第八数据处理技术演示文稿

第八数据处理技术演示文稿目前一页\总数三十八页\编于十八点（优选）第八数据处理技术目前二页\总数三十八页\编于十八点物理参数传感器(变送器:4-20mA,0-20mA,0-5v,0-10v,1-5v)电信号A/D通道(orDI通道)计算机显示和控制之前，进行数据处理主要包括：预处理，数字滤波，标度变换，越限报警等目前三页\总数三十八页\编于十八点8.1数据预处理基础包括数字调零技术、系统校准技术以及输入、输出数据的极性与字长的予处理等目前四页\总数三十八页\编于十八点零点偏移是造成系统误差的主要原因之一用软件程序进行零点调整数字调零目前五页\总数三十八页\编于十八点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:零点偏移值N0然后:依次采集1、2、…n路，N1、N2、…Nn=实际值+N0数字调零减法运算可去掉很多项漂移的影响降低硬件成本

目前六页\总数三十八页\编于十八点8.2数字滤波方法工业生产的现场环境非常恶劣硬件电路的滤波处理仍然混有随机干扰目前七页\总数三十八页\编于十八点什么是数字滤波？采样多次用某种计算方法进行数字处理(削弱或滤除干扰噪声造成的随机误差)获得一个较真实信号一种程序滤波特点？修改滤波参数容易一个滤波程序可被多个通道共用可以对极低频率的信号进行滤波目前八页\总数三十八页\编于十八点平均值滤波、中值滤波、限幅滤波和惯性滤波等平均值滤波对多个采样值进行平均算法消除随机误差最常用的方法1.算术平均滤波在采样周期T内，对测量信号进行m次采样，把m个采样值相加后的算术平均值作为本次的有效采样值常用的简单数字滤波方法：目前九页\总数三十八页\编于十八点一般：流量信号可取10左右，压力信号可取4左右，温度、等缓变信号可取2甚至不进行算术平均适用于含周期性干扰的信号

目前十页\总数三十八页\编于十八点2.去极值平均滤波算术平均滤波不能将明显的偶然的脉冲干扰消除，只是把其平均到采样结果中，从而降低了测量精度去极值平均滤波？对连续采样的m个数据进行比较，去掉其中的最大值与最小值，然后计算余下的m-2个数据的算术平均值适用于经常遇到尖脉冲干扰的信号目前十一页\总数三十八页\编于十八点3.加权平均滤波算术平均滤波和去极值平均滤波：次数太多则灵敏度下降，对测量参数的变化趋势不敏感。为协调两者关系，可采用加权平均滤波。加权平均滤波？对每次采样值以增加新鲜采样值的权重相加。C1、C2、…、Cm

为加权系数C1+C2+…+Cm=1Cm>Cm-1>…C1>0目前十二页\总数三十八页\编于十八点4．滑动平均滤波前三种共同点：一个有效采样值连续采样多次

采样速度慢、采样信号变化快？？系统的实时性滑动平均滤波？在每个采样周期只采样一次将这个值和过去的若干次采样值求平均有效采样值实时性好目前十三页\总数三十八页\编于十八点8.2.2中值滤波信号的连续m次采样值按大小进行排序取中间值作为本次的有效采样值采样次数m应为奇数，一般：3~5次适于缓变过程中脉动干扰不适用快速变化过程(如流量)目前十四页\总数三十八页\编于十八点8.2.3限幅滤波生产过程中许多物理量的变化需要一定的时间相邻两次采样值之间的变化幅度应在一定的限度之内限幅滤波?当|

y(k)y(k1)|Y

时，则取

y(k)=(k)当|

y(k)y(k1)|>Y时，则取y(k)=y(k-1)

Y──相邻两次采样值所允许的最大偏差，采样周期T和信号Y的正常变化率对随机干扰或采样通道不稳定引起的失真有良好的滤波效果目前十五页\总数三十八页\编于十八点8.2.4惯性滤波惯性滤波是模拟硬件RC低通滤波器的数字实现常用的RC滤波器的传递函数：Tf：滤波器的滤波时间常数，其大小直接关系到滤波效果。Tf

越大，滤波器的截止频率（滤出的干扰频率）越低，滤出的电压纹波较小,但输出滞后较大。大的时间常数的RC电路不易制作硬件RC滤波器不可能对极低频率的信号进行滤波低通数字滤波器目前十六页\总数三十八页\编于十八点差分方程：式中：y(k)——第k次采样的滤波输出值x(k)——第k次采样的滤波输入值，即第k次采样值y(k-1)——第(k-1)次采样的滤波输出值a——滤波系数a=T/(Tf+T)T——采样周期Tf——滤波环节的时间常数一般T远小于Tf，即a远小于1本次有效采样值(滤波输出值)主要取决于上次有效采样值(滤波输出值)，而本次采样值仅起到一点修正作用。目前十七页\总数三十八页\编于十八点通常，采样周期T

足够小，则a≈T/Tf

，滤波算法的截止频率为当采样周期T一定时，滤波系数a越小，数字滤波器的截止频率f就越低Forexample，T=0.5s，a=1/32：

f=(1/32)/(2×3.14×0.5)≈0.01Hz目前十八页\总数三十八页\编于十八点能很好地消除周期性干扰和较宽频率的随机干扰信号。采用不采用、采用哪种，应视具体情况而定目前十九页\总数三十八页\编于十八点

8.3标度变换显示、记录、打印和报警标度变换：把得到的二进制的数字量还原成原来值的样子目前二十页\总数三十八页\编于十八点由算法软件程序来完成的各种不同的算法：取决于被测参数的工程量与转换后的无量纲数字量之间的函数关系一般：输入通道中的放大器、A/D转换器基本上是线性的传感器的输入输出特性函数关系的表达形式不同的标度变换方法主要方法有：线性式变换、非线性式变换、多项式变换以及查表法目前二十一页\总数三十八页\编于十八点8.3.1线性式变换

线性标度变换是最常用的标度变换方式，其前提条件是传感器的输出信号与被测参数之间呈线性关系线性关系的标度变换目前二十二页\总数三十八页\编于十八点数字量Nx工程量Ax：A0——一次测量仪表的下限（测量范围最小值）Am——一次测量仪表的上限（测量范围最大值）Ax——实际测量值(工程量)N0——仪表下限所对应的数字量Nm——仪表上限所对应的数字量Nx——实际测量值所对应的数字量目前二十三页\总数三十八页\编于十八点例：某加热炉温度测量仪表的量程为200~800℃(0~FFH)，在某一时刻计算机系统采样并经数字滤波后的数字量为CDH，求此时的温度值是多少？(设该仪表的量程是线性的)。解：A0=200℃,

Am=800℃，Nx=CDH=(205)D，Nm=FFH=(255)D。所以此时的温度为=682℃目前二十四页\总数三十八页\编于十八点8.3.2非线性式变换例：在差压法测流量中，流量与差压间的关系为:

Q——流体流量

K——刻度系数，与流体的性质及节流装置的尺寸有关P——节流装置前后的差压。目前二十五页\总数三十八页\编于十八点式中：Q0——差压流量仪表的下限值；

Qm——差压流量仪表的上限值；

Qx——被测液体的流量测量值；N0——差压流量仪表下限所对应的数字量；Nm——差压流量仪表上限所对应的数字量；Nx——差压流量仪表测得差压值所对应的数字量。目前二十六页\总数三十八页\编于十八点8.3.3多项式变换非线性关系,无法用一个解析式来表示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(用一个n次多项式来代替某种非线性函数关系)被测参数y与传感器的输出x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

)=ynPn(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0去逼近函数y=f(x)目前二十七页\总数三十八页\编于十八点anx0n+an-1x0n-1+…+a1x0+a0=y0anx1n+an-1x1n-1+…+a1x1+a0=y1

anx2n+an-1x2n-1+…+a1x2+a0=y2……anxnn+an-1xnn-1+…+a1xn+a0=yn

目前二十八页\总数三十八页\编于十八点例：热敏电阻测温热敏电阻的阻值与温度之间的关系是非线性的。构造三阶多项式P3(R

)来逼近这种函数关系━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━温度t(℃)阻值R(kΩ)温度t(℃)阻值R(kΩ)热敏电阻的温度-电阻特性

108.0000266.0606117.8431275.9701127.6923285.8823137.5471295.7970147.4074305.7142157.2727315.6337167.1428325.5554177.0174335.4793186.8965345.4053196.7796355.3332206.6670365.2630216.5574375.1946226.4516385.1281236.3491395.0631246.2500405.0000256.1538目前二十九页\总数三十八页\编于十八点取三阶多项式为：t=a3

R3+a2R2+a1R+a0

取t=10，17，27，39这4点为插值点，

8.00003

a3+8.00002

a2+8.0000a1+a0=107.01743

a3+7.01742

a2+7.0174a1+a0=175.97013

a3+5.97012a2+5.9701a1+a0=275.06313

a3+5.06312

a2+5.0631a1+a0=39a3=－0.2346989a2=6.120273a1=－59.28043a0=212.7118t

=－0.2346989R3+6.120273R2－59.28043R+212.7118目前三十页\总数三十八页\编于十八点通常在函数y=f(x)的曲线上曲率大的地方应适当加密插值点一般: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。目前三十一页\总数三十八页\编于十八点分段插值法：将被逼近的函数根据其变化情况分成几段，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：等距分段法or非等距分段法。热敏电阻特性及分段线性化

－k0(R-R0)+t3

R0≤R≤R1t=－k1(R-R1)+t2

R1≤R≤R2

－k2(R–R2)+t1

R2≤R≤R3k0、k1、k2分别为线段L0、L1、L2的斜率目前三十二页\总数三十八页\编于十八点8.3.4查表法把事先计算或测得的数据编制成表格检测得到的值查出代表的被测值非数值计算方法例：热电偶的mV-℃分度表，通过计算机的查表程序就能迅速便捷地由电势mV值查到相应的温度℃值查表程序的繁简程度及查询时间的长短：表格的长短；表格的排列方法目前三十三页\总数三十八页\编于十八点表格有两种排列方法：无序表格，即表格中的数据是任意排列的；有序表格，即表格中的数据按一定的顺序排列。查表方法有：顺序查表法，计算查表法，对分搜索法等。1．顺序查表法针对无序排列表格类似人工查表目前三十四页\总数三十八页\编于十八点2．计算查表法各数据元素在表中的排列方法及所占的存储器单元个数都一样的有序表格根据所给的数据元素Xi

，通过一定