此時系統(tǒng)處于正常的計算機(jī)控制方式，稱為正常的計算機(jī)控制方式，稱為自動狀態(tài)自動狀態(tài)（HA狀態(tài)）狀態(tài)） HM位置：運(yùn)行人員通過手動操作器輸出位置：運(yùn)行人員通過手動操作器輸出010mADC或或420mADC信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)

34、進(jìn)行遠(yuǎn)方操作，這稱信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作，這稱為為手動狀態(tài)手動狀態(tài)（HM狀態(tài)）狀態(tài)）3. 自動自動/手動手動 無平衡無擾動切換無平衡無擾動切換：指在進(jìn)行手動到自動或自動到手動的切換之：指在進(jìn)行手動到自動或自動到手動的切換之前，無須由人工進(jìn)行手動輸出控制信號與自動輸出控制信號之間的對前，無須由人工進(jìn)行手動輸出控制信號與自動輸出控制信號之間的對位平衡操作，就可以保證位平衡操作，就可以保證切換時不會對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動切換時不會對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動4. 無平衡無擾動切換無平衡無擾動切換5.3.5 自動手動切換技術(shù)自動手動切換技術(shù) 使給定值（使給定值（CSV）跟蹤被控量（）跟蹤被

35、控量（CPV） 歷史數(shù)據(jù)清零，如歷史數(shù)據(jù)清零，如e（k-1）和）和e（k-2） u（k-1）跟蹤手動控制量（）跟蹤手動控制量（MV或或VM）實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)：在手動（在手動（SM或或HM）狀態(tài)下，）狀態(tài)下， 切向自動而切向自動而u（k-1）又等于切換瞬間的手動控制量，這就保證了）又等于切換瞬間的手動控制量，這就保證了PID控制量的連續(xù)性。當(dāng)然，這一切需要有相應(yīng)的硬件電路配合控制量的連續(xù)性。當(dāng)然，這一切需要有相應(yīng)的硬件電路配合 計算機(jī)應(yīng)用程序工作正常，就能自動保證無擾動切換計算機(jī)應(yīng)用程序工作正常，就能自動保證無擾動切換 當(dāng)從自動（當(dāng)從自動（SA與與HA）切向硬手動（）切向硬手動（HM）時，通過手動操作

36、器電）時，通過手動操作器電路，也能保證無擾動切換路，也能保證無擾動切換 4. 無平衡無擾動切換無平衡無擾動切換5.3.5 自動手動切換技術(shù)自動手動切換技術(shù)實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)：從自動（從自動（SA與與HA）切向軟手動（）切向軟手動（SM） 從輸出保持狀態(tài)或安全輸出狀態(tài)切向正常的自動工作狀態(tài)時，同從輸出保持狀態(tài)或安全輸出狀態(tài)切向正常的自動工作狀態(tài)時，同樣需要進(jìn)行無擾動切換，為此可采取類似的措施樣需要進(jìn)行無擾動切換，為此可采取類似的措施 自動手動切換數(shù)據(jù)區(qū)需要存放軟手動控制量自動手動切換數(shù)據(jù)區(qū)需要存放軟手動控制量SMV，軟開關(guān)，軟開關(guān)SA/SM狀態(tài)，控制量上限限值（狀態(tài)，控制量上限限值（MH）和下限限值（）

37、和下限限值（ML），控制量），控制量MV，切換開關(guān)切換開關(guān)HA/HM狀態(tài)，以及手動操作器輸出狀態(tài)，以及手動操作器輸出VM5.4 系統(tǒng)的有限字長數(shù)值問題系統(tǒng)的有限字長數(shù)值問題5.4.1 量化誤差量化誤差5.4.2 A/D轉(zhuǎn)換器的字長選擇轉(zhuǎn)換器的字長選擇5.4.3 D/A轉(zhuǎn)換器的字長選擇轉(zhuǎn)換器的字長選擇5.4.4 運(yùn)算字長選擇運(yùn)算字長選擇量化單位量化單位q，也就是機(jī)內(nèi)的最小單位，也就是機(jī)內(nèi)的最小單位112121nnq5.4.1 量化誤差量化誤差8位位A/D轉(zhuǎn)換器，在轉(zhuǎn)換器，在05V時的時的q通過通過A/D轉(zhuǎn)換可計算出模擬電壓轉(zhuǎn)換可計算出模擬電壓x相當(dāng)于多少個整量化單位，即相當(dāng)于多少個整量化單位，即

38、:x=Lq+,式中式中L為整數(shù)，對于余數(shù)為整數(shù)，對于余數(shù)（q）可以用）可以用截尾或舍入截尾或舍入來處理來處理舉例舉例 截尾：截尾：舍掉數(shù)值中小于舍掉數(shù)值中小于q的余數(shù)的余數(shù)（q），其截尾誤差），其截尾誤差t為：為：t=xt-x，式中，式中x為實(shí)際數(shù)值，為實(shí)際數(shù)值，xt為截尾后的數(shù)值，顯然為截尾后的數(shù)值，顯然-qt0 舍入：舍入：當(dāng)被舍掉的余數(shù)當(dāng)被舍掉的余數(shù)大于或等于量化單位的一半時，則最小大于或等于量化單位的一半時，則最小有效位加有效位加1；而當(dāng)余數(shù)；而當(dāng)余數(shù)小于量化單位的一半時，則舍掉小于量化單位的一半時，則舍掉。這時舍。這時舍入誤差為入誤差為r=xr-x ，式中式中x為實(shí)際數(shù)值，為實(shí)際數(shù)值

39、，xr舍入后的數(shù)值。顯然，舍入后的數(shù)值。顯然，-q/2rq/25.4.2 A/D轉(zhuǎn)換器的字長選擇轉(zhuǎn)換器的字長選擇)1 (logminmax21 xxn 為把量化誤差限制在所允許的范圍內(nèi)，應(yīng)使為把量化誤差限制在所允許的范圍內(nèi)，應(yīng)使A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的字長轉(zhuǎn)換器有足夠的字長1. 輸入信號的動態(tài)范圍輸入信號的動態(tài)范圍為轉(zhuǎn)換當(dāng)量為轉(zhuǎn)換當(dāng)量2. 分辨率分辨率)1 (logminmax21uun執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸入值為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸入值為umax最小輸入值為最小輸入值為umin靈敏度為靈敏度為 （4 4）準(zhǔn)確性）準(zhǔn)確性 算法選擇、位數(shù)選擇等要符合要求算法選擇、位數(shù)選擇等要符合要求（5 5）可靠性）可靠性

40、運(yùn)行參數(shù)環(huán)境發(fā)生變化時，軟件能可靠運(yùn)行并給出準(zhǔn)確結(jié)運(yùn)行參數(shù)環(huán)境發(fā)生變化時，軟件能可靠運(yùn)行并給出準(zhǔn)確結(jié)果，即軟件應(yīng)具有自適應(yīng)性果，即軟件應(yīng)具有自適應(yīng)性 工業(yè)環(huán)境極其惡劣，干擾嚴(yán)重，軟件必須保證在嚴(yán)重干擾條工業(yè)環(huán)境極其惡劣，干擾嚴(yán)重，軟件必須保證在嚴(yán)重干擾條件下也能可靠運(yùn)行件下也能可靠運(yùn)行5.5 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)1. 測控系統(tǒng)軟件的基本要求測控系統(tǒng)軟件的基本要求2. 軟件抗干擾研究的主要內(nèi)容軟件抗干擾研究的主要內(nèi)容 采用軟件的方法抑制疊加在輸入輸出信號上噪聲影響，如模擬采用軟件的方法抑制疊加在輸入輸出信號上噪聲影響，如模擬輸入信號的輸入信號的數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù) 由于干擾而使程序發(fā)

41、生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)，采由于干擾而使程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)，采取使程序取使程序納入正規(guī)的措施納入正規(guī)的措施，如指令冗余、軟件陷阱、，如指令冗余、軟件陷阱、“看門狗看門狗”技術(shù)等技術(shù)等 發(fā)現(xiàn)程序失控后，解決發(fā)現(xiàn)程序失控后，解決系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的方法系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的方法，如重要信息的，如重要信息的恢復(fù)，系統(tǒng)重入的條件等恢復(fù)，系統(tǒng)重入的條件等5.5 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)5.5 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)5.5.2 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)5.5.3 CPU抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù) 數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號的不同

42、，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù) 數(shù)字濾波：數(shù)字濾波：通過一定的通過一定的計算或判斷程序計算或判斷程序減少干擾減少干擾在有用信號中的比重在有用信號中的比重 與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點(diǎn)與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點(diǎn): 不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好 可以對頻率很低（如可以對頻率很低（如001Hz）的信號實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾）的信號實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷波器的缺陷5.5.1 數(shù)字

43、濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù) 算術(shù)平均值法算術(shù)平均值法 中位值濾波法中位值濾波法 限幅濾波法限幅濾波法 慣性濾波法慣性濾波法 主要數(shù)字濾波算法主要數(shù)字濾波算法1. 算術(shù)平均值法算術(shù)平均值法 對輸入的對輸入的N個采樣數(shù)據(jù)個采樣數(shù)據(jù)xi（i=1N），使），使y與各采與各采樣值間的偏差的平方和為最小：樣值間的偏差的平方和為最?。河梢辉瘮?shù)求極值原理可得：由一元函數(shù)求極值原理可得：NiiE12)(minxyNiiN11xy5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)例：例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：1234567891024252027246024252623序序 號號采樣值采樣值采樣數(shù)據(jù)明顯存

44、在采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）采用算術(shù)平均值濾波后，其采樣值為：采用算術(shù)平均值濾波后，其采樣值為：Y=（24+25+20+27+24+60+24+25+ 26+23）/10=28干擾被平均到采樣值中去了干擾被平均到采樣值中去了5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)1. 算術(shù)平均值法算術(shù)平均值法 適用于具有周期性干擾噪聲的信號適用于具有周期性干擾噪聲的信號，但對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號，但對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號，濾波效果尚不理想濾波效果尚不理想 特點(diǎn)：特點(diǎn)： N值決定了信號平滑度和靈敏度值決定了信號平滑度和靈敏度：隨著：隨著N的增大，平滑度提高，靈敏度的增大，平滑度

45、提高，靈敏度降低。應(yīng)該視具體情況選擇降低。應(yīng)該視具體情況選擇N，以便得到滿意的濾波效果，以便得到滿意的濾波效果 對每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)對每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)1/N：在不同采樣時刻采集數(shù)據(jù)受到：在不同采樣時刻采集數(shù)據(jù)受到同樣重視。實(shí)際上某些場合需要增加新采樣值在平均值中的比重，可采同樣重視。實(shí)際上某些場合需要增加新采樣值在平均值中的比重，可采用加權(quán)平均值濾波法。濾波公式為：用加權(quán)平均值濾波法。濾波公式為：Y=R0Y0+ R1Y1+ R2Y2+ RmYm5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)1. 算術(shù)平均值法算術(shù)平均值法2. 中位值濾波法中位值濾波法 對被測參數(shù)連續(xù)采樣對被測參數(shù)連續(xù)

46、采樣m次（次（m3）且是奇數(shù)）且是奇數(shù) 按大小順序排列按大小順序排列 取取中間值中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)采樣數(shù)據(jù)明顯存在采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）采用去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為：采用去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為：25對對1、2、3次采樣中位值濾波后值：次采樣中位值濾波后值：24對對4、5、6次采樣中位值濾波后值：次采樣中位值濾波后值：27對對7、8、9次采樣中位值濾波后值：次采樣中位值濾波后值：255.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)例：例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如

47、下：1234567891024252027246024252623序序 號號采樣值采樣值2. 中位值濾波法中位值濾波法2. 中位值濾波法中位值濾波法 對對脈沖干擾信號脈沖干擾信號等偶然因素引發(fā)的干擾有等偶然因素引發(fā)的干擾有良好的濾波效果良好的濾波效果。如對溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)采用此法會收到良好的如對溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)采用此法會收到良好的濾波效果；對流量、速度等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位濾波效果；對流量、速度等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位值濾波法值濾波法 中位值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來使用中位值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來使用，濾波效果會更，濾波效果會更好。即在每

48、個采樣周期，先用中位值濾波法得到好。即在每個采樣周期，先用中位值濾波法得到m個濾波值，個濾波值，再對這再對這m個濾波值進(jìn)行算術(shù)平均，得到可用的被測參數(shù)。也稱個濾波值進(jìn)行算術(shù)平均，得到可用的被測參數(shù)。也稱為去脈沖干擾平均值濾波法為去脈沖干擾平均值濾波法5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)特點(diǎn)：特點(diǎn)：3 滑動平均值法濾波滑動平均值法濾波 在在RAM區(qū)中設(shè)置一個先進(jìn)先出的循環(huán)隊列作測量數(shù)據(jù)緩沖區(qū)區(qū)中設(shè)置一個先進(jìn)先出的循環(huán)隊列作測量數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 長度固定為長度固定為N，每采樣一個新數(shù)據(jù)，就將其存入隊尾，而丟掉原來，每采樣一個新數(shù)據(jù)，就將其存入隊尾，而丟掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)隊首的一個數(shù)據(jù) 求出包括新數(shù)據(jù)在

49、內(nèi)的求出包括新數(shù)據(jù)在內(nèi)的N個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值 這樣每進(jìn)行一次采樣，就可計算出一個新的平均值，從而提高了系這樣每進(jìn)行一次采樣，就可計算出一個新的平均值，從而提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度和測量精度統(tǒng)響應(yīng)速度和測量精度 N值設(shè)定的工程經(jīng)驗(yàn)值為：值設(shè)定的工程經(jīng)驗(yàn)值為：參數(shù)參數(shù)流量流量壓力壓力液面液面溫度溫度N值值124412145.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)3. 滑動平均值法濾波滑動平均值法濾波 對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，靈敏度低對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，靈敏度低 對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾抑制作用差，不易消除由于脈沖干擾引對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾抑制作用差，不易消

50、除由于脈沖干擾引起的采樣值偏差起的采樣值偏差 不適合脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合，而適用于高頻振蕩系統(tǒng)不適合脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合，而適用于高頻振蕩系統(tǒng)5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)特點(diǎn)：特點(diǎn)：4. 限幅濾波法限幅濾波法 由于大的隨機(jī)干擾或采樣器的不穩(wěn)定，使得采樣數(shù)據(jù)偏離由于大的隨機(jī)干擾或采樣器的不穩(wěn)定，使得采樣數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值太遠(yuǎn)，為此實(shí)際值太遠(yuǎn)，為此采用上、下限限幅采用上、下限限幅，即，即5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù) y（n）yH，取，取y（n）=yH（上限值（上限值） y（n）yL，取，取y（n）=yL（下限值（下限值） yLy（n）yH，取，取y（n） 一定要按照實(shí)際情況來確定一

51、定要按照實(shí)際情況來確定y0、yH及及yL，否則，非但達(dá)不到濾波，否則，非但達(dá)不到濾波效果，反而會降低控制品質(zhì)效果，反而會降低控制品質(zhì)4. 限幅濾波法限幅濾波法5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù) |y（n）-y（n-1）|y0 ，取，取y（n） |y（n）-y（n-1）|y0，取，取y（n）=y（n-1） 采用限速（亦稱限制變化率），采用限速（亦稱限制變化率），即即 y0為兩次相鄰采樣值之差的為兩次相鄰采樣值之差的可能最大變化量可能最大變化量。y0值的值的選取，取決于采樣周期選取，取決于采樣周期T及被測參數(shù)及被測參數(shù)y應(yīng)有的正常變化率應(yīng)有的正常變化率5慣性濾波法慣性濾波法 稱為濾波系數(shù)，且稱為

52、濾波系數(shù)，且01，Ts為采樣周期，為采樣周期，Tf為濾波器時間常數(shù)為濾波器時間常數(shù)sTsxsyf11)()()()() 1()(nxnyTnynyTsf) 1()()1 () 1()()(nynxnyTTTnxTTTnysffsfs5.5.1 數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)RC濾波器的傳遞函數(shù)濾波器的傳遞函數(shù)差分方程差分方程整理得整理得 根據(jù)慣性濾波器的頻率特性，若濾波系數(shù)根據(jù)慣性濾波器的頻率特性，若濾波系數(shù)越大，則帶寬越窄，濾越大，則帶寬越窄，濾波頻率也越低。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)選取波頻率也越低。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)選取值，使得被測參值，使得被測參數(shù)既不出現(xiàn)明顯的紋波，反應(yīng)又不太遲

53、緩數(shù)既不出現(xiàn)明顯的紋波，反應(yīng)又不太遲緩5.5.2 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù) 重復(fù)輸出同一個數(shù)據(jù)，其重復(fù)周期盡可能短些重復(fù)輸出同一個數(shù)據(jù)，其重復(fù)周期盡可能短些 輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型，對干擾的敏感性相差較大輸出設(shè)備是電位控制型還是同步鎖存型，對干擾的敏感性相差較大電位控制型有良好的抗電位控制型有良好的抗“毛刺毛刺”干擾能力干擾能力同步鎖存型不耐干擾，當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時，它就會盲目鎖存當(dāng)同步鎖存型不耐干擾，當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時，它就會盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，也不管此時數(shù)據(jù)是否有效前的數(shù)據(jù)，也不管此時數(shù)據(jù)是否有效干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短 在采集某一開關(guān)量信號時，可在采集某一開關(guān)量信號時，可多次重復(fù)采集多次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次，直到連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全或兩次以上結(jié)果完全一致一致方為有效方為有效輸入輸入輸出輸出5.5.3 CPU抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù) 當(dāng)干擾作用到當(dāng)干擾作用到CPU本身時，本身