第2章 输入输出通道及接口技术(陈立功)v32.ppt

第2章 输入输出通道及接口技术 第二章 计算机过程输入输出技术 § 2.4 数字滤波 § 2.4 数字滤波 数字滤波方法： 2.4.1 算术平均值滤波 2.4.2 中值滤波 2.4.3 加权平均值滤波 2.4.4 程序判断滤波 2.4.4 程序判断滤波 2.4.4 程序判断滤波 2.4.4 程序判断滤波 2.4.5 惯性滤波（一阶滞后滤波） 2.4.6 滑动平均值滤波 2.4.7 复合滤波 2.4.8 数字滤波小结 § 2.5 数据处理 2.5.1 线性化处理及非线性补偿 一、数学方程式法（计算法） 二、折线法 二、折线法 三、查表法 2.5.2 工程量线性转换 2.5.2 工程量线性转换 2.5.3 越限报警处理 上下限报警程序框图 2.5.4 字长选择 * 原因： 反映现场工况的信号类型： 1.模拟量：连续变化的物理量； 2.数字量： ①以二进制或ASCII码形式 ②两个状态的量，通常可用一位二进制数表示 ③脉冲量 计算机能够接受的信号类型： 数字量 过程输入输出通道： 即I/O通道，指在计算机和工业对象(过程)之间所设置的信息传递和转换的连接装置。 I/O通道的分类： 检测通道： ①模拟量输入通道（AI) ②数字量输入通道（DI) 控制通道： ①模拟量输出通道（AO) ②数字量输出通道（DO) § 2.1 模拟量输入通道(AI) § 2.2 模拟量输出通道(AO) § 2.3 数字量输入输出通道(DI、DO) § 2.4 数字滤波技术 § 2.5 数据处理 滤波: 就是从所要测量的信号中除去干扰信号的过程。 数字滤波: 它是利用一定的计算程序减少干扰在有用信号中的比重，消除随机误差，同时对信号进行必要的平滑处理，以保证系统的正常运行，所以是一种 程序滤波或软件滤波 。 数字滤波的优点： （1）数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬件设备，可以多个通道“共用”一个滤波程序，各回路间不存在阻抗匹配等问题。而且可靠性高、稳定性好、还可以节约投资； （2）数字滤波能对频率很低（如0.01Hz）的信号实现滤波，而模拟滤波时，则因R或C选得太大而无法实现； （3）要改变滤波方法只需修改滤波程序，因而灵活方便。 1 算术平均值滤波 2 中值滤波 3 加权平均滤波 4 程序判断滤波 5 惯性滤波 6 滑动平均值滤波 7 复合滤波 8 数字滤波小结 基本思路： 连续采样n次，把n次采样的算术平均值作为本采样时刻t=kT时滤波器的输出。 算法算式 ： 式中: y(k) —— 第kT采样时刻滤波器的输出； x(k-i) —— 第i 次采样; n——总的采样次数。n↑，平滑度↑，灵敏度↓。 一般 对于流量n=12，压力n=4，温度成分n可取更小。 适用于： 抑制具有周期性干扰信号的变化快的参数，如流量、压力，其值总在某一数值范围内波动，即周期性脉动信号。 基本思路： 对某一个被测参数连续采样n次（n为奇数，且一般取3～9），然后按大小顺序排列，从中选取一个大小居中的采样值作为滤波的输出。 算法算式 ： 若n=3 ，则为 y(k)=?x2 (x1 x2 x3) 适用于： 滤去由于偶然因素引起的波动或由采样开关或A/D转换器等工作不稳定造成的误码所引起的脉冲干扰。对变化缓慢的被测参数，如温度、液位、成分等，能收到很好的滤波效果。 基本思路： 算术平均滤波中，n次采样值在输出结果中所占比重是相同的，即每次采样均具有相同的加权因子，用这样的滤波算法，对于时变信号会产生滞后，且n越大，滞后越严重。所以为了增加新采样数据在结果中的比重，一般对应愈新的采样值，其权值愈大 。 算法算式 ： 其中a0、a1、a2、……an-1为加权系数，为常数，且满足以下条件 a0 + a1 + a2 + …… + an-1 = 1 a0 a1 a2 …… an-1 常系数的选取有多种方法，其中最常用的是加权系数法。 适用于：较大纯滞后时间常数τ的对象和采样周期较短的系统 基本思路： 根据现场经验或生产工艺