测量与控制算法PPT课件

1 主要内容 数字滤波算法中的一阶惯性滤波 限幅滤波 中位值波 算术平均值滤波 滑动平均值滤波和复合滤波滤法 第八章智能化测量控制仪表中的常用测量与控制算法 2 在智能测量控制仪表中 单片机得到模拟测量环节和模 数转换器转换后的数字量后 进行分析和加工处理 然后输出作显示或控制之用 整个过程按照一定的程序所规定的算法来完成 算法 即计算的方法 是为了获得某种特定的计算结果而规定的一套详细的计算方法和步骤 算法可以表示为数学公式 又称数学模型 或者操作流程 对同一个问题可以采用不同的算法来解决 3 如对于开关和倒相器电路的算法可用A B C 表示 或者用流程图来表示 无输出 倒相输出 Vi Y Y Y N N N 4 测量算法是指直接与测量技术有关的算法 主要包括克服随机误差的数字滤波算法 克服系统误差的矫正算法 量程自动切换及工程量变换算法等 当由于存在随机误差使被测信号中混入了无用成分时 可采用滤波器滤掉信号中的无用成分信号提高信号质量 模拟滤波器在低频和甚低频时实现是比较困难的 而数字滤波器不存在这些困难 具有高精度 高可靠性和高稳定性的特点 广泛用于智能测控仪表中克服随机误差 5 数字滤波器克服随机误差的优点是 1 由软件实现 不需要硬件 不存在阻抗不匹配的问题 2 对于多路信号输入通道 可供用一个软件 滤波器 从而降低仪表的硬件成本 3 该运算参数或滤波程序 可方便改变滤波特性 特别适合于低频脉冲干扰和随机噪声的克服 6 8 1 1一阶惯性滤波 yn axn byn 1其中a b 1一阶惯性滤波算法对于周期干扰具有良好的抑制作用 不足是带来了相位滞后 灵敏度低的缺点 同时不能消除频率高于采样频率的二分之一 称为奈奎斯特频率 对于高于奈奎斯特频率的干扰信号 应采用模拟滤波器 7 例 8 1设yn 1在60H为首地址的单元中 xn在62H为首地址的单元中 均为双字节 取a 0 25 b 0 75 将滤波结果放在R2和R3中 分析 因为yn axn byn 1 所以yn 0 25xn 0 75yn 1即yn 0 25 xn yn 1 0 5yn 1 8 例8 1设yn 1在60H为首地址的单元中 xn在62H为首地址的单元中 均为双字节 取a 0 25 b 0 75 滤波结果在R2R3中 程序如下 FOF MOVR0 60HMOVR1 62HCLRCINCR0MOVA R0RRCAMOVR2 A DECR0MOVA R0RRCAMOVR3 A 0 5yn 1 存入R2R3 9 MOVA R0ADDA R1MOVR7 A xn yn 1 低字节相加存于R7INCR0INCR1MOVA R0ADDCA R1 xn yn 1 高字节相加存于ACLRCRRCAMOVR6 A xn yn 1 高字 0 5存于R6MOVA R7RRCAMOVR7 A xn yn 1 低字节 0 5存于R7 10 CLRCMOVA R6RRCAMOVR6 A xn yn 1 高字节 0 25存于R6MOVA R7RRCA xn yn 1 低字节 0 25存于AADDA R3MOVR3 AMOVA R6ADDCA R2MOVR2 A 0 25 xn yn 1 0 5yn 1 R2R3RET 11 由于测控系统中存在随机脉冲干扰 或由于变送器不可靠而将尖脉冲干扰引入输入端 从而造成测量信号的严重失真 对于这种随机干扰 限幅干扰是一种有效的方法 基本方法是 比较相邻 n和n 1时刻 的两个采样值yn和yn 1 根据经验确定两次采样允许的最大偏差 若超过 认为是随机干扰 并认为后一次采样值yn为非法值 剔除yn后可用yn 1代替yn 若没有超过 则认为此次采样值有效 8 1 2限幅滤波 12 例8 2设当前采样值存于30H 上次采样值存于31H 结果存于32H 最大允许偏差设为01H PUSHACC 保护现场PUSHPSWMOVA 30HCLRCSUBBA 31HJNCLP0 yn yn 10吗 CPLALP0 CLRCCJNEA 01H LP2LP1 MOV32H ASJMPLP3 LP2 JCLP1MOV32H 31HLP3 POPPSWPOPACCRET 13 中位值滤波是对某一被测参数连续采样n次 一般取奇数 将n次采样值按大小排列 取中间值为本次采样值 能有效的克服偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰 对温度 液位等缓慢变化的被测参数可收到良好的效果 对于流量 压力等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波 8 1 3中位值滤波 14 算术平均值滤波适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波 这种信号的特点是信号本身在某一数值范围附近上下波动 例如测量流量 液位时经常遇到这种情况 算术平均值滤波是要按输入的N个采样数据xi i 1 N 寻找这样一个数y 使y与各采样值之间偏差的平方和最小 即 8 1 4算术平均值滤波 其中 15 采用算术平均值后 对信号的平滑滤波程度完全取决于N 当N较大 外界信号的变化对测量计算结果y的影响小 当N较小时 灵敏度提高 应按具体情况选取N 一般的流量测量 可取N 8 16 对压力等测量 可取N 4 编程时需要考虑是否超过寄存器的最大值 考虑用多字节的表示方法 然后进行多字节的除法 右移指令实现 8 1 4算术平均值滤波 16 滑动平均值滤波是采用队列作为测量数据存储器 队列的长度固定为N 每进行一次新的测量 把测量结果放于队尾 而扔掉原来对首的一个数据 保证队列中始终有N个 最新 的数据 计算平均值时 只要把队列中的N个数据进行算术平均 就可得到新的算术平均值 这样每进行一次测量 就可计算得到一个新的算术平均值 8 1 5滑动平均值滤波 17 在算术平均滤波和滑动平均滤波算法中 N次采样值在输出结果中的比重是均等的 即1 N 用这样的滤波算法 对于时变信号会引入滞后 且N越大滞后越严重 为了增加新的采样数据在滑动平均中的比重 以提高系统对当前采样值中所受干扰的灵敏度 可采用加权滑动平均铝箔算法 即对不同时刻的数据加以不同的权 通常越接近现时刻的数据 权取得越大 8 1 6加权滑动平均滤波 且 18