測控系統(tǒng)原理與設(shè)計必備知識點(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上微機化檢測系統(tǒng)框圖：被測參數(shù)-傳感器-模擬輸入通道-微型計算機-測控通道分為：模擬量輸入通道，模擬量輸出通道，開關(guān)量輸入通道，開關(guān)量輸出通道模擬輸入通道的基本組成圖：（傳感器-信號調(diào)理電路-數(shù)據(jù)采集電路）-至微型計算機傳感器主要技術(shù)要求：1具有將被測量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功能，轉(zhuǎn)換范圍與被測量實際變化范圍（變化幅度范圍、變化頻率范圍）相一致2轉(zhuǎn)換精度符合整個測試系統(tǒng)系統(tǒng)根據(jù)總要求而分配給傳感器的精度指標（一般應(yīng)優(yōu)于系統(tǒng)精度的10倍左右），轉(zhuǎn)換速度應(yīng)符合整機要求。3能滿足被測介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求,如耐高溫、高壓、防腐等，能滿足用戶對可靠性和可維護性的要求。類型：

2、1大信號輸出傳感器：省去小信號放大環(huán)節(jié)2數(shù)字式傳感器：測量精度高抗干擾能力強，便于遠距離傳輸。3集成傳感器：簡化結(jié)構(gòu)，減小體積；4光纖傳感器：避免了電路系統(tǒng)的電磁干擾，本質(zhì)上解決由現(xiàn)場通過傳感器引入的干擾。信號調(diào)理：在一般測量系統(tǒng)中信號調(diào)理的任務(wù)較復(fù)雜，除了小信號放大、濾波，還有零點校正，線性化處理，溫度補償，誤差修正，量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為信號調(diào)理。相應(yīng)的執(zhí)行電路稱為信號調(diào)理電路。 典型調(diào)理電路的組成框圖： 傳感器信號 - 前置放大器 - 低通器 - 陷波器 - 高通器 - 至采集電路數(shù)據(jù)采集電路:1集中采集式(分時采集型：時間偏斜誤差，司步采集型信號有所褒減)2分散采集式(每一路信號都

3、有S /H和A/D)。 折疊失真：由采樣信號Xs(t)恢復(fù)出的信號Xo(t)與原來的被采樣信號X(t)在頻譜上的差別為Xo(w)一X(w)=n=-+ n0 X(W一nWs），這種差別叫折疊失真，時域表達式為x0(t)=x(t)+N(t),該項誤差N(t)稱為折疊噪聲或者折疊失真。消除：1必須使被采樣信號為帶限信號，即它的最高頻率為有限值，即fc=；2必須是采樣頻率大于被采樣信號最高頻率的倆倍。即采樣周期T滿足條件：Tfs/2，則采樣后該頻率分量就會變成幅值為Ab,頻率為fbfs/2的頻率分量，如圖所示，兩者以f=fs/2為軸對稱，即Aa=Ab,fb=fs-fa，這種現(xiàn)象稱為頻率混淆或假頻干擾。

4、危害：被采樣頻譜中高于fs2的頻率分量采樣后會沿fs2折迭到(fs-fc)fs/2頻段對信號形成干擾。消除：在采樣之前先用一個低通濾波器把高于fs2的頻率分量濾掉。（保證采樣時被采樣的頻譜只包含低于fs=6mlg2/lg(C-1)；去混淆巴特沃斯低通濾波器階數(shù)n=mlg2/lg(C-1)） 對于fmax大的高頻測試系統(tǒng)，采取措施：1減小通道數(shù)N，最好采用分散式采集方式即N=1；2減小頻率系數(shù)C，增大去混淆濾波低通濾波器陡度S；3選用轉(zhuǎn)換時間Tc斷的A D轉(zhuǎn)換芯片；4將由cpu讀取數(shù)據(jù)改為直接存儲器存儲技術(shù)，縮減休止時間T0。捕捉時間tAC：S/H輸出電壓從原來的保持值過渡到跟蹤輸入信號Vi值(

5、在確定的精度范圍內(nèi))所需的時間?？讖綍r間tAP：從發(fā)出保持指令即控制信號從采樣電平跳變?yōu)楸３帧彪娖介_始到模擬開關(guān)完全斷開所經(jīng)歷的時間，建立時間ts：從發(fā)出保持指令開始到采樣/保持器輸出達到保持終值(在確定的精度范圍內(nèi))所需時間。ts包括了tAp。由于孔徑時間的存在，采樣時間被額外地延遲了。當(dāng)被采樣信號是時變信號時，孔徑時間tAP的存在使保持指令來到后S/H器的輸出仍跟蹤輸人信號的變化。當(dāng)這一時間結(jié)束后，電路的穩(wěn)定輸出已不代表保持指令到達時刻輸人信號的瞬時值，而是代表tAp結(jié)束時刻輸人信號的瞬時值。兩者之差稱孔徑誤差。由于開關(guān)的截止時間在連續(xù)多次切換時存在某種漲落現(xiàn)象，以及電路中各種因素的影響，

6、使tAP存在一定的不確定性，這種現(xiàn)象稱為孔徑抖動或稱為孔徑時間不定性?？讖蕉秳邮侵付啻尾蓸又锌讖綍r間的最大變化量，其值等于最大孔徑時間與最小孔徑時間之差。要不要設(shè)置采樣保持器？A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時間，在這個轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，被轉(zhuǎn)換的模擬量應(yīng)基本維持不變，否則轉(zhuǎn)換精度沒有保證，甚至根本失去了意義。在轉(zhuǎn)換時間tc內(nèi)，被轉(zhuǎn)換信號的最大變化量不應(yīng)該超過一個量化單位q，即2fUmtc=Vmax/Vth。模擬信號輸出通路的調(diào)理電路形式：濾波，電壓/電流轉(zhuǎn)換（V/I和F/V）和放大（線性功率放大器）等。 開關(guān)量輸入通道組成：輸入緩沖器（采用三態(tài)門緩沖器74LS244）、輸入調(diào)理電路（小

7、功率積分電路消除開光抖動，RS觸發(fā)器消除開關(guān)兩次反跳。和大功率輸入調(diào)理電路）和輸入譯碼電路等。開關(guān)量輸出通道組成：輸出鎖存器、輸出驅(qū)動電路（直流負載驅(qū)動電路，晶閘管交流負載驅(qū)動電路，繼電器驅(qū)動電路、固態(tài)繼電器驅(qū)動電路）、輸出口地址譯碼電路等。設(shè)計舉例:步進電機的正反轉(zhuǎn)控制（單三拍控制方式、六拍控制方式、雙三拍控制方式）。電動機的平均轉(zhuǎn)速公式：Vd=Vmax*D(占空比，D越大，轉(zhuǎn)速越高。)電氣性能的相互匹配：1阻抗匹配；2負載能力匹配；3電平匹配。信號耦合方式：直接耦合，阻容耦合，變壓器耦合，光電耦合。零位誤差指出入為0時，輸出不為0。靈敏度誤差指實際靈敏度與標稱靈敏度的偏差。軟件校正法和硬件

8、矯正法：1傳感器調(diào)零電路2電橋調(diào)零電路3 放大器輸入偏移調(diào)零電路 4 AD轉(zhuǎn)換器調(diào)零電路。調(diào)零和調(diào)滿度是檢測儀表使用前最基本常用的兩項調(diào)試工作。量程自動切換：是實現(xiàn)自動測量的重要組成部分，它使測量過程自動迅速地選擇在最佳量程上，這樣既能防止數(shù)據(jù)溢出和系統(tǒng)過載，又能保證一定的測量精度。非線性校正法 1查表法2插值法（1線性插值：等距離節(jié)點分段直線校正法和非等距離節(jié)點分段直線矯正法2拋物線插值法）3擬合法（1最小二乘法：直線擬合和曲線擬合2最佳一致逼近法：線性最佳一致逼近，分段線性最佳一致逼近）。數(shù)字濾波：限幅濾波，中位值濾波，平均濾波（1算數(shù)平均濾波2去極值平均濾波3移動平均濾波4加權(quán)平均濾波）

9、，低通濾波，復(fù)合濾波。PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用：1比例環(huán)節(jié)：即時成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號e（t），偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差；2積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)T1。T1越大，積分作用越弱，反之越強；3微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變化得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。 模擬調(diào)節(jié)器控制相對于數(shù)字控制器控制的優(yōu)點：1模擬調(diào)節(jié)器進行的控制是連續(xù)的，而數(shù)字控制器采用的是采樣控制，在保持器作用下，控制量在一個采樣周期內(nèi)是不變化的；2由于計算

10、機的數(shù)值運算和輸入輸出需要一定時間，控制作用在時間上有延遲；3計算機的有限字長和AD、DA轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度使控制有誤差。每個采樣周期控制器輸出的控制量，是相對于上次控制量的增加，此時控制器應(yīng)采用數(shù)字PID增量型控制算法，其與位置型算法的比較：優(yōu)點:1增量型算法不需要做累加，控制量增加的確定只與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，計算誤差獲計算精度問題對控制量的計算影響很小，而位置型算法要用到過去的誤差累加值，容易產(chǎn)生大的累加誤差 2增量型算法得出的是控制量的增量，誤差動作小，必要時通過邏輯判斷或禁止本次輸出，不會影響系統(tǒng)工作。3采用增量型算法，易實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。PID算法的改進措施：1 微分項

11、的改進【不完全微分型PID控制算法，微分先行（是把對偏差的微分改為對控制量的微分）和輸入濾波（是在計算微分項時，不是直接應(yīng)用當(dāng)前時刻的誤差e(z)，而是采用濾波值e-(n)】 2積分項的改進【抗積分飽和（由積分項引起的過積分作用），消除積分不靈敏區(qū)】。 抗積分飽和措施（克服方法）：1積分限幅法 2 積分分離法 3 變速積分法。 積分不靈敏區(qū)：當(dāng)計算機的運行字長較短，采樣周期T也短，而積分時間T1又較長時，u1(n)容易出現(xiàn)小于字長的精度而丟數(shù)，此積分作用消失。消除不靈敏區(qū)措施：1增加AD轉(zhuǎn)換位數(shù)，加長運算字長，這樣可以提高運算精度。2當(dāng)積分項U1(n)連續(xù)N次出現(xiàn)小于輸出精度的情況時，不要把他

12、作為零舍掉，而把他們一次次累加起來，即SI= i=1-nuI(i) ，直到累加值Si大于才輸出Si，同時把累加單元清零。數(shù)字PID控制簡易工程整定法：1擴充臨界比例度法2擴充響應(yīng)曲線法3歸一參數(shù)整定法。噪聲干擾：噪聲源、對噪聲敏感的接收電路及噪聲源接收電路間的耦合通道。噪聲源：1內(nèi)部噪聲源（電路元器件產(chǎn)生的固有噪聲，感性負載切換時產(chǎn)生的噪聲干擾，接觸噪聲）2外部噪聲（天體和天電干擾，放電干擾，射頻干擾，工頻干擾）。噪聲耦合方式：1靜電耦合2電磁耦合3漏電流耦合 4共阻抗耦合（電源內(nèi)阻抗的耦合干擾，公共地線耦合干擾，輸出阻抗耦合干擾）。 噪聲的干擾模式：差模噪聲（指能夠使接收電路的一個輸入端相對

13、于另一個接收端產(chǎn)生電位差的噪聲）和共模噪聲（是相對于公共的電位基準點，在系統(tǒng)的接收電路的兩個輸入端上同時出現(xiàn)的噪聲）。 共模干猶的抑制:1隔離技術(shù)【隔離變壓器，縱向扼流圈，光電耦合器】2浮置技術(shù) 3浮動電容切換法。 差模干擾的抑制:1頻率濾波法2積分法3電平鑒別法【采用脈沖隔離門抑制干擾，采用削波器抑制干擾】4脈沖鑒別法。接地就是將某點與一個等電位點或等電位面之間用低電阻導(dǎo)體連接起來，構(gòu)成一個基準電位。 地線種類：信號地，模擬地，數(shù)字地，負載地，系統(tǒng)地。共地和浮地:如果系統(tǒng)地與大地絕緣，則該系統(tǒng)稱為浮地系統(tǒng)，浮地系統(tǒng)的系統(tǒng)地不一定為零電位。如果系統(tǒng)地與大地相連，則該系統(tǒng)稱為共地系統(tǒng)，共地系統(tǒng)地與大地電位相同。 常用的工業(yè)電子控制裝置宜采用共地系統(tǒng)，它有利于信號線的屏蔽處理，機殼接地可以免除操作人員的觸電危險。浮地的優(yōu)點是明顯地加大系統(tǒng)的信號放大器公共線與地(或外殼)之間的阻抗，阻斷干擾電流的通路，減少了共模干擾電流，缺點是設(shè)備不與大地連接，容易出現(xiàn)靜電積累現(xiàn)象，增加操作人員的觸電危險。接地方式:單點接地與多點接地。 接地環(huán)路:當(dāng)信號源和系統(tǒng)地都接大地時，兩者之間就構(gòu)成了接地環(huán)路。 共模干猶:VN與VI相串聯(lián)作為放大器輸入信號的一部分，形成了噪聲干擾，這個干擾是由