《微型計算機控制技術(shù)》于海生第6章

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1、第 章 應(yīng) 用 程 序 設(shè) 計 與 實 現(xiàn) 技 術(shù) 6.1 程 序 設(shè) 計 技 術(shù) 6.2 測 量 數(shù) 據(jù) 預 處 理 技 術(shù) 6.3 數(shù) 字 控 制 器 的 工 程 實 現(xiàn) 6.4 系 統(tǒng) 的 有 限 字 長 數(shù) 值 問 題 軟 件 是 工 業(yè) 控 制 機 的 程 序 系 統(tǒng) ， 它 可 分 為 系 統(tǒng) 軟 件 和 應(yīng) 用軟 件 。 所 謂 應(yīng) 用 軟 件 就 是 面 向 控 制 系 統(tǒng) 本 身 的 程 序 ， 它 是 根 據(jù) 系統(tǒng) 的 具 體 要 求 ， 由 用 戶 自 己 設(shè) 計 的 。 軟 件 設(shè) 計 的 方 法 ： 利 用 計 算 機 語 言 自 己 編 制 需 要 的 應(yīng) 用 程序

2、 ； 利 用 組 態(tài) 軟 件 。 6.1 程 序 設(shè) 計 技 術(shù) 6.1.1 模 塊 化 與 結(jié) 構(gòu) 化 程 序 設(shè) 計 6.1.2 面 向 過 程 與 面 向 對 象 的 程 序 設(shè) 計 6.1.3 高 級 語 言 I/O控 制 臺 編 程 6.1.1 模 塊 化 與 結(jié) 構(gòu) 化 程 序 設(shè) 計 一 個 完 整 的 程 序 設(shè) 計 過 程 可 以 用 左 圖 來 說 明 。 首 先 要 分 析 用 戶 的 要 求 ， 這 大 約 占 整 個 程 序 設(shè)計 工 作 量 的 10%；然 后 編 寫 程 序 的 說 明 ， 這 大 約 也 占 10%；接 著 進 行 程 序 的 設(shè) 計 與 編 碼

3、 ， 這 大 約 占 30%左右 ， 其 中 設(shè) 計 與 編 碼 幾 乎 各 占 15%；最 后 進 行 測 試 和 調(diào) 試 ， 這 要 花 費 整 個 程 序 設(shè) 計工 作 量 的 40%以 上 。 1.模 塊 化 程 序 設(shè) 計 （ 1） 自 底 向 上 模 塊 化 設(shè) 計 首 先 對 最 低 層 模 塊 進 行 編 碼 、 測 試 和 調(diào) 試 。 這 些 模 塊正 常 工 作 后 ， 就 可 以 用 它 們 來 開 發(fā) 較 高 層 的 模 塊 。 這 種 方法 是 匯 編 語 言 設(shè) 計 常 用 的 方 法 。 （ 2） 自 頂 向 下 模 塊 化 設(shè) 計 首 先 對 最 高 層 進 行

4、 編 碼 、 測 試 和 調(diào) 試 。 為 了 測 試 這 些最 高 層 模 塊 ， 可 以 用 “ 結(jié) 點 ” 來 代 替 還 未 編 碼 的 較 低 層 模塊 ， 這 些 “ 結(jié) 點 ” 的 輸 入 和 輸 出 滿 足 程 序 的 說 明 部 分 要 求 ，但 功 能 少 得 多 。 該 方 法 一 般 適 合 用 高 級 語 言 來 設(shè) 計 程 序 。 2.結(jié) 構(gòu) 化 程 序 設(shè) 計 1966年 ， C.Bohm 和 G.Jacopini證 明 了只 用 三 種 基 本 的 控 制結(jié) 構(gòu) 就 能 實 現(xiàn) 任 何 單入 口 單 出 口 的 程 序 。這 三 種 基 本 的 控 制 結(jié)構(gòu) 是

5、“ 順 序 ” 、 “ 選擇 ” 、 “ 循 環(huán) ” 。 如右 圖 所 示 。 6.1.2 面 向 過 程 與 面 向 對 象 的 程 序 設(shè) 計 1.面 向 過 程 的 程 序 設(shè) 計 及 其 局 限 性 過 程 式 程 序 設(shè) 計 是 面 向 功 能 的 。 首 先 要 定 義 所 要 實 現(xiàn) 的 功 能 ，然 后 設(shè) 計 為 實 現(xiàn) 這 些 功 能 所 要 執(zhí) 行 的 步 驟 。 這 些 步 驟 就 是 過 程 。 編寫 代 碼 實 際 上 等 于 分 解 這 些 步 驟 ， 使 每 一 步 直 接 對 應(yīng) 一 行 代 碼 。 這就 是 過 程 式 編 程 中 的 “ 逐 步 求 精 ”

6、 的 過 程 。 這 種 方 式 不 利 于 中 大 型 軟 件 的 開 發(fā) 與 維 護 ， 小 部 分 數(shù) 據(jù) 或 功 能的 改 變 會 涉 及 到 很 多 的 相 關(guān) 程 序 。 2.面 向 對 象 的 程 序 設(shè) 計 以 上 兩 種 方 法 在 概 念 上 存 在 以 下 主 要 區(qū) 別 ： （ 1） 模 塊 與 對 象 （ 2） 過 程 調(diào) 用 和 消 息 傳 遞 （ 3） 類 型 和 類 （ 4） 靜 態(tài) 鏈 接 和 動 態(tài) 鏈 接 6.1.3 高 級 語 言 I/O控 制 臺 編 程 對 于 PC總 線 工 業(yè) 控 制 機 ， 我 們 以 Turbo C為 例 來 說 明 其 訪

7、問 I/O端 口的 編 程 。 Turbo C通 常 有 庫 函 數(shù) ， 允 許 直 接 訪 問 I/O端 口 ， 頭 文 件 conio.h中 定 義 了 I/O端 口 例 程 。 例 如 ： a=inportw(0 x210) b=inportb(0 x220) 第 一 條 指 令 表 示 將 端 口 210H的 16位 二 進 制 數(shù) (一 個 字 )輸 入 給 變 量 a，第 二 條 指 令 表 示 將 端 口 220H的 8位 二 進 制 數(shù) (一 個 字 節(jié) )輸 入 給 變 量 b。 在C語 言 中 ， 0 x起 頭 的 是 16進 制 數(shù) 。 又 如 ： outportw(0

8、x230,0 x3435) outportb(0 x240,0 x26) 第 一 條 指 令 表 示 將 二 字 節(jié) 數(shù) 3435H輸 出 到 端 口 230H中 ， 第 二 條 指 令表 示 將 單 字 節(jié) 數(shù) 26H輸 出 到 端 口 240H中 。 6.2 測 量 數(shù) 據(jù) 預 處 理 技 術(shù) 6.2.1 誤 差 自 動 校 準 6.2.2 線 性 化 處 理 和 非 線 性 補 償 6.2.3 標 度 變 換 方 法 6.2.4 越 限 報 警 處 理 6.2.5 量 化 誤 差 來 源 6.2.6 A/D、 D/A及 運 算 字 長 的 選 擇 傳 感 器 把 生 產(chǎn) 過 程 的 信

9、號 轉(zhuǎn) 換 成 電 信 號 ， 然 后 用 A D轉(zhuǎn) 換 器把 模 擬 信 號 變 成 數(shù) 字 信 號 ， 讀 入 計 算 機 中 。 對 于 這 樣 得 到 的 數(shù) 據(jù) ， 一 般 要 進 行 一 些 預 處 理 ， 其 中 最 基 本的 處 理 有 線 性 化 處 理 、 標 度 變 換 和 誤 差 自 動 校 準 。 6.2.1 誤 差 自 動 校 準系 統(tǒng) 誤 差 定 義 ： 是 指 在 相 同 條 件 下 ， 經(jīng) 過 多 次 測 量 ， 誤 差 的數(shù) 值 (包 括 大 小 符 號 )保 持 恒 定 ， 或 按 某 種 已 知 的 規(guī) 律 變 化 的誤 差 。 特 點 ： 在 一 定

10、的 測 量 條 件 下 ， 其 變 化 規(guī) 律 是 可 以 掌 握 的 ，產(chǎn) 生 誤 差 的 原 因 一 般 也 是 知 道 的 。 方 法 ： 偏 移 校 準 在 實 際 中 應(yīng) 用 最 多 ， 并 且 常 采 用 程 序 來實 現(xiàn) ， 稱 為 數(shù) 字 調(diào) 零 。 數(shù) 字 調(diào) 零 ： 在 測 量 時 ， 先 把 多 路 輸 入 接 到 所 需 測 量 的 一組 輸 入 電 壓 上 進 行 測 量 ， 測 出 這 時 的 輸 入 值 為 x1,然 后 把 多 路開 關(guān) 的 輸 入 接 地 ， 測 出 零 輸 入 時 A D轉(zhuǎn) 換 器 的 輸 出 為 x 0， 用 x1減 去 x0即 為 實 際

11、 輸 入 電 壓 x。 圖 6-3 除 了 數(shù) 字 調(diào) 零 外 ， 還 可 以 采 用 偏 移 和 增 益 誤 差 的 自 動 校準 。 1.全 自 動 校 準 RVV )( 01 0 xx xx 采 用 這 種 方 法 測 得 的 V與 放 大 器 的 漂 移 和 增 益 變 化 無 關(guān) ， 與 V和 R的 精 度 也 無 關(guān) 。 這 樣 可 大 大 提 高 測 量 精 度 ， 降 低 對 電 路 器 件的 要 求 。 先 把 開 關(guān) 接 地 ， 測 出 這 時 的 輸 入 值 x0， 然 后 把 開 關(guān) 接 基 準電 壓 VR， 測 出 輸 入 值 x1， 并 存 放 x1、 x0， 在

12、正 式 測 量 時 ， 如 測出 的 輸 入 值 為 x， 則 這 時 的 V可 用 下 式 計 算 全 自 動 校 準 只 適 于 基 準 參 數(shù) 是 電 信 號 場 合 ， 并 且 不 能 校 正 由傳 感 器 引 入 的 誤 差 。 為 克 服 這 種 缺 點 ， 采 用 人 工 自 動 校 準 。自 動 校 準 ： 自 動 測 量 基 準 參 數(shù) ， 計 算 誤 差 模 型 ， 獲 得 并 存 儲 誤 差 補 償 因 子 。 2.人 工 自 動 校 準 人 工 自 動 校 準 只 測 一 個 標 準 輸 入 信 號 yR， 零 信 號 的 補償 由 數(shù) 字 調(diào) 零 來 完 成 。 設(shè)

13、數(shù) 字 調(diào) 零 后 測 出 的 數(shù) 據(jù) 分 別 為 xR(接 校 準 輸 入 yR時 )和 x(接 被 測 輸 入 y時 )， 則 可 按 下 式 來 計 算 y。xxyy RR 6.2.2 線 性 化 處 理 和 非 線 性 補 償1 鉑 熱 電 阻 的 阻 值 與 溫 度 的 關(guān) 系 離 線 計 算 溫 度 與 鉑 熱 電 阻 阻 值 對 應(yīng) 關(guān) 系 表 即 分 度 表 ，然 后 分 段 進 行 線 性 化 。2 熱 電 偶 的 熱 電 勢 與 溫 度 的 關(guān) 系 與 熱 電 阻 方 法 相 同 。 測 量 的 參 數(shù) 為 熱 電 偶 的 熱 電 勢 。3 孔 板 差 壓 與 流 量 的

14、關(guān) 系4 氣 體 體 積 流 量 的 非 線 性 補 償 PK F 01 100F PT PTF 6.2.2 線 性 化 處 理 和 非 線 性 補 償過 程 控 制 作 業(yè) P102第 30題已 知 熱 電 偶 的 分 度 號 為 K,工 作 時 的 冷 端 溫 度 為 30 ， 測 得 熱電 勢 以 后 ， 錯 用 E分 度 表 查 得 工 作 端 的 溫 度 715.2 ， 試 求工 作 端 實 際 溫 度 是 多 少 ？解 ： 首 先 求 出 工 作 端 溫 度 相 對 0 冷 端 的 熱 電 勢 的 值 ， 設(shè) 該值 為 X， 按 E分 度 表 ， 可 列 出 方 程 ： mVEtE

15、 EEEmVtE 53.52)30,t,801.1)30,(33.54 )0,30()30,t0,t,33.540 （求得（）（又由于），（即：）（求得mVXX 33.54,10907.53703.54 907.537102.715 mVC 53.5230o時測得的熱電勢為即熱電偶在冷端溫度為Co9.133710451.53795.53 451.53733.531330 53.7331.20352.53E(30,0)E(t,30)t,0)(E 再 通 過 查 K型 熱 電 偶 分 度 表 ,可 求 得 工 作 端 實 際 溫 度 t 6.2.3 標 度 變 換 方 法 在 工 業(yè) 測 控 系

16、統(tǒng) 中 ， 如 ， 壓 力 的 單 位 為 Pa， 流 量 的 單 位為 m3 h， 溫 度 的 單 位 為 等 ， 這 些 參 數(shù) 經(jīng) 傳 感 器 和 A D轉(zhuǎn)換 后 得 到 一 系 列 的 數(shù) 碼 ， 這 些 數(shù) 碼 值 并 不 一 定 等 于 原 來 帶 有量 綱 的 參 數(shù) 值 ， 它 僅 僅 對 應(yīng) 于 參 數(shù) 值 的 大 小 ， 故 必 須 把 它 轉(zhuǎn)換 成 帶 有 量 綱 的 工 程 值 后 才 能 運 算 、 顯 示 或 打 印 輸 出 ， 這 種轉(zhuǎn) 換 就 是 標 度 變 換 。 標 度 變 換 有 各 種 類 型 ， 它 取 決 于 被 測 參 數(shù) 的 傳 感 器 的 類型

17、 ， 應(yīng) 根 據(jù) 實 際 要 求 來 選 用 適 當 的 標 度 變 換 方 法 。 1 線 性 變 換 公 式 2 公 式 轉(zhuǎn) 換 法 3 其 它 標 度 變 換 法 1.線 性 變 換 公 式 （ 前 提 ： 參 數(shù) 值 與 A/D轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 為線 性 關(guān) 系 ） Y=(Ymax-Ymin)(X-Nmin) (Nmax-Nmin)+Ymin Y表 示 參 數(shù) 測 量 值 ， Ymax表 示 參 數(shù) 量 程 最 大 值 ， Ymin表 示 參 數(shù) 量 程 最 小 值 ， Nmax表 示 Ymax對 應(yīng) 的 A D轉(zhuǎn) 換 后的 輸 入 值 ， Nmin表 示 量 程 起 點 Ymin對 應(yīng)

18、 的 A D轉(zhuǎn) 換 后 的輸 入 值 ， X表 示 測 量 值 Y對 應(yīng) 的 A D轉(zhuǎn) 換 值 。 XY（ Nmin ,Ymin）（Nmax ,Ymax ）（X，Y） 例 ： P218 第 2題某 熱 處 理 爐 溫 度 變 化 范 圍 為 0 -1350，經(jīng) 溫 度 變 送器 變 換 為 1-5V電 壓 送 至 ADC0809， ADC0809的 輸 入 范 圍為 0-5V。 當 t=某 值 時 ， ADC0809的 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 為 6AH， 問此 時 爐 內(nèi) 溫 度 t=?解 法 一 ： C HAHHFFHtYNXNN YY 0minminminmax minmax 97.363 )3

19、3(51)6(106)33(51)(255 01350)(y 解 法 二 ： )(0196.0255512 05q08098 8 VAD 量化單位位V0776.20196.0106106DB11010100AH6 壓信號為：經(jīng)溫度變送器送來的電CXXXX o69.3630776.1413501-0776.2 0-1-5 0-1350 ，求得度，則可列方程：設(shè)爐溫為 l過程控制作業(yè)P101第13題l有一臺DDZ-型 兩 線 制 差 壓 變 送 器 ， 已 知 其 量 程 為20-100kPa， 當 輸 入 信 號 為 40kPa和 70kPa時 ， 變 送 器的 輸 出 信 號 分 別 是 多

20、少 ？l 解 ： DDZ-型 差 壓 變 送 器 輸 出 信 號 ： 4-20mA， 由 于電 流 信 號 與 測 量 信 號 呈 線 性 關(guān) 系 ， 當 輸 入 信 號 為40kPa時 ， 設(shè) 變 送 器 輸 出 信 號 為 X， 可 列 出 方 程 ：mAXX 8,2040 420100 420 求得當 輸 入 信 號 為 70kPa時 ， 可 列 出 方 程 ： mAXX 14,2070 420100 420 求得 1.線 性 變 換 公 式 Y=(Ymax-Ymin)(X-Nmin) (Nmax-Nmin)+Ymin Y表 示 參 數(shù) 測 量 值 ， Ymax表 示 參 數(shù) 量 程 最

21、 大 值 ， Ymin表 示參 數(shù) 量 程 最 小 值 ， Nmax表 示 Ymax對 應(yīng) 的 A D轉(zhuǎn) 換 后 的 輸 入 值 ，Nmin表 示 量 程 起 點 Ymin對 應(yīng) 的 A D轉(zhuǎn) 換 后 的 輸 入 值 ， X表 示 測量 值 Y對 應(yīng) 的 A D轉(zhuǎn) 換 值 。 2.公 式 轉(zhuǎn) 換 法 （ 非 線 性 場 合 ） 可 采 用 直 接 按 解 析 式 來 計 算 。 3.其 它 標 度 變 換 法 （ 非 線 性 場 合 ） 可 采 用 多 項 式 插 值 法 ， 也 可 以 用 線 性 插 值 法 或 查 表 進 行標 度 變 換 。 6.2.4 越 限 報 警 處 理 越 限

22、報 警 是 工 業(yè) 控 制 過 程 常 見 而 又 實 用 的 一 種 報 警 形 式 ，它 分 為 上 限 報 警 、 下 限 報 警 及 上 下 限 報 警 。 如 果 需 要 判 斷 的 報警 參 數(shù) 是 xn， 該 參 數(shù) 的 上 下 限 約 束 值 分 別 是 xmax和 xmin， 則 上 下限 報 警 的 物 理 意 義 如 下 ： (1)上 限 報 警 若 xn xmax， 則 上 限 報 警 ， 否 則 繼 續(xù) 執(zhí) 行 原 定 操 作 。 (2)下 限 報 警 若 xn xmin， 則 下 限 報 警 ， 否 則 繼 續(xù) 執(zhí) 行 原 定 操 作 。 (3)上 下 限 報 警

23、若 x n xmax， 則 上 限 報 警 ， 否 則 對 下 式 做 判 別 ； xn xmin否 ?若 是 則 下 限 報 警 ， 否 則 繼 續(xù) 原 定 操 作 。 根 據(jù) 上 述 規(guī) 定 ， 程 序 可 以 實 現(xiàn) 對 被 控 參 數(shù) y、 偏 差 e以 及 控制 量 u進 行 上 下 限 檢 查 。 所 謂 量 化 ， 就 是 采 用 一 組 數(shù) 碼 (如 二 進 制 碼 )來 逼 近 離散 模 擬 信 號 的 幅 值 ， 將 其 轉(zhuǎn) 換 為 數(shù) 字 信 號 。 將 采 樣 信 號轉(zhuǎn) 換 為 數(shù) 字 信 號 的 過 程 稱 為 量 化 過 程 ， 執(zhí) 行 量 化 動 作 的裝 置 是

24、 A/D轉(zhuǎn) 換 器 。 2、 量 化6.2.5 量 化 誤 差 來 源 量 化 單 位 12 minmax n yyq量 化 單 位 ： 字 長 為 n的 A/D轉(zhuǎn) 換 器 把 一 定 范 圍 內(nèi) 變 化 的采 樣 信 號 變 換 為 數(shù) 字 02n-1,其 最 低 有 效 位 （ LSB） 所對 應(yīng) 的 模 擬 量 q稱 為 量 化 單 位 。 量 化 過 程 實 際 上 是 一 個 用 q去 度 量 采 樣 值 幅 值 高 低 的 小數(shù) 歸 整 過 程 。 如 同 單 位 一 樣 。由 于 量 化 過 程 是 小 數(shù) 歸 整 過 程 ， 因 而 存 在 量 化 誤 差 ， 量 化 誤 差

25、（1/2） q， 在 A/D轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長 足 夠 長 ， 整 量 化 誤 差 足 夠 小 。例 ： 設(shè) 模 擬 電 壓 為 05V， 分 別 采 用 8位 和 12位 的 A/D轉(zhuǎn) 換 器 ，則 可 表 示 的 最 小 單 位 q分 別 是 ： )(2210.112500012)(6078.1912500012 12minmax28minmax1 mVyyqmVyyq nn 1.量 化 誤 差 通 過 A D轉(zhuǎn) 換 可 計 算 出 模 擬 電 壓 x相 當 于 多 少 個 整 量 化單 位 ， 即 : x=Lq+ ,式 中 L為 整 數(shù) ，對 于 余 數(shù) ( q)可 以 用 截 尾

26、或 舍 入 來 處 理 。 所 謂 截 尾 就 是 舍 掉 數(shù) 值 中 小 于 q的 余 數(shù) ( q)， 其截 尾 誤 差 t為 ： t=xt-x， 式 中 x為 實 際 數(shù) 值 ， xt為 截 尾 后的 數(shù) 值 。 顯 然 -q t 0。 所 謂 舍 入 是 指 ， 當 被 舍 掉 的 余 數(shù) 大 于 或 等 于 量 化 單位 的 一 半 時 ， 則 最 小 有 效 位 加 1； 而 當 余 數(shù) 小 于 量 化 單 位的 一 半 時 ， 則 舍 掉 。 這 時 舍 入 誤 差 為 r=xr-x， 式 中 x為實 際 數(shù) 值 ， xr舍 入 后 的 數(shù) 值 。 顯 然 ， -q/2 r q/2

27、。 2.量 化 誤 差 來 源 從 下 圖 可 以 看 出 ， 產(chǎn) 生 量 化 誤 差 的 原 因 主 要 有 以 下幾 個 方 面 ： (1)A/D轉(zhuǎn) 換 的 量 化 效 應(yīng) (2)控 制 規(guī) 律 計 算 中 的 量 化 效 應(yīng) 。 (3)控 制 參 數(shù) 的 量 化 效 應(yīng) (4)D/A轉(zhuǎn) 換 的 量 化 效 應(yīng) -q t0-q/2rq/2 6.2.6 A/D、 D/A及 運 算 字 長 的 選 擇 1.A/D轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長 選 擇2.D/A轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長 選 擇3.運 算 的 字 長 選 擇 1 . A / D 轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長 選 擇 為 把 量 化 誤 差 限 制

28、 在 所 允 許 的 范 圍 內(nèi) ， 應(yīng) 使 A/D轉(zhuǎn) 換器 有 足 夠 的 字 長 。 確 定 字 長 要 考 慮 的 因 素 是 ： 輸 入 信 號 x的 動 態(tài) 范 圍 和 分 辨 率 。 (1)輸 入 信 號 的 動 態(tài) 范 圍 設(shè) n為 A/D轉(zhuǎn) 換 器 字 長 ， 為 轉(zhuǎn) 換 當 量 （ 相 當 于 量 化 單位 ） ， 若 已 知 輸 入 信 號 的 最 大 值 和 最 小 值 之 差 ， 則 可 列出 方 程 ： )1(log minmax2 xxn )12(minmax nxx則 A/D字 長 n為 ： 1.A/D轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長 選 擇 )1(log minmax 2

29、 xxn 9687.8501log)5001(log)3 015001(log 222 n某 爐 溫 度 變 化 范 圍 0-1500 ， 要 求 分 辨 率 為 3 ， 溫 度 變 送 器 輸出 范 圍 為 0-5V若 A/D轉(zhuǎn) 換 器 的 輸 入 范 圍 也 為 0-5V， 則 求 A/D轉(zhuǎn) 換器 字 長 應(yīng) 為 多 少 ？ 若 A/D轉(zhuǎn) 換 器 字 長 不 變 ， 現(xiàn) 通 過 變 送 器 零 點 遷移 而 將 信 號 零 點 遷 移 到 600 ， 此 時 系 統(tǒng) 對 爐 溫 的 分 辨 率 為 多 少 ？解 ： 由 公 式 ： 9687.8501log)5001(log)1001 05

30、1(log /100/131500/0-5/ 222 n bitVbitV）（，單位為假設(shè)得或 所 以 A/D轉(zhuǎn) 換 器 字 長 應(yīng) 為 10位 。 1.A/D轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長 選 擇 為 把 量 化 誤 差 限 制 在 所 允 許 的 范 圍 內(nèi) ， 應(yīng) 使 A/D轉(zhuǎn)換 器 有 足 夠 的 字 長 。 確 定 字 長 要 考 慮 的 因 素 是 ： 輸 入 信號 x的 動 態(tài) 范 圍 和 分 辨 率 。 (2)分 辨 率 65.7)005.0 11(log)11(log 221 Dn )11(2 Dlogn 分 辨 率 ： 反 映 A/D轉(zhuǎn) 換 器 對 輸 入 量 微 小 變 化 響

31、應(yīng) 的 分 辨 能力 ， 即 指 能 使 轉(zhuǎn) 換 后 數(shù) 字 量 變 化 1的 最 小 模 擬 輸 入 量 。本 書 對 分 辨 率 定 義 ：沒有單位的注意該分辨率的定義是,12 1 nD若 已 知 分 辨 率 ， 則 字 長 ：書 上 例 題 ： 溫 度 測 量 范 圍 0-200 ， 要 求 分 辨 率 為 ： 0.005，求 A/D轉(zhuǎn) 換 器 字 長 ： 2.D/A轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長 選 擇 )1(log minmax21 uun umax為 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 最 大 輸 入 值 umin為 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 最 小 輸 入 值 為 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 靈 敏 度某 執(zhí) 行 機

32、 構(gòu) 的 輸 入 變 化 范 圍 為 4-20mA，靈 敏 度 為 0.05mA， 應(yīng) 選 D/A轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長 是 多 少 ？ 8321log)05.0161(log)1(log 22minmax2 uun 因 此 ： 取 A/D轉(zhuǎn) 換 器 字 長 為 10位 。 6.3 數(shù) 字 控 制 器 的 工 程 實 現(xiàn) 6.3.1 給 定 值 和 被 控 量 處 理 6.3.2 偏 差 處 理 6.3.3 控 制 算 法 的 實 現(xiàn) 6.3.4 控 制 量 處 理 6.3.5 自 動 /手 動 切 換 技 術(shù) 數(shù) 字 控 制 器 算 法 的 工 程 實 現(xiàn) 中 ， 應(yīng) 注 意 的 問 題 ，

33、 由 以 下 五部 分 給 出 : 6.3.1 給 定 值 和 被 控 量 處 理 1.給 定 值 處 理 給 定 值 處 理 包 括 選 擇 給 定 值 SV和 給 定 值 變 化 率 限 制 SR兩 部 分 。 通 過 選 擇 軟 開 關(guān) CL CR， 可 以 構(gòu) 成 內(nèi) 給 定 狀 態(tài) 或 外 給 定 狀 態(tài) ； 通過 選 擇 軟 開 關(guān) CAS SCC， 可 以 構(gòu) 成 串 級 控 制 或 SCC控 制 。 (1)內(nèi) 給 定 狀 態(tài) 當 軟 開 關(guān) CL CR切 向 CL位 置 時 ， 選 擇 操 作 員 設(shè) 置 的 給 定 值 SVL。 這 時 系 統(tǒng) 處 于 單 回 路 控 制 的

34、 內(nèi) 給 定 狀 態(tài) ， 利 用 給 定 值 鍵 可 以 改 變 給 定 值 。 (2)外 給 定 狀 態(tài) 當 軟 開 關(guān) CL CR切 向 CR位 置 時 ， 給 定 值 來 自 上 位 計 算 機 、 主回 路 或 運 算 模 塊 。 這 時 系 統(tǒng) 處 于 外 給 定 狀 態(tài) 。 在 此 狀 態(tài) 下 ， 可 以實 現(xiàn) 以 下 兩 種 控 制 方 式 。 SCC控 制 :當 軟 開 關(guān) CAS SCC切 向 SCC位 置 時 ， 接 收 來 自 上位 計 算 機 的 給 定 值 SVS， 以 便 實 現(xiàn) 二 級 計 算 機 控 制 。 串 級 控 制 :當 軟 開 關(guān) CAS SCC切 向

35、 CAS位 置 時 ， 給 定 值 SVS來 自 主 調(diào) 節(jié) 模 塊 ， 實 現(xiàn) 串 級 控 制 。 (3)給 定 值 變 化 率 限 制 為 了 減 少 給 定 值 突 變 對 控 制 系 統(tǒng) 的 擾 動 ， 防 止 比 例 、 積 分 飽和 ， 以 實 現(xiàn) 平 穩(wěn) 控 制 ， 需 要 對 給 定 值 的 變 化 率 SR加 以 限 制 。 變 化率 的 選 取 要 適 中 ， 過 小 會 使 響 應(yīng) 變 慢 ， 過 大 則 達 不 到 限 制 的 目 的 。 綜 上 所 述 ， 在 給 定 值 處 理 中 ， 共 具 有 三 個 輸 入 量 (SVL， SVC，SVS)， 兩 個 輸 出

36、量 (SV， CSV)， 兩 個 開 關(guān) 量 (CL CR， CAS SCC)，一 個 變 化 率 (SR)。 為 了 便 于 PID控 制 程 序 調(diào) 用 這 些 量 ， 需 要 給 每 個 PID控 制 模 塊 提 供 一 段 內(nèi) 存 數(shù) 據(jù) 區(qū) ， 來 存 儲 以 上 變 量 。 2.被 控 量 處 理 為 了 安 全 運 行 ， 需 要 對 被 控 量 PV進 行 上 下 限 報 警 處 理 ,即 : 當 PV PH(上 限 值 )時 ， 則 上 限 報 警 狀 態(tài) (PHA)為 “ 1”； 當 PV PL(下 限 值 )時 ， 則 下 限 報 警 狀 態(tài) (PLA)為 “ 1”。 當

37、 出 現(xiàn) 上 、 下 限 報 警 狀 態(tài) (PHA， PLA)時 ， 它 們 通 過 驅(qū) 動 電 路 發(fā) 出 聲 或 光 ，以 便 提 醒 操 作 員 注 意 。 為 了 不 使 PHA PLA的 狀 態(tài) 頻 繁 改 變 ， 可 以 設(shè) 置 一 定 的報 警 死 區(qū) (HY)。 為 了 實 現(xiàn) 平 穩(wěn) 控 制 ， 需 要 對 參 與 控 制 的 被 控 量 的 變 化 率 PR加 以 限 制 。 變化 率 的 選 取 要 適 中 ， 過 小 會 使 響 應(yīng) 變 慢 ， 過 大 則 達 不 到 限 制 的 目 的 。 被 控 量 處 理 數(shù) 據(jù) 區(qū) 存 放 一 個 輸 入 量 PV， 三 個 輸

38、 出 量 PHA、 PLA和 CPV， 四 個參 數(shù) PH、 PL、 HY和 PR。 6.3.2 偏 差 處 理 偏 差 處 理 分 為 計 算 偏 差 、 偏 差 報 警 、 非 線 性 特 性 和 輸 入 補 償 四 部分 ， 如 下 圖 所 示 。 1 計 算 偏 差 ： 根 據(jù) 正 反 作 用 方 式 (D R)計 算 偏 差 DV， 當 D R=0， 代 表 正 作 用 ， 此 時 偏 差 DV=CPV-CSV； 當 D R=1， 代 表 反 作 用 ， 此 時 偏 差 DV=CSV-CPV； 2 偏 差 報 警 ： 對 于 控 制 要 求 較 高 的 對 象 ， 不 僅 要 設(shè) 置

39、 被 控 制 量 PV的 上 、 下 限 報警 ， 而 且 要 設(shè) 置 偏 差 報 警 。 當 偏 差 絕 對 值 |DV| DL時 ， 則 偏 差 報 警 狀 態(tài) DLA為 “ 1”。 3 輸 入 補 償 根 據(jù) 輸 入 補 償 方 式 ICM狀 態(tài) ， 決 定 偏 差 DVC與 輸 入 補 償 量 ICV之 間的 關(guān) 系 ， 即 當 ICM=0， 代 表 無 補 償 ， 此 時 CDV=DVC； 當 ICM=1， 代 表 加 補 償 ， 此 時 CDV=DVC+ICV; 當 ICM=2， 代 表 減 補 償 ， 此 時 CDV=DVC-ICV; 當 ICM=3， 代 表 置 換 補 償 ，

40、 此 時 CDV=ICV。 利 用 加 、 減 輸 入 補 償 ， 可 以 分 別 實 現(xiàn) 前 饋 控 制 和 純 滯 后 補 償(Smith)控 制 。 4 非 線 性 特 性 為 了 實 現(xiàn) 非 線 性 PID控 制 或 帶 死 區(qū) 的 PID控 制 ， 設(shè) 置 了 非 線 性 區(qū) -A至 +A和 非 線 性 增 益 K， 非 線 性 特 性 如 圖 所 示 。 即 當 K=0時 ， 則 為 帶 死 區(qū) 的 PID控 制 ； 當 0 K 1時 ， 則 為 非 線 性 PID控 制 ； 當 K=1時 ， 則 為 正 常 的 PID控 制 。 偏 差 處 理 數(shù) 據(jù) 區(qū) 共 存 放 一 個 輸

41、 入 補 償 量ICV， 兩 個 輸 出 量 DLA和 CDV， 兩 個 狀 態(tài) 量 D R和 ICM， 以 及 四 個 參 數(shù) DL、 -A、 +A和 K。 6.3.3 控 制 算 法 的 實 現(xiàn) 在 自 動 狀 態(tài) 下 ， 需 要 進 行 控 制 計 算 ， 即 按 照 各 種 控 制 算 法 的 差 分 方程 ， 計 算 控 制 量 U， 并 進 行 上 、 下 限 限 幅 處 理 。 以 PID控 制 算 法 為 例 ， 當 軟 開 關(guān) DV PV切 向 DV位 置 時 ， 則 選 用 偏 差 微分 方 式 ； 當 軟 開 關(guān) DV PV切 向 PV位 置 時 ， 則 選 用 測 量

42、(即 被 控 量 )微 分 方式 。 在 PID計 算 數(shù) 據(jù) 區(qū) ， 不 僅 要 存 放 PID參 數(shù) (K P或 ， TI， TD)和 采 控 制 周期 T， 還 要 存 放 微 分 方 式 DV PV、 積 分 分 離 值 ， 控 制 量 上 限 限 值 MH和 下限 限 值 ML， 以 及 控 制 量 UK。 為 了 進 行 遞 推 運 算 ， 還 應(yīng) 保 存 歷 史 數(shù) 據(jù) ， 如e(k-1)、 e(k-2)和 u(k-1)。 6.3.4 控 制 量 處 理 在 輸 出 控 制 量 UK以 前 ， 還 應(yīng) 經(jīng) 過 各 項 處 理 和 判 斷 ， 以 便 擴 展 控 制 功能 ， 實

43、現(xiàn) 安 全 平 穩(wěn) 操 作 。 1 輸 出 補 償 ： 根 據(jù) 輸 出 補 償 方 式 OCM的 狀 態(tài) ， 決 定 控 制 量 UK與 輸 出補 償 量 OCV之 間 的 關(guān) 系 ， 即 ： 當 OCM=0,代 表 無 補 償 ， 此 時 Uc=Uk； 當 OCM=1,代 表 加 補 償 ， 此 時 Uc=Uk+OCV； 當 OCM=2,代 表 減 補 償 ， 此 時 Uc=Uk-OCV; 當 OVM=3， 代 表 置 換 補 償 ， 此 時 Uc=OCV. 利 用 輸 出 和 輸 入 補 償 ， 可 以 擴 大 實 際 應(yīng) 用 范 圍 ， 靈 活 組 成 復 雜 的 數(shù)字 控 制 器 ，

44、以 便 組 成 復 雜 的 自 動 控 制 系 統(tǒng) 。 2 變 化 率 限 制 ： 為 了 實 現(xiàn) 平 穩(wěn) 操 作 ， 需 要 對 控 制 量 的 變 化率 MR加 以 限 制 。 變 化 率 的 選 取 要 適 中 ， 過 小 會 使 操 作 緩 慢 ， 過大 則 達 不 到 限 制 的 目 的 。 3 輸 出 保 持 ： 當 軟 開 關(guān) FH NH切 向 NH位 置 時 ， 現(xiàn) 時 刻 的 控制 量 u(k)等 于 前 一 時 刻 的 控 制 量 u(k-1)， 也 就 是 說 ， 輸 出 控 制量 保 持 不 變 。 當 軟 開 關(guān) FH NH切 向 FH位 置 時 ， 又 恢 復 正

45、常 輸 出方 式 。 軟 開 關(guān) FH NH狀 態(tài) 一 般 來 自 系 統(tǒng) 安 全 報 警 開 關(guān) 。 4 安 全 輸 出 ： 當 軟 開 關(guān) FS NS切 向 NS位 置 時 ， 現(xiàn) 時 刻 的 控制 量 等 于 預 置 的 安 全 輸 出 量 MS。 當 軟 開 關(guān) FS NS切 向 FS位 置 時 ，又 恢 復 正 常 輸 出 方 式 。 軟 開 關(guān) FS NS狀 態(tài) 一 般 來 自 系 統(tǒng) 安 全 報警 開 關(guān) 。 控 制 量 處 理 數(shù) 據(jù) 區(qū) 需 要 存 放 輸 出 補 償 量 OCV和 補 償 方 式 OCM，變 化 率 限 制 值 MR， 軟 開 關(guān) FH NH和 FS NS，

46、 安 全 輸 出 量 MS， 以及 控 制 量 CMV。 6.3.5 自 動 手 動 切 換 技 術(shù) 在 正 常 運 行 時 ， 系 統(tǒng) 處 于 自 動 狀 態(tài) ； 而 在 調(diào) 試 階 段 或 出 現(xiàn) 故 障 時 ， 系統(tǒng) 處 于 手 動 狀 態(tài) 。 下 圖 為 自 動 /手 動 切 換 處 理 框 圖 。 1.軟 自 動 軟 手 動 當 軟 開 關(guān) SA SM切 向 SA位 置 時 ， 系 統(tǒng) 處 于 正 常 的 自 動 狀 態(tài) ， 稱 為 軟自 動 (SA)； 反 之 ， 切 向 SM位 置 時 ， 控 制 量 來 自 操 作 鍵 盤 或 上 位 計 算 機 ， 此時 系 統(tǒng) 處 于 計

47、算 機 手 動 狀 態(tài) ， 稱 為 軟 手 動 (SM)。 一 般 在 調(diào) 試 階 段 ， 采 用 軟手 動 (SM)方 式 。 2.控 制 量 限 幅 為 了 保 證 執(zhí) 行 機 構(gòu) 工 作 在 有 效 范 圍 內(nèi) ， 需 要 對 控 制 量 Us進 行上 、 下 限 限 幅 處 理 ， 使 得 ML MV MH， 再 經(jīng) D A轉(zhuǎn) 換 器 輸 出 010mADC或 4 20mADC。3.自 動 手 動 對 于 一 般 的 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) ， 可 采 用 手 動 操 作 器 作 為 計 算 機的 后 備 操 作 。 當 切 換 開 關(guān) 處 于 HA位 置 時 ， 控 制 量 MV

48、通 過 D A輸 出 ，此 時 系 統(tǒng) 處 于 正 常 的 計 算 機 控 制 方 式 ， 稱 為 自 動 狀 態(tài) (HA狀 態(tài) )；反 之 ， 若 切 向 HM位 置 ， 則 計 算 機 不 再 承 擔 控 制 任 務(wù) ， 由 運 行 人 員通 過 手 動 操 作 器 輸 出 0 10mADC或 4 20mADC信 號 ， 對 執(zhí) 行 機 構(gòu) 進行 遠 方 操 作 ， 這 稱 為 手 動 狀 態(tài) (HM狀 態(tài) )。 4.無 平 衡 無 擾 動 切 換 所 謂 無 平 衡 無 擾 動 切 換 ， 是 指 在 進 行 手 動 到 自 動 或自 動 到 手 動 的 切 換 之 前 ， 無 須 由

49、人 工 進 行 手 動 輸 出 控 制信 號 與 自 動 輸 出 控 制 信 號 之 間 的 對 位 平 衡 操 作 ， 就 可 以保 證 切 換 時 不 會 對 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 現(xiàn) 有 位 置 產(chǎn) 生 擾 動 。 （ 1） 從 手 動 到 自 動 的 無 平 衡 操 作 無 擾 動 切 換 （ 2） 從 自 動 (SA與 HA)切 向 軟 手 動 (SM)時 的 無 擾 動 切換 。 （ 3） 從 輸 出 保 持 狀 態(tài) 或 安 全 輸 出 狀 態(tài) 切 向 正 常 的 自動 工 作 狀 態(tài) 時 ， 同 樣 需 要 進 行 無 擾 動 切 換 。 自 動 手 動 切 換 數(shù) 據(jù) 區(qū) 需 要

50、 存 放 軟 手 動 控 制 量 SMV， 軟開 關(guān) SA SM狀 態(tài) ， 控 制 量 上 限 限 值 (MH)和 下 限 限 值 (ML)，控 制 量 MV， 切 換 開 關(guān) HA HM狀 態(tài) ， 以 及 手 動 操 作 器 輸 出VM。 以 上 討 論 了 PID控 制 程 序 的 各 部 分 功 能 及 相 應(yīng) 的 數(shù)據(jù) 區(qū) 。 完 整 的 PID控 制 模 塊 數(shù) 據(jù) 區(qū) 除 了 上 述 各 部 分 外 ，還 有 被 控 量 量 程 上 限 RH和 量 程 下 限 RL， 工 程 單 位 代 碼 、采 樣 (控 制 )周 期 等 。 該 數(shù) 據(jù) 區(qū) 是 PID控 制 模 塊 存 在 的

51、 標志 ， 可 把 它 看 作 是 數(shù) 字 PID控 制 器 的 實 體 。 只 有 正 確 地填 寫 PID數(shù) 據(jù) 區(qū) 后 ， 才 能 實 現(xiàn) PID控 制 系 統(tǒng) 。 采 用 上 述 數(shù) 字 控 制 器 ， 不 僅 可 以 組 成 單 回 路 控 制 系統(tǒng) ， 而 且 可 以 組 成 串 級 、 前 饋 、 純 滯 后 補 償 (Smith)等復 雜 控 制 系 統(tǒng) ， 對 于 后 面 兩 種 系 統(tǒng) 還 應(yīng) 增 加 補 償 器 運 算模 塊 。 利 用 該 控 制 模 塊 和 各 種 功 能 運 算 模 塊 的 組 合 ， 可以 組 成 各 種 控 制 系 統(tǒng) 來 滿 足 生 產(chǎn) 過 程

52、 控 制 的 要 求 。 1.測 控 系 統(tǒng) 軟 件 的 基 本 要 求（ 1） 易 理 解 、 易 維 護 指 軟 件 系 統(tǒng) 容 易 閱 讀 和 理 解 ， 容 易 發(fā) 現(xiàn) 和 糾 正 錯 誤 ， 容易 修 改 和 補 充 。（ 2） 實 時 性 要 求 系 統(tǒng) 及 時 響 應(yīng) 外 部 事 件 的 發(fā) 生 ， 并 及 時 給 出 處 理 結(jié)果 。（ 3） 可 測 試 性 兩 方 面 含 義 ： 其 一 是 比 較 容 易 制 定 出 測 試 準 則 ， 并 根 據(jù) 這些 準 則 對 軟 件 進 行 測 試 ； 其 二 軟 件 設(shè) 計 完 成 后 ， 首 先 在 模 擬 環(huán)境 下 運 行 ，

53、 經(jīng) 過 靜 態(tài) 分 析 和 動 態(tài) 仿 真 運 行 ， 證 明 正 確 無 誤 后 才可 投 入 實 際 運 行 。 （ 4） 準 確 性 算 法 選 擇 、 位 數(shù) 選 擇 等 要 符 合 要 求 。（ 5） 可 靠 性 最 重 要 的 指 標 之 一 ， 兩 方 面 含 義 ： 第 一 是 運 行參 數(shù) 環(huán) 境 發(fā) 生 變 化 時 ， 軟 件 能 可 靠 運 行 并 給 出 準 確結(jié) 果 ， 即 軟 件 應(yīng) 具 有 自 適 應(yīng) 性 ； 第 二 是 工 業(yè) 環(huán) 境 極其 惡 劣 ， 干 擾 嚴 重 ， 軟 件 必 須 保 證 在 嚴 重 干 擾 條 件下 也 能 可 靠 運 行 。 2.軟

54、 件 抗 干 擾 研 究 的 主 要 內(nèi) 容 (1) 采 用 軟 件 的 方 法 抑 制 疊 加 在 輸 入 輸 出 信 號 上 噪 聲 影響 ， 如 模 擬 輸 入 信 號 的 數(shù) 字 濾 波 技 術(shù) ； (2) 由 于 干 擾 而 使 程 序 發(fā) 生 混 亂 ， 導 致 程 序 亂 飛 或 陷 入死 循 環(huán) ， 采 取 使 程 序 納 入 正 規(guī) 的 措 施 ， 如 指 令 冗 余 、 軟 件 陷阱 、 “ 看 門 狗 ” 技 術(shù) 等 ； (3) 發(fā) 現(xiàn) 程 序 失 控 后 ， 解 決 系 統(tǒng) 恢 復 正 常 運 行 的 方 法 ，如 重 要 信 息 的 恢 復 ， 系 統(tǒng) 重 入 的 條

55、 件 等 ； (3) 數(shù) 字 濾 波 器 可 以 根 據(jù) 信 號 的 不 同 ， 采 用 不 同 的 濾波 方 法 或 濾 波 參 數(shù) ， 具 有 靈 活 、 方 便 、 功 能 強 的 特 點 。6.4.1 數(shù) 字 濾 波 技 術(shù) 與 模 擬 濾 波 器 相 比 ， 有 以 下 幾 個 優(yōu) 點 : (1) 數(shù) 字 濾 波 是 用 程 序 實 現(xiàn) 的 ， 不 需 要 增 加 硬 設(shè) 備 ，所 以 可 靠 性 高 ， 穩(wěn) 定 性 好 。 (2) 數(shù) 字 濾 波 可 以 對 頻 率 很 低 (如 0 01HZ)的 信 號 實現(xiàn) 濾 波 ， 克 服 了 模 擬 濾 波 器 的 缺 陷 。 主 要 數(shù)

56、 字 濾 波 算 法 ： 算 術(shù) 平 均 值 法 、 中 位 值 濾 波 法 、 限幅 濾 波 法 、 慣 性 濾 波 法 1.算 術(shù) 平 均 值 法第 術(shù) 平 均 值 法 是 對 輸 入 的 N個 采 樣 數(shù) 據(jù) xi(i=1 N)， 尋 找這 樣 一 個 y， 使 y與 各 采 樣 值 間 的 偏 差 的 平 方 和 為 最 小 ， 使 由 一 元 函 數(shù) 求 極 值 原 理 可 得 ： Ni iE 1 2)(min xy Ni iN 11 xy 例 ： 某 壓 力 儀 表 采 樣 數(shù) 據(jù) 如 下 ：1 2 3 4 5 6 7 8 9 1024 25 20 27 24 60 24 25 2

57、6 23序 號采 樣 值 采 樣 數(shù) 據(jù) 明 顯 存 在 被 干 擾 現(xiàn) 象 （ 彩 色 數(shù) 據(jù) ） 。采 用 算 術(shù) 平 均 值 濾 波 后 ， 其 采 樣 值 為 ：Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+ 26+23)/10=28 干 擾 被 平 均 到 采 樣 值 中 去 了 3） 平 均 值 濾 波 法 一 般 適 用 于 具 有 周 期 性 干 擾 噪 聲 的 信 號 ，但 對 偶 然 出 現(xiàn) 的 脈 沖 干 擾 信 號 ， 濾 波 效 果 尚 不 理 想 。 特 點 ：1） N值 決 定 了 信 號 平 滑 度 和 靈 敏 度 。 隨 著 N的 增 大 ， 平 滑

58、度提 高 ， 靈 敏 度 降 低 。 應(yīng) 該 視 具 體 情 況 選 擇 N， 以 便 得 到 滿 意的 濾 波 效 果 。2） 對 每 次 采 樣 值 給 出 相 同 的 加 權(quán) 系 數(shù) ， 即 1/N。 在 不 同 采樣 時 刻 采 集 數(shù) 據(jù) 受 到 同 樣 重 視 。 實 際 上 某 些 場 合 需 要 增 加 新采 樣 值 在 平 均 值 中 的 比 重 ， 可 采 用 加 權(quán) 平 均 值 濾 波 法 。 濾 波公 式 為 ： Y=R0Y0+ R1Y1+ R2Y2+ RmYm。 2.中 位 值 濾 波 法 中 位 值 濾 波 法 的 原 理 是 對 被 測 參 數(shù) 連 續(xù) 采 樣 m

59、次 (m 3)且是 奇 數(shù) ， 并 按 大 小 順 序 排 列 ； 再 取 中 間 值 作 為 本 次 采 樣 的 有效 數(shù) 據(jù) 。 特 點 :中 位 值 濾 波 法 對 脈 沖 干 擾 信 號 等 偶 然 因 素 引 發(fā) 的干 擾 有 良 好 的 濾 波 效 果 。 如 對 溫 度 、 液 位 等 變 化 緩 慢 的 被測 參 數(shù) 采 用 此 法 會 收 到 良 好 的 濾 波 效 果 ； 對 流 量 、 速 度 等快 速 變 化 的 參 數(shù) 一 般 不 宜 采 用 中 位 值 濾 波 法 中 位 值 濾 波 法 和 平 均 值 濾 波 法 結(jié) 合 起 來 使 用 ， 濾 波 效果 會 更

60、好 。 即 在 每 個 采 樣 周 期 ， 先 用 中 位 值 濾 波 法 得 到 m個 濾 波 值 ， 再 對 這 m個 濾 波 值 進 行 算 術(shù) 平 均 ， 得 到 可 用 的被 測 參 數(shù) 。 也 稱 為 去 脈 沖 干 擾 平 均 值 濾 波 法 . 1 2 3 4 5 6 7 8 924 25 20 27 24 60 24 25 26例 ： 某 壓 力 儀 表 采 樣 數(shù) 據(jù) 如 下 ：序 號采 樣 值采 樣 數(shù) 據(jù) 明 顯 存 在 被 干 擾 現(xiàn) 象 （ 彩 色 數(shù) 據(jù) ） 。采 用 去 脈 沖 干 擾 平 均 值 濾 波 后 ， 其 采 樣 值 為 ： 25對 1、 2、 3次

61、 采 樣 中 位 值 濾 波 后 值 ： 24對 4、 5、 6次 采 樣 中 位 值 濾 波 后 值 ： 27對 7、 8、 9次 采 樣 中 位 值 濾 波 后 值 ： 25 3.限 幅 濾 波 法 由 于 大 的 隨 機 干 擾 或 采 樣 器 的 不 穩(wěn) 定 ， 使 得 采 樣 數(shù) 據(jù)偏 離 實 際 值 太 遠 ， 為 此 采 用 上 、 下 限 限 幅 ， 即 當 y(n) yH時 ， 則 取 y(n)=yH(上 限 值 )； 當 y(n) yL時 ， 則 取 y(n)=yL(下 限 值 )； 當 yL y(n) yH時 ， 則 取 y(n)。 而 且 采 用 限 速 (亦 稱 限

62、制 變 化 率 )， 即 當 |y(n)-y(n-1)| y0時 ， 則 取 y(n); 當 |y(n)-y(n-1)| y0時 ， 則 取 y(n)=y(n-1)。其 中 y0為 兩 次 相 鄰 采 樣 值 之 差 的 可 能 最 大 變 化 量 。 y0值 的 選 取 ， 取 決 于 采 樣 周 期 T及 被 測 參 數(shù) y應(yīng) 有 的 正 常 變 化率 。 因 此 ， 一 定 要 按 照 實 際 情 況 來 確 定 y 0、 yH及 yL， 否 則 ，非 但 達 不 到 濾 波 效 果 ， 反 而 會 降 低 控 制 品 質(zhì) 。 4.慣 性 濾 波 法 RC濾 波 器 的 傳 遞 函 數(shù)

63、是 其中 Tf=RC,它 的 濾 波 效 果 取 決 于 濾 波 時 間 常 數(shù) Tf。 因 此 ， RC濾 波 器 不 可能 對 極 低 頻 率 的 信 號 進 行 濾 波 。 為 此 ， 人 們 模 仿 上 式 做 成 一 階 慣 性 濾波 器 亦 稱 低 通 濾 波 器 。 即 將 上 式 寫 成 差 分 方 程 稍 加 整 理 得 其 中 ， 稱 為 濾 波 系 數(shù) ， 且 0 1， T s為 采 樣 周 期 ， Tf為 濾 波 器 時間 常 數(shù) 。 根 據(jù) 慣 性 濾 波 器 的 頻 率 特 性 ， 若 濾 波 系 數(shù) 越 大 ， 則 帶 寬 越 窄， 濾 波 頻 率 也 越 低 。

64、 因 此 ， 需 要 根 據(jù) 實 際 情 況 ， 適 當 選 取 值 ， 使 得被 測 參 數(shù) 既 不 出 現(xiàn) 明 顯 的 紋 波 ， 反 應(yīng) 又 不 太 遲 緩 。 sTsx sy f 1 1)( )( )()()1()( nxnyT nynyT sf )1()()1()1()()( nynxnyTT TnxTT Tny sf fsf s 6.4.2 開 關(guān) 量 的 軟 件 抗 干 擾 技 術(shù) 2.開 關(guān) 量 (數(shù) 字 量 )信 號 輸 出 抗 干 擾 措 施 在 軟 件 上 ， 最 為 有 效 的 方 法 就 是 重 復 輸 出 同 一 個 數(shù) 據(jù) 。 只要 有 可 能 ， 其 重 復 周

65、 期 盡 可 能 短 些 。 輸 出 設(shè) 備 是 電 位 控 制 型 還 是 同 步 鎖 存 型 ， 對 干 擾 的 敏 感 性相 差 較 大 。 前 者 有 良 好 的 抗 “ 毛 刺 ” 干 擾 能 力 ， 后 者 不 耐 干 擾 ，當 鎖 存 線 上 出 現(xiàn) 干 擾 時 ， 它 就 會 盲 目 鎖 存 當 前 的 數(shù) 據(jù) ， 也 不 管此 時 數(shù) 據(jù) 是 否 有 效 。 1.開 關(guān) 量 (數(shù) 字 量 )信 號 輸 入 抗 干 擾 措 施 干 擾 信 號 多 呈 毛 刺 狀 ， 作 用 時 間 短 ， 利 用 這 一 特 點 ， 我 們在 采 集 某 一 開 關(guān) 量 信 號 時 ， 可 多

66、 次 重 復 采 集 ， 直 到 連 續(xù) 兩 次 或兩 次 以 上 結(jié) 果 完 全 一 致 方 為 有 效 。 6.4.3 指 令 冗 余 技 術(shù)CPU受 干 擾 后 ， 往 往 將 操 作 數(shù) 當 作 操 作 碼 執(zhí) 行 ， 造 成 程 序 混 亂 。 當 程 序 彈 飛 到 一 單 字 節(jié) 指 令 上 時 ， 便 自 動 納 入 正 軌 ； 當 程 序 彈 飛 到 一 雙 字 節(jié) 指 令 上 時 （ 操 作 碼 、 操 作 數(shù) ） ， 有可 能 落 到 操 作 數(shù) 上 ， 從 而 繼 續(xù) 出 錯 ； 當 程 序 彈 飛 到 一 三 字 節(jié) 指 令 上 時 （ 操 作 碼 、 操 作 數(shù) 、 操作 數(shù) ） ， 因 其 有 兩 個 操 作 數(shù) ， 從 而 繼 續(xù) 出 錯 機 會 更 大 。 應(yīng) 多 采 用 單 字 節(jié) 指 令 ， 并 在 關(guān) 鍵 地 方 人 為 插 入 一 些 單 字節(jié) 指 令 ， 或 將 有 效 單 字 節(jié) 指 令 重 復 書 寫 ， 提 高 彈 飛 程 序 納 入正 軌 的 機 會 ， 這 便 是 指 令 冗 余 。實 現(xiàn) 方 法 ：在 一 些 對 程 序 流 向