采样数据的预处理课件.ppt

第八章 采样数据的预处理 8.1 采样数据的标度变换 8.2 采样数据的数字滤波 8.3 剔除采样数据中的奇异值 8.4 非线性特性补偿方法 8.5 采样数据的平滑处理 8.6 非线性特性补偿方法 采样数据的标度变换 各种物理量有不同的单位和数值。这些物理量经过A／D转换后变成一系列数字量．且数字量的变化范围是由A／D转换器的位数决定的。 一、线性参数的标度变换 当被测物理量与传感器或仪表的输出之间呈线性关系时，采用线性变换。变换公式为 式中：Y0—被测量量程的下限； Ym—被测量量程的上限； Y—标度变换后的数值； N0—Y0对应的A/D转换后的数字量； Nm—Ym对应的A/D转换后的数字量； X—Y 所对应的A/D转换后的数字量； 二、非线性参数的标度变换 有些传感器或变送器的输出信号与被测量之间的关系是非线性关系，则应根据具体问题详细分析，求出被测量对应的标度变换公式，然后再进行变换。 当传感器或变送器的输出信号与被测信号之间的关系可以用解析式表达的话，则可以通过解析式来推导出所需要的参量，这样一类参量称为导出参量。-公式法 二、非线性参数的标度变换-公式法 在流量测量中，从差压变送器来的信号△P与实际流量Q成平方根关系，即 根据上式可知，流体的流量Q与被测流体流过节流装置时前后压力的差△P成正比，于是测量流量时的标度变换公式； 二、非线性参数的标度变换-公式法 式中：Y一被测量的流量经标度变换的实际值； Qm一被测量的流量经标度变换的实际值； Q0一被测量的流量经标度变换的实际值； Nm一被测量的流量经标度变换的实际值； N0一被测量的流量经标度变换的实际值； X一被测量的流量经标度变换的实际值； 二、非线性参数的标度变换-多项式变换法 有许多传感器或变送器输出的信号与被测参数之间的关系无法用解析式表达。但是，它们之间的关系是已知的。这时可以采用多项式变换法进行标度变换。 采用多项式变换的关键是，要找出一个能够较准确地反映传感器输出信号与被测量之间关系的多项式。 寻找多项式的方法有两种，如最小二乘法、代数插值法等 二、非线性参数的标度变换-多项式变换法 已知被测量与传感器的输出值x处的函数值为 二、非线性参数的标度变换-多项式变换法 二、非线性参数的标度变换-表格法 所谓“表格法”是指在已知的被测量与传感器输出的关系曲线上如图选取若干个样点并以表格形式存储在计算机中，即把关系曲线分成若干段。对每一个需要做标度变换的数据y分别查表一次，找出数据y所在的区间，然后用该区间的线性插值公式 8.2采样数据的数字滤波 中值滤波法 算术平均值法 加权平均滤波法 中值滤波法 算术平均值法 加权平均滤波法 算术平均值法对每次采样值给出相同的加权系数，即1/N，实际上有些场合需要用加权递推平均法，即用下式求平均值。 一阶滞后滤波法 在测量回路中常常伴随着电源干扰及工业干扰。这些干扰特点是频率很低（如频率为0.01Hz），对这样低频的干扰信号，采用RC滤波显然是不合适的，因为C太大很难做到，但在计算机控制系统中，用数字滤波的方法则容易解决。一阶递推滤波公式如下： 一阶滞后滤波法 防脉冲干扰复合滤波法 前面讨论了算术平均值法和中值滤波法，两者各有一些缺陷。前者不易消除由于脉冲干扰而引起的采样偏差，而后者由于采样点数的限制，使其应用范围缩小。如果将这两种方法合二为一，即先用中值滤波法滤除由于脉冲干扰而有偏差的采样值，然后把滤波过的采样值再做算术平均，就形成了防脉冲干扰复合滤波法。 防脉冲干扰复合滤波法 算术平均值法对每次采样值给出相同的加权系数，即1/N，实际上有些场合需要用加权递推平均法，即用下式求平均值。 8.3剔除采样数据中的奇异项 采样数据中的奇异项是指采样数据序列中有明显错误(丢失或粗大)的个别数据。这些奇异项的存在，会使数据处理后的误差大大增加。例如，我们想求某一被测物理量的平均值。它们从t1～t4 4个时刻的取值分别为10、12、12、14，其平均值应为12。若设其中一项在该时刻的取值由于某种原因丢失了，也就是说，出现了奇异项。那么，这4个点的平均值就由12降至为9，从而产生均值误差。 剔除采样数据中的奇异项 找到奇异点 替换奇异点 1.判断奇异项及替代值的选择 判断奇异项的准则是：给定一个误差上限w，若t时刻的采样值为xt，预测值为 当 时，则认为此采样值是奇异项，应予以剔除，而以预测值取代采样值。 预测值可用以下一阶差分方程推算 2.确定连续替代的方法 在连续检测出若干个奇异项．并用预测值代替后，必须重新选择新的测量值。不然的话，会造