控制系统的数据处理技术.ppt

1 第6章控制系统的数据处理技术 2 主要内容 程序设计技术测量数据的预处理技术查表与数据排序技术软件抗干扰技术 3 软件分为系统软件 应用软件应用软件的设计主要包括以下几个模块 1 系统界面模块 2 采集模块 3 控制模块 4 数据处理模块 5 打印显示模块 6 数据存储模块 7 数据传输模块等 4 程序设计技术 一 程序设计的步骤与方法1 程序设计步骤一个完整的程序设计过程由几部分组成 1 拟定设计任务书 2 建立数学模型并确定算法 3 程序的总体设计及其流程图 4 编写源程序 5 源程序的编译与调试 6 系统软件的整体运行与测试 7 总结归纳进一步编写程序说明文件 5 2 程序设计方法程序设计时一般遵循模块化与结构化的程序设计思想 1 模块化程序设计概念 把一个较长的复杂的程序分成若干个功能模块或子程序 每个功能模块执行单一的功能 每个模块单独设计 编程 调试 最终组合在一起形成系统程序 优点 缺点 两种思路 自底而上自顶向下 6 2 结构化程序设计方法结构化程序设计的概念最早由DijkstraEW提出 1965年他在一次会议上指出 可以从高级语言中取消GOTO语句 程序的质量与程序中所包含的GOTO语句的数量成反比 1966年的BohmC和JacopiniG证明了只用三种基本的结构就能实现任何单入口单出口的程序 这三种基本的控制结构是 顺序 选择 循环 7 结构化程序设计是一种程序设计技术 它采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构 在总体设计阶段采用自顶向下逐步求精的方法 可以把一个复杂问题的解法分解和细化成一个由许多模块组成的层次结构的软件系统 特点 程序设计方法简单 设计出来的程序可读性强 容易理解 便于维护 是面向对象程序设计的基础 结构化程序设计可以表示成如下的公式 数据 操作 流程控制 结构化程序设计方法 8 组态 的概念最早来自英文 其含义 Configuration 是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置 包括进行对象的定义 制作和编辑 并设定其状态特征属性参数 达到使计算机或软件按照预先设置 自动执行特定任务 满足使用者要求的目的 二 工业控制组态软件 常见组态软件国外 Intouch Protool WinCC国内 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的MCGS北京三维力控科技有限公司的力控北京亚控科技发展有限公司的组态王台湾研华的GENIE等 9 1 嵌入式组态软件 1 嵌入式系统组成 嵌入式微处理器 外围硬件设备 嵌入式操作系统 以及应用软件系统 2 常见嵌入式计算机 单板计算机 SBC PC104计算机和饼干机 3 5英寸工业单板计算机 运行于WindowsCE DeltaOS 3 嵌入式计算机优点 1 功耗低 可靠性高 2 功能强大 具有很高的性能价格比 3 实时性强 支持多任务 4 占用空间小 效率高 10 该板主要特性 结构 嵌入式PC 104工业计算机主板 处理器 AMDGeodeGX1 工作频率为00 333MHz 默认值为300MHz 芯片组 AMDGeodeCS5530A 系统内存 在板32M 64M 128MBytesSDRAM 默认为64MBytes BIOS AWARDSYSTEMBIOS 即插即用 Flash写保护控制 显示接口 支持CRT 18bitTFT真彩LCD屏 4M共享内存 VGA分辨率最大支持1024 768 24bpp 1280 1024 8bpp LCDTFT最大支持1024 768 18bpp LCD黑白屏最大支持1024 768 18bppIDE接口 支持标准硬盘和CD ROM 可接DOM DISKONMODULE CF卡 SuperI O W83977F A 内置了RTC 两个串口 DOC接口 DOC2000存储容量为8MBytes 1GBytes 11 USB接口 2个USB1 1 BIOS支持USB启动 多功能接口 包含PS2键盘 鼠标 蜂鸣器 RESET复位接口串口特点 COM1支持RS232 COM2支持RS232 RS485总线支持 PC 104接口 4 20mA总线驱动指示灯 电源指示灯 硬盘指示灯 电源要求 8PIN电源插头 333MHz工作频率下 5V 0 99A 支持单一的 5V供电 低功耗 3 5W 典型值 电池 板上自带或外接后备电池 3 0V 3 6V 实时时钟尺寸 符合PC 104标准 90mm 96mm PCB板层数 6层 抗电磁干扰能力强 工作环境 温度 25 60 相对湿度 相对湿度5 95 非凝结 贮存温度 55 85 防EMI设计 显示接口 串口 键盘 鼠标接口 USB口等均采用防EMI设计 Watchdog 看门狗功能集成在PLD器件之中 128级 0 254秒 产生硬件RESET信号 操作系统 系统支持MS DOS Linux Win98 Wince Win2000 12 2 通用版组态软件通用版组态软件主要应用于时实性要求不高的监测系统中 它的主要作用是用来做监测和数据后处理3 组态软件主要解决的问题 1 如何与采集 控制设备间进行交换数据 2 来自设备的数据与计算机图形画面上的各个元素关联起来 3 处理数据报警和系统报警 4 存储历史数据并支持历史数据查询 5 各类报表的生成和打印输出 6 为使用者提供灵活多变的组态工具 适应不同领域的需求 7 最终生成的应用系统运行稳定可靠 8 具有第三方程序的接口 方便数据共享 13 4 组态软件的功能1 强大的画面显示组态功能 运行于windows2 良好的开放性 能与多种通信协议互联 支持多种硬件设备 向下能与底层数据设备通信 向上能与管理层通信 实现上位机和下位机的双向通信 3 丰富的功能模块 各种报表 曲线 报警等4 强大的数据库 5 可编程的命令语言 支持C VB等脚本语言6 周密的系统安全防范 7 仿真功能 14 甲班车速甲板日产甲班月产甲板故障统计350部分 15 16 17 18 19 测量数据预处理技术 在计算机控制系统中 数据采集是最基本的一种模式 一般是通过传感器 变送器把生产过程的各种物理参数转换成电信号 然后经A D通道或DI通道 把数字量送入计算机中 计算机在对这些数字量进行显示和控制之前 还必须根据需要进行相应的数据处理 数据处理离不开数值计算 而最基本的数值计算为四则运算 由于控制系统中遇到的现场环境不同 采集的数据种类与数值范围不同 精度要求也不一样 各种数据的输入方法及表示方法也各不相同 因此 为了满足不同系统的需要 设计出了许多有效的数据处理技术方法 如预处理 数字滤波 标度变换 查表和越限报警等 20 测量数据预处理技术 对测量数据的预处理是计算机控制系统数据处理的基础 这包括数字调零技术 系统校准技术 21 数字调零零点偏移是造成系统误差的主要原因之一 因此零点的自动调整在实际应用中最多 常把这种用软件程序进行零点调整的方法称为数字调零 图7 1数字调零电路 22 数字调零电路如图所示 在测量输入通道中 CPU分时巡回采集1路校准电路与n路传感变送器送来的电压信号 首先是第0路的校准信号即接地信号 理论上电压为零的信号 经放大电路 A D转换电路进入CPU的数值应当为零 而实际上由于零点偏移产生了一个不等于零的数值 这个值就是零点偏移值N0 然后依次采集1 2 n路 每次采集到的数字量N1 N2 Nn值就是实际值与零点偏移值N0之和 计算机要进行的数字调零就是做一次减法运算 使 Ni N0 的差值成为本次测量的实际值 很显然 采用这种方法 可去掉放大电路 A D转换电路本身的偏移及随时间与温度而发生的各种漂移的影响 从而大大降低对这些电路器件的偏移值的要求 降低硬件成本 23 测量数据预处理技术 一 系统误差的自动校准1 全自动校准1 原理 24 系统由多路转换开关 可以用CD4051实现 输入及放大电路 A D转换电路 计算机组成 可以在刚通电或每隔一定时间 自动进行一次校准 找到A D输出N与输入测量电压uy之间的关系 以后再求测量电压时则按照该修正后的公式计算 2 校准步骤 1 微机控制多路开关使K与3接通 则输入电压u 0 测出此时的A D值N0 2 微机控制多路开关使K与1接通 则输入电压u uR 测出此时的A D值NR 25 设测量电压与u与N之间为线性关系 表达式为 则上述测量结果满足 校正后的公式 如果只校准零点时 实际的测量值则为 26 2 人工自动校准 全自动校准只适合于基准参数是电信号的场合 且不能校正由传感器引入的误差 为此 可采用人工校准的方法 人工自动校准不是自动定时校准 而是由人工在需要时接入标准的参数进行校准测量 并将测量的参数存储起来以备以后使用 人工校准一般只测一个标准输入信号yR 零信号的补偿由数字调零来完成 27 1 铂热电阻的阻值与温度的关系Pt100铂热电阻适用于测量 200 850 全部或部分范围测温 主要特性是测温精度高 稳定性好 Pt100阻值与温度的关系分为两段 200 0 和0 800 其对应关系为 200 0 范围内0 800 范围内 二 线性化处理输出与被测量之间呈现非线性关系 需要进行线性化处理和非线性补偿 28 查表法 根据公式 离线计算出所测量温度范围内温度与铂热电阻的对应关系表即分度表 然后将分度表输入计算机中 利用查表的方法实现 分段线性 画出对应的曲线 然后分段进行线性化 即用多段折线代替曲线 线性化过程见插值算法 29 2 热电偶热电势与温度的关系非线性关系 铜 康铜热电偶铁 康铜热电偶镍铬 镍铝热电偶 30 补偿的目的是使输出更加接近理论值 造成非线性关系输出的原因很多 除了传感器自身的因素外 还有很多外界因素 例如漂移 这些外界因素很复杂 不能直接计算得到 所以要进行非线性补偿 排除其他影响 才能得到合理的输出 31 在过程控制中 由于由传感器等检测元件测得的电信号与被检测的物理参数之间往往存在非线性关系 例如 温度测量中 热电偶输出的热电势信号与温度之间的关系是非线性的 为了得到均匀的显示刻度 希望系统的输出与输入有线性关系 往往采用非线性补偿方法 将非线性关系转化为线性关系 硬件补偿 补偿精度不高软件补偿 方法灵活 补偿精度高 32 三 标度变换 概念 将A D转换后的数字量转换成与实际被测量相同量纲的过程称为标度变换 也称为工程量转换 33 1 线性参数标度变换线性参数标度变换是最常用的标度变换 其前提条件是被测参数值与A D转换结果为线性关系 图6 3输入 输出线性关系图 当Nmin 0时 当Amin 0 对应Nmin 0 34 2 非线性参数标度变换 1 公式变换法 2 其他标度变换法 35 多项式变换 还有些传感器的输出信号与被测参数之间虽为非线性关系 但它们的函数关系无法用一个解析式来表示 或者解析式过于复杂而难于直接计算 这时可以采用一种既计算简便又能满足实际工程要求的近似表达式 插值多项式来进行标度变换 36 多项式变换 插值多项式是用一个n次多项式来代替某种非线性函数关系的方法 其插值原理是 被测参数y与传感器的输出值x具有的函数关系为y f x 只知道在n 1个相异点处的函数值为 f x0 y0 f x1 y1 f xn yn 现构造一个n次多项式Pn x anxn an 1xn 1 a1x a0去逼近函数y f x 把y f x 中这n 1个相异点处的值作为插值代入n次多项式Pn x 便可以获得n 1个一次方程组 37 式中x0 x1 xn是已知的传感器的输出值 y0 y1 yn是被测参数 可以求出n 1个待定系数a0 a1 an 从而构造成功一个可代替这种函数关系的可插值多项式Pn x 38 下面用热敏电阻测量温度的例子来说明这一过程 热敏电阻具有灵敏度高 价格低廉等特点 但是热敏电阻的阻值与温度之间的关系是非线性的 而且只能以表的方式表示 现构造一个三阶多项式P3 R 来逼近这种函数关系 39 取三阶多项式为t P3 R a3R3 a2R2 a1R a0并取t 10 17 27 39这4点为插值点 便可以得到以下方程组 40 解上述方程组 得a3 0 2346989a2 6 120273a1 59 28043a0 212 7118因此 所求的逼近多项式为t 0 2346989R3 6 120273R2 59 28043R 212 7118 这就是用来标度变换的插值多项式 将采样测得的电阻值R代入上式 即可获得被测温度t 41 显然 插值点的选择对于逼近的精度有很大的影响 通常在函数y f x 的曲线上曲率大的地方应适当加密插值点 一般来说 增加插值点和多项式的次数能提高逼近精度 但同时会增加计算时间 而且在某些情况下反而可能会造成误差的摆动 另一方面 对于那些带拐点的函数 如果用一个多项式去逼近 将会产生较大的误差 为了提高逼近精度 且不占用过多的机时 较好的方法是采用分段插值法 分段插值法是将被逼近的函数根据其变化情况分成几段 然后将每一段区间分别用直线或抛物线去逼近 分段插值的分段点的选取可按实际曲线的情况灵活决定 既可以采用等距分段法 又可采用非等距分段法 42 四 插值算法原因 1 非线性 运算复杂 误差大 2 有时没有明确数学表达式 3 实际系统允许一定范围的误差 1 线性插值算法用直线AB代替弧线AB插值点x0与x1之间的间距越小 则在这一区间内f x 与g x 之间的误差越小 43 2 分段插值算法 1 基本思想 将被逼近的函数 或测量结果 根据其变化情况分成几段 为了提高精度及缩短运算时间 各段可根据精度要求采用不同的逼近公式 最常用的是线性插值和抛物线插值 44 2 分段插值算法程序设计步骤1 用实验法测量出传感器的输出变化曲线y g x 2 将上述曲线进行分段 选取各插值基点 曲线分段的方法主要有两种 等距分段法和非等距分段法 等距分段法 非等距分段法3 根据各插值基点的 xi yi 值 使用相应的插值公式 求出实际曲线g x 每一段的近似表达式fn x 4 根据fn x 编写出应用程序 45 如上例热敏电阻温度t与阻值R的插值多项式 其计算量较大 程序也较复杂 为使计算简单 提高实时性 可采用分段线性插值公式或称分段线性化的方法 即用多段折线代替曲线进行计算 图热敏电阻特性及分段线性化 46 根据表中的数据制成图7 5所示的热敏电阻特性及分段线性化 图中曲线为热敏电阻的负温度 电阻特性 折线L0 L1 L2代替或逼近曲线 当获取某个采样值R后 先判断R的大小处于哪一折线段内 然后就可按相应段的线性化公式计算出标度变换值 其计算公式是 k0 R R0 t3R0 R R1t k1 R R1 t2R1 R R2 k2 R R2 t1R2 R R3式中k0 k1 k2分别为线段L0 L1 L2的斜率 同样 分段数越多 线性化精度越高 软件开销也相应增加 分段数应视具体情况和要求而定 当分段数多到线段缩成一个点时 实际上就是另一种方法 查表法 47 五 越限报警处理 越限报警是工业控制过程常见而又实用的一种报警形式 它分为上限报警 下限报警 上下限报警 如果需要判断的报警参数是xn 该参数的上下限约束值分别为xmax和xmin 则上下限报警的物理意义如下 上限报警 若xN xmax 则上限报警 否则执行原定操作 下限报警 若xn xmin 则下限报警 否则执行原定操作 上下限报警根据上述规定 编写程序可以实现对被控参数 偏差 控制量等进行上下限报警 48 软件报警程序设计 假设被测参数的采样值为Ux 设定该参数的上 下限值分别为Umax Umin 要求若被测参数Ux Umax时 则上限报警 若被测参数Ux Umin时 则下限报警 为此设计的报警电路如图所示 49 当参数正常时 绿灯亮 若超过上限或低于下限值 将发出声光报警 由于参数位都接有反相器 所以当某位为 1 时 该位的灯亮 本程序的设计思想是设置一个报警模型标志单元ALARM 然后把参数的采样值分别与上 下限值进行比较 若某一位需要报警 则将相应位置 1 否则 清 0 待参数判断完后 看报警模型标志单元ALARM的内容是否为00H 如果为00H 说明参数正常 使绿灯发光 如果不为00H 则说明参数越限 输出报警模型 软件报警程序设计 50 软件报警程序流程图 51 直接报警程序 这种报警方法的前提条件是被测参数与给定值的比较是在传感器中进行的 当检测值超过上限或低于下限时 结点开关闭合 从而产生报警信号 这类报警系统的电路如图所示 52 在图中 SL1和SL2分别为被测参数的上 下限报警结点 当被测参数处于正常范围时 P1 0和P1 1均为高电平 当参数超过上限或低于下限时 其中的一个结点就会闭合 这样就会由高电平变为低电平 向CPU发出中断请求 CPU响应中断后 读入报警状态P1 0和P1 1 然后从P1 4和P1 5输出报警信号 完成越限报警 53 查表及数据排序技术 原因 计算复杂 难于计算概念 把事先计算或测得的数据按一定顺序编制成表格 查表程序的任务就是根据被测参数的数值或者中间结果 查出最终所需要的结果 一般将要查询的数据或字符称为关键字表格有两种排列方法 1 无序表格 即表中数据任意排列 2 有序表格 即表中数据按一定顺序排列 如按升序或降序排列等 54 一 数据排序技术 目的 把无序的数据表按大小顺序排列 变成有序的数据表常用的排序方法有 直接插入排序希尔排序选择排序快速排序 55 1 直接插入排序 图6 5直接插入排序示例 每次把第i个数据与前i 1个数据逐个比较 一旦找到合适位置就插入 56 2 希尔排序 图6 6希尔排序示例 57 3 选择排序 初始数据5545781234231166114578123423556611127845342355661112234534785566111223344578556611122334457855661112233445557866排序结果1112233445556678 图6 7选择排序示例 58 4 快速排序 图6 8快速排序过程示例 59 60 冒泡排序与快速排序 互换排序 定义 所谓互换排序是指借助数据元素之间的互换进行排序的一种方法 冒泡排序 BubbleSort 是一种最简单的互换排序 它是通过相邻两项目的比较 按一定次序互换 使表格逐步达到有序化 快速排序 QuickSort 是对冒泡排序的一种改进 61 1 冒泡排序 基本思想 首先对具有n个项目的无序表进行扫描 比较相邻两个元素的大小 若发现逆序则进行互换 由此可以使n个项目中的最大者沉到表的最后 然后对剩下的未排序好的项目再进行扫描 使它们之中的最大者又沉到表的最后 以此类推 直到将表全部排序好为止 62 冒泡排序 将第一个记录的关键字与第二个记录的关键字进行比较 若为逆序r 1 key r 2 key 则交换 然后比较第二个记录与第三个记录 依次类推 直至第n 1个记录和第n个记录比较为止 第一趟冒泡排序 结果关键字最大的记录被安置在最后一个记录上 63 冒泡排序 对前n 1个记录进行第二趟冒泡排序 结果使关键字次大的记录被安置在第n 1个记录位置重复上述过程 直到 在一趟排序过程中没有进行过交换记录的操作 为止 64 快速排序 在冒泡排序中 每经过一次数据元素的互换只能移掉一个逆序 如果在排序过程中 每经过一次比较 使元素移动不止一个位置 这就有可能同时移掉多个逆序 达到加速排序的目的 基本思想 通过一趟分割将线性表分成两部分 其中前一部分的所有元素值均不大于后一部分中的每一个元素值 然后对每一部分再进行分割 直到整个线性表有序为止 65 具体做法 从线性表中选取一个元素 设为T 然后将线性表后面小于T的元素移到前面 而前面大于T的元素移动到后面 结果就将线性表分成了两部分 两个子表 而T插入到其分界线的位置处 该过程被称为线性表的分割 对分割后的各子表再按上述原则进行分割 直到所有子表为空为止 则此时的线性表就变成了有序表 66 首先 在表的第一个 中间一个与最后一个元素中选取中项 设为L k 并将L k 赋给T 再将表中的第一个元素与L k 交换 然后设置两个指针i和j分别指向表的起始与最后的位置 反复作以下两步 1 将j逐渐减小 并逐次比较L j 与T 直到发现一个L j T为止 将L j 移到L i 的位置上 2 将i逐渐增大 并逐次比较L i 与T 直到发现一个L i T为止 将L i 移到L j 的位置上 上述两个操作交替进行 直到指针i与j指向同一个位置 即i j 为止 67 快速排序的过程 68 完成一趟排序 273813 49 76976550 分别进行快速排序 13 27 38 49 5065 76 97 快速排序结束 1327384950657697 49 27 49 65 13 49 49 97 69 二 查表技术 表的排列方式分为无序表格和有序表格查表的方法主要有 顺序查表法 计算查表法 对分查表法等 70 1 顺序查表法 顺序查表法又称为线形查表法 是针对无序表格查询的一种方法特点 程序设计简单 查询效率很低 顺序查表速度较慢 设表中有n个数据 平均查找次数M约为n n 1 2 只适用于表中数据较少的情况 71 2 计算查表法 计算查表法又称直接查表法D K N F这种有序表格要求各元素在表中排列的格式及所占用的空间必须一致 而且表中各元素严格按顺序排列的 它适用于某些数值计算程序 功能键地址转移程序以及数码转换程序等 72 3 对分查表法 表格为有序表格对分查表法的具体作法 先选择表中间的一个数据d 与要搜索的关键字k进行比较 若相等 则查到 若不等 则继续查找 对于从小到大的顺序来说 如果k d 则取表的后半中间的数据d1 如果k d1 那就再取表的前半部中间的数据 再与k进行比较 这样重复执行 直到找到所需要的记录 如果没有 则查找失败 73 1112233445556678 第二次 1112233445556678L 5D 6H 8第二次 1112233445556678L 5D 5H 5 第一次 1112233445556678 L 1 D 4 H 8 74 软件抗干扰技术 概念 软件抗干扰技术是当系统受干扰后使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法 研究内容 采取软件的方法抑制叠加在模拟输入信号上噪声的影响 如数字滤波技术 由于干扰而使运行程序发生混乱 导致程序乱飞或陷入死循环时 采取使程序纳入正规的措施 如软件冗余 软件陷阱技术等 目的 保证系统长期稳定可靠运行 75 一 数字滤波技术 与模拟滤波器相比 具有如下优点 由于数字滤波采用程序实现 所以无需增加任何硬设备 可以实现多个通道共享一个数字滤波程序 从而降低了成本 由于数字滤波器不需增加硬设备 所以系统可靠性高 稳定性好 各回路间不存在阻抗匹配问题 可以对频率很低 如0 01Hz 的信号实现滤波 克服了模拟滤波器的缺陷 可根据需要选择不同的滤波方法 或改变滤波器的参数 较改变模拟滤波器的硬件电路或元件参数灵活 方便 76 1 平均值滤波 1 算术平均值滤波实质即把N次采样值相加 然后再除以采样次数N 得到接近于真值的采样值 主要用于对压力 流量等周期脉动的参数采样值进行平滑加工对脉冲性干扰的平滑作用尚不理想程序实现方法一 将采样值依次保存在内存空间的单元中 将N个数据相加得到累加结果 累加结果除以N 即可得到算术平均值 方法二 将第一次采样值存入内存空间 第二次采样值与第一次采样值相加保存累加结果 依此类推直至将N个结果累加完毕 再将累加结果除以N得到平均值 该方法优点是占用内存空间相对第一种方法要小 77 2 加权算术平均值滤波将各采样值取不同的比例 然后再相加 N次采样的加权平均公式为式中各次采样值的系数体现了各次采样值在平均值中所占的比例 可根据具体情况决定 一般采样次数愈靠后 取的比例愈大 这样可增加新的采样值在平均值中的比例 这种滤波方法可以根据需要突出信号的某一部分 抑制信号的另一部分 78 3 滑动平均值滤波步骤 1 首先采样N个数据放在内存的连续单元中组成采样队列 计算其算术平均值或加权算术平均值做为第1次采样值 2 接下来将采集队列向队首移动 将最早采集的那个数据丢掉 新采样的数据放在队尾 而后计算包括新采样数据在内的N个数据的算术平均值或加权平均值 3 这样 每进行一次采样 就可计算出一个新的平均值 从而大大加快了数据处理的速度 关键 每采样一次 移动一次数据块 然后求出新一组数据之和 再求平均值 注意 在滑动平均值滤波中开始时要先把数据采样N次 再实现滑动滤波 79 2 中值滤波 中值滤波是在三个采样周期内 连续采样三个数据x1 x2 x3 从中选择一个大小居中的数据做为采样结果 用算式表示为 若x1 x2 x3 则x2为采样结果中值滤波对于去掉偶然因素引起的波动或传感器不稳定而造成的误差所引起的脉冲干扰比较有效 对缓慢变化的过程变量采用中值滤波效果比较好 但对快速变化的过程变量 如流量 则不宜采用 中值滤波对于采样点多于三次的情况不宜采用 80 3 程序判断滤波 程序判断滤波方法 是根据生产经验或计算公式 确定出相邻两次采样信号之间可能出现的最大偏差 若两次采样偏差绝对值超过此偏差值 则表明干扰信号对采样数据的影响不容忽视 应该进行处理 当采样信号由于随机干扰 如大功率用电设备的启动或停止 造成电流的尖峰干扰或误检测 以及传感器不稳定而引起采样信号的失真等 可采用程序判断法进行滤波 限幅滤波限速滤波 81 1 限幅滤波 把两次相邻的采样值x n 与x n 1 相减 求出其变化量的绝对值 然后与两次采样允许的最大差值e进行比较 若小于或等于e 则保留本次采样值x n 若大于e 则取上次采样值x n 1 作为本次采样值 即 x n x n 1 即 当 x n x n 1 e时 则x n x n 1 当 x n x n 1 e时 则x n x n 用于变化比较缓慢的参数 如温度 物位等测量系统 使用时关键问题是最大允许误差e的选取 82 表6 1限幅滤波实例表 83 2 限速滤波 设顺序采样时刻t1 t2 t3所采集的参数分别为x 1 x 2 x 3 那么若 x 2 x 1 e时 则保留x 2 若 x 2 x 1 e时 x 2 不采用 但先保留 继续采样取得x 3 若 x 3 x 2 e时 则取x 3 做为采样的真实信号若 x 3 x 2 e时 则取 x 3 x 2 2做为真实信号限速滤波的缺点 首先e要根据现场检测 测试之后而定 对不同的过程变量 不能根据现场的情况不断更换新值 其次是不能反应采样点数N 3时各采样数值受干扰倩况 因此其应用受到一定的限制 在实际使用中 可用 x 1 x 2 x 2 x 3 2取代e 这样也可基本保持限速滤波的特性 虽增加运算量 但灵活性大为提高 84 4 RC低通数字滤波 模拟低通滤波器的传递函数利用计算机实现 须