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1、第7章 过程控制数据处理的方法,7.1 数字滤波技术 7.2 量程自动转换和标度变换 7.3 测量数据预处理技术,在工业控制系统中,常存在干扰源,如温度、磁场等，使 采样值偏离真实值。 对于出现的各种干扰信号，常通过一定的计算程序，对多 次采样信号构成的数据系列进行平滑加工，提高有用信号所占 的比例，减少乃至消除各种干扰和噪音，保证系统工作的可靠 性。,7.1 数字滤波技术,（1） 无需增加任何硬设备。 （2）系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题。 （3）可多通道共享，从而降低了成本。 （4）可以对频率很低(如0.01Hz)的信号进行滤波。 （5）使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改
2、变滤波器的参数。 正因为数字滤波器具有上述优点，所以在计算机控制系统中得到广泛的应用。,1、数字滤波器的优点,2数字滤波的方法,数字滤波的几种常用方法： （1）程序判断滤波 （2）中值滤波 （3）算术平均值滤波 （4）加权平均值滤波 （5）滑动平均值滤波 （6）RC低通数字滤波 （7）复合数字滤波,7.1.1 程序判断滤波,程序判断滤波的方法，便是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现的最大偏差 Y。若超过此偏差值，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉；如小于此偏差值，可将信号作为本次采样值。 程序判断滤波根据滤波方法的不同，可分为限幅滤波和限速滤波两种。,1限幅滤波,方法： |Y（
3、k）-Y(k-1)|Y,则Y（k）= Y（k），取本次采样值 |Y（k）-Y(k-1)| Y,则Y（k）= Y（k-1），取上次采样值 式中，Y（k）第k次采样值； Y( k-1) 第(k-1)次采样值； Y相邻两次采样值所允许的最大偏差，其大小取决于采样周期T及Y值的变化动态响应。,适用范围： 主要用于变化比较缓慢的参数，如温度、物位等测量系统。 使用注意事项： 最大允许误差Y的选取，Y太大，各种干扰信号将“乘机而入”，使系统误差增大；Y太小，又会使某些有用信号被“拒之门外”，使计算机采样效率变低。 因此，门限值Y的选取是非常重要的。通常可根据经验数据获得，必要时，也可由实验得出。,微机控制
4、技术,限幅滤波是用两次采样值来决定采样结果，而限速滤波则用 三次采样值来决定采样结果。 设t1、t2、t3所采集的参数分别为Y(1)、Y(2)、Y(3)，那么 当|Y(2)-Y(1)|Y时，Y(2)输入计算机 当|Y(2)-Y(1)|Y时，继续采样取得Y(3) 当|Y(3)-Y(2)|Y时，则取Y(3)输入计算机 当|Y(3)-Y(2)|Y时，则取（Y(3)+Y(2)）/2输入计算机 在实际使用中，可用|Y(1)-Y(2)|+|Y(2)Y(3)/2取代Y。 限速滤波是一种折衷的方法，既照顾了采样的实时性，又顾及了 采样值变化的连续性。,2限速滤波,微机控制技术,限速滤波程序流程图,微机控制技术
5、,设Y（1）、Y（2）、Y（3）三次采样值分别存放在SUM为首地址的内存单元中，滤波结果存放在RESULT单元中。,ORG 8000H PRODT2: MOV A,20H;送Y1到A CLR C ; SUBB A,21H;计算Y1-Y2 JNC LOOP1; CPL A ;取绝对值 INC A ; LOOP1: MOV 23H,A;|Y1-Y2|送23H单元 MOV A,21H ;取Y2送A CLR C ; SUBB A,22H ;求Y2-Y3 JNC LOOP2 ; CPL A ;取绝对值 INC A ; LOOP2: MOV 24H,A ;|Y2-Y3|送24H ADD A,23H ;求Y
6、 RRC A ; MOV LIMIT,A;(|Y1-Y2|+|Y2-Y3|)/2到LIMIT单元 MOV A,23H ; CJNE A,LIMIT,DONE1; AJMP DONE2 ;|Y1-Y2|=Y，转DONE2,DONE1: JC DONE2 ;|Y1-Y2|Y，转DONE6 DONE5: MOV A,22H ;|Y2-Y3|Y,取Y3 AJMP DONE3 ; DONE6: MOV A,21H;取(|Y2+Y3|)/2 ADD A,22H ; RRC A ; AJMP DONE3 ; DONE2: MOV A,21H ;|Y1-Y2|Y,取Y2 DONE3: RET LIMIT EQ
7、U 30H,方法：在各个采样值中，寻找一个()，使该值与各采样值间偏差的平方和为最小,7.1.2 算术平均值滤波,适用范围： 算术平均滤波主要用于对压力、流量等周期脉动的采样值进行平滑加工，但对脉冲性干扰的平滑作用尚不理想。因而它不适用于脉冲性干扰比较严重的场合。采样次数N，取决于平滑度和灵敏度。随着N值的增大，平滑度将提高，灵敏度降低。通常对流量参数滤波时，N取12次，对压力取4次，至于温度，如无噪声干扰可不平均。,微机控制技术,7.1. 加权平均值滤波,在算术平均值滤波的基础上，将次采样值取不同的权值，然后再相加，称为加权平均值法。,7.1.5 滑动平均值滤波,无论是算术平均值滤波还是加权
8、平均值滤波都需要采集个数据，然 后求平均值，由于需要采样次，所以需要时间长，检测速度慢。滑动平均值滤波克服了这一缺点 实现方法： 在区建立一个字节的数据缓冲区 按顺序放入个采样数据 每采进一个新数据，就将最早采集的那个去掉 求包括新采样数据的个采样值的算术平均值或滑动平均值,第次滤波,第次滤波：采入新数据，最早数据被挤出,第次滤波,由于传感器所提供的信号变化范围很宽（从微伏到伏），为了提高测量精度，智能化测量仪表应能自动转换量程。 特别是在多回路检测系统中，当各回路的参数信号不一样时，必须提供各种量程的放大器，才能保证送到计算机的信号一致（05V）。,7.3.1 量程自动转换,由于这种变送器造
9、价比较贵，系统也比较复杂。现在已经研制出一种可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier），简称PGA。其放大倍数可根据需要用程序进行控制。 集成PGA PGA101、PGA102、PGA202/203 组合型PGA 运算放大器+CD4051 仪器放大器+PGA102 隔离放大器+PGA102,可编程增益放大器,以PGAl02为例说明这种电路的原理及应用，其他与此类似。,1、集成PGA,由脚和脚的电 平来选择增益为 1，10或100。,增益选择表,注： 逻辑0：0V V 0.8V 逻辑1：2V V +VCC 逻辑电压是相对于脚的。,2、组合型PGA,1）采用多路开关
10、的可编程增益运算放大器,微机控制技术,改变输入到CD 4051 选择输入端C，B，A 的数字，即可使R0R7 8个电阻中的一个接通 。这8个电阻的阻值可根据 放大倍数的要求，由公式 AVl+2R8Ri来求得， 从而可得到不同的放大倍数。,2、组合型PGA,2）增益可编程仪用放大器,微机控制技术,2、组合型PGA,3）增益可编程隔离放大器,微机控制技术,隔离放大器ISO122P和PGA102组成隔离型可编程放大器，ISO150为有隔离性能的双向数字耦合器，其输入端接到微型计算机的地址总线上，经隔离后接PGA102的1、2端子上，即可改变增益。,在微机过程控制系统中，生产中的各个参数都有着不同的数
11、值和量纲，所有这些参数都经过变送器转换成A/D转换器所能接收的05V统一电压信号，又由A/D转换成00FFH（8位）的数字量。为进一步进行显示、记录、打印以及报警等操作，必须把这些数字量转换成不同的单位，以便操作人员对生产过程进行监视和管理。这就是所谓的标度变换。,7.3.2 线形参数标度变换,前提：被测值与A/D转换结果成线形关系 公式：,1、线形参数标度变换公式,线形参数标度变换公式 通用公式： 若使测量下限A0对应的A/D采样值N0=0则公式可以简化为： 在很多仪表中测量下限A0=0，则它对应的N0=0，公式可以进一步简化为：,计算机实现标度变换 一般公式 当N0=0时 当A0=0，N0
12、=0时,例题：某压力测量仪表的量程为400Pa1200Pa，采用8位A/D转换器，设某采样周期计算机中经采样及数字滤波后的数字量为ABH，求此时的压力值。（假设Am对应的Nm=255D，A0对应的N0=0）,P227 22题,某梯度炉温度变化范围为1600摄氏度，经温度变送器输出电 压为15，再经ADC0809转换， ADC0809的转换范围为05，试计 算当采样值为9BH时，所对应的梯度炉温度是多少？（假设Am对应的Nm=255D ）,7.3.3 非线形参数标度变换,公式变换法 查表法 线形插值法 多项式插值法,7.3.3 非线形参数标度变换,公式变换法,此算式只是近似值算式,算式推导：,由于压力差与A/D值成线形关系,所以有:,代入可得如下等式:,由流量和压力差的关系式可得:,从而得到Qx的表达式:,7.4 线形插值法,线形插值算法,X0 X X1,7.4.3 插值法在流量测量中的应用,图6-14 用插值计算法计算流量Q的子程序框图,THANK YOU VERY MUCH ！,本章到此结束， 谢谢您的观看！,返回本章首页,结束放映,
