计算机控制课件-测控指标与过程通道硬件设计

2.3测控指标与过程通道硬件设计针对过程通道接口设计与元器件选择；2.3.1实时性指标对测量接口设计的约束分析1．数字量输入接口

光耦的频率特性;RC滤波对快速“开关变位”的影响，如图2.3-1所示；

RC滤波器的介质频率：f=1/(2a∏RC)

光耦的限流电阻设计：I取值5-10毫安，记为f(x)=ICIC=（UA-1.6V）/RR=（UA-1.6V）/IC2.3测控指标与过程通道硬件设计2.3.1实时性指标对测量接口设计的约束分析RC滤波对快速“开关变位”的影响，如图2.3-1所示；2.3测控指标与过程通道硬件设计2.3.1实时性指标对测量接口设计的约束分析2．模拟量输入接口

模拟量测量通道的采样频率取决于A/D器件的特性——完

成A/D转换所需的时间Γ，或用A/D的采样频率来表示；多路模拟量测量通道设计中的A/D参数选取（T为计算机

控制系统的采样周期，N为模拟量测量通道数量）：N×Γ＜T2.3测控指标与过程通道硬件设计2.3.2测量精度对测量接口电路的约束分析通常只针对模拟量测量通道影响模拟量通道测量精度的因素：

通道中模拟电路器件所产生的“温度漂移”、器件老化对

输出的影响；

测量放大对信号源共模电压的消除能力；

A/D基准源的稳定性；

A/D的分辨率；2.3测控指标与过程通道硬件设计2.3.2测量精度对测量接口电路的约束分析措施：MUX后接高输入阻抗放大器；采用高CMMR差动式放大器；采用低漂移测量放大器；A/D器件采用高稳定性基准电源；采用高分辨率A/D器件提高测量精度；理论上的测量精度与A/D分辨率N：1/(2^N-1)＜测量精度；举例：设计模拟量测量精度为0.1%，根据上式有：N≥10;2.3测控指标与过程通道硬件设计2.3.3可靠性指标对测量接口设计的约束分析防器件损伤：1.防外部直接传导性大幅值电信号冲击

数字量输入输出接口、模拟量输入输出接口——光电隔离；2．模拟量输入：信号调理措施；防数据错误：1.DI/PI输入的区抖动处理（软件、硬件两方面）；2.DO输出的“高速刷新输出I/O”措施；3.模拟量输入通道的信号滤波（软件、硬件两方面）；2.3测控指标与过程通道硬件设计2.3.4测量算法对硬件的约束分析不同的计算机测控领域涉及不同的测量计算方法，对测控电路有相应设计约束。举例1：电力测控装置的信号测量基础——高速交流采样测量

计算方法：“基于交流采样的电力参数计算方法”设计约束：高速采样、电器隔离、测量方法——高速同步、

交流采样；

模拟量测量通道设计：隔离式多通道同步高速采

样（6通道同步采样）；2.3测控指标与过程通道硬件设计2.3.4测量算法对硬件的约束分析举例2：桥梁振动测试与故障诊断诊断方法要求：多通道高速

同步采样；举例3：声波测井的声信号测量

弱信号检测——高精度、低噪声、高分标率；举例4：“射频导纳”法液位测量

相敏检波测量电路的模拟量测量通道设计+“射频导纳”

测量计算方法；2.3测控指标与过程通道硬件设计2.3.5测量方法对硬件的约束分析许多计算机测控装置的测量方法要求计算机测控系统的接口电路协同工作才能保障测控工作的完成。举例1：“扫频式消弧线圈”自动调节装置

外加扫频源测量“脱谐度”（MCU的SPWM接口输

出），同步由AI输入接口测量Uf的峰值——频率点；接口设计：AI隔离式高速、高精度采样；

与PO接口SPWM输出协同工作；2.3测控指标与过程通道硬件设计2.3.5测量方法对硬件的约束分析许多计算机测控装置的测量方法要求计算机测控系统的接口电路协同工作才能保障测控工作的完成。举例2：

“管网测漏