计算机控制系统1.

第八章计算机控制系统软件设计(三)28.4数据处理技术在计算机控制系统中，需要对生产过程中的各种信号进行测量。生产过程传感器/变送器电信号A/D通道数字信号计算机放大、滤波、隔离（硬件）预处理、滤波、非线性处理、标度变换38.4数据处理技术8.4.18.4.28.4.38.4.48.4.5数据预处理技术数据滤波技术非线性处理技术标度变换技术越限报警处理48.4数据处理技术8.4.1数据预处理技术数字调零系统校准进行初步系统误差矫校正。误差产生原因：零点漂移、器件老化等。58.4数据处理技术数字调零系统校准测量理论为零的信号，若结果为不等于零的数值X0,则之后测量结果均减去X0设数字调零后，测量标准信号yR时的数据为xR，则当测得信号为x时，实际信号为：y=(yR/xR)*x68.4数据处理技术滤去高频干扰和频率较低的干扰。用计算机程序代替RC低通滤波器。实质：对输入信号进行多次采样，通过某种算法对采样值进行平滑加工，减少干扰。优点：可对低频干扰进行滤波，灵活，无需硬件8.4.2数字滤波技术78.4数据处理技术数字滤波技术惯性滤波中值滤波程序判断滤波平均值滤波复合滤波88.4数据处理技术8.4.2数字滤波技术---(1)中值滤波连续采样N（奇数）次；将采样值按顺序排列，取中间值作为本次有效采样值。注：N应当谨慎选取（3-5次即可）。N过小无法去除干扰作用，过大会造成采样数据时延过大。98.4数据处理技术8.4.2数字滤波技术---(2)程序判断滤波用于屏蔽由于随机干扰、误检测或变送器不稳定引起的严重失真。（1）限幅滤波设定2次测量增量允许的最大偏差Y取上次采样值取本次采样值YkYkYifYkYkYif)1()()1()(108.4数据处理技术8.4.2数字滤波技术---(2)程序判断滤波（2）限速滤波设定2次测量增量允许的最大偏差2)2()3()2()3()3()2()3()3()1()2()2()1()2(YYYYYifYYYYifYYYYifYYYYif取取，继续采集取118.4数据处理技术8.4.2数字滤波技术---(3)平均值滤波算数平均滤波NiiXNkY1)(1)(加权平均滤波)1(,)()(11NiiNiiCiXCkY滑动平均滤波（处理后再求平均值）新数据旧数据往前挪最旧数据删除128.4数据处理技术8.4.2数字滤波技术---(3)平均值滤波去极值平均滤波连续采样N次，取消一个最大值；去掉一个最小值，计算余下N-2个采样数据的算数平均值。138.4数据处理技术8.4.2数字滤波技术---(4)惯性滤波实质：用数字方法模拟硬件低通滤波器Tf=RC，称为滤波时间常数，Tf越大，滤出的干扰频率越低，但硬件滤波器C无法做到很大。11)()()(sTsXsYsGf148.4数据处理技术8.4.2数字滤波技术---(4)惯性滤波11)()()(sTsXsYsGf对应差分方程：)()1()1()()1()()()()1()(kXkYkXTTTkYTTTkYkXkYTkYkYTffffTf越大，即越小，滤出的干扰频率越低。158.4数据处理技术8.4.2数字滤波技术---(5)复合滤波把两种以上的滤波方法结合起来。如：程序判断滤波和平均值滤波结合起来，先剔除变快过快的随机干扰或误检测数据，剩下的数据再求平均值。168.4数据处理技术8.4.2数字滤波技术---各种滤波方法比较1）滤波效果变化缓慢的信号程序判断滤波、一阶滞后滤波变换快速的信号算数平均滤波、加权平均滤波（因为算数平均滤波和加权平均滤波需要多次采样）2）滤波时间尽量采用执行时间比较短的滤波程序。178.4数据处理技术8.4.3非线性处理技术计算法查表法使现场实际信号和经过A/D通道转换后的信号呈线性关系。插值法188.4数据处理技术8.4.3非线性处理技术---（1）计算法当非线性关系较简单时，根据某种数学算法处理成简单数学关系，按公式计算。【例1】孔板差压（）与流量（F）的关系PkFP)1()1(21)(kyxkykyxy牛顿法：198.4数据处理技术8.4.3非线性处理技术---（1）计算法当非线性关系较简单时，根据某种数学算法处理成简单数学关系，按公式计算。【例2】热电偶的热电势E和所测温度T的关系0123401223344)(EEEETEEEET208.4数据处理技术8.4.3非线性处理技术---（2）查表法事先将实际数据和变换后的数据一一对应，按一定的顺序编制成表格，存入内存单元中；查表程序根据测量值，查表获得实际数据。218.4数据处理技术8.4.3非线性处理技术---（3）插值法实质：用简单的表达式近似复杂非线性公式。多项式插值计算方法：0111...axaxaxaynnnn假设：nnnnnnnnnnnnnnnnyaxaxaxayaxaxaxayaxaxaxa01111111111100011010.........采集n组实际值—采样值数据，代入上述方程组求解参数。228.4数据处理技术8.4.4标度变换技术线性标度变换非线性参数标度变换把经过A/D转换器变换后得到的数字量转换成原始物理量。热电偶放大A/D转换CPU显示0~1000℃0~48mV0~5V00~FFH0~1000℃238.4数据处理技术8.4.4标度变换技术---（1）线性标度变换0000)(NNNNAAAAmxmx若被测参数与A/D转换结果为线性关系：0N0xNmN0AxAmA工程量A/D转换后的数字量248.4数据处理技术8.4.4标度变换技术---（1）线性标度变换【例】已知某温度测量仪表的量程为0~800℃，某时刻经A/D采样变换后得到的数字量为CDH。假设该仪表的量程是线性的，A/D转换器是8位的，问此时的温度值是多少？解：DmDxmFFHNCDHNCAA)255(,)205(;800;00CNNNNAAAAmxmx13.643)(0000258.4数据处理技术8.4.4标度变换技术---（2）非线性标度变换【例】孔板差压（）与流量（F）的关系00000000)(FFFNNNNFNkNkNkNkFFFFPkFmmxxmxmxP268.4数据处理技术8.4.5越线报警处理采样得到的数据经过预处理后，与生产现场规定的上下限做比较，超出则报警。改进：增加回差带。下限上限报警撤销报警