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第六章 计算机控制系统中的控制策略 第六章 计算机控制系统中的控制策略Control Strategy of Computer System 本章主要内容 数字滤波和数据处理 数字PID控制算法 第一节 Unit 1 数字滤波和数据处理 Data Filtering and Data Processing 本节主要内容 采样数据的合理性判别及报警 数字滤波 数字处理 软测量简介 6-1 数字滤波和数据处理 进行数字滤波和处理的必要性 计算机控制系统是采样系统 提高信号的可靠性 主要内容 合理性的判别与滤波 进行线性化处理 软测量的基本思想 6-1-1 采样数据的合理性判别及报警(1) 越限的限幅与报警 设某通道当前采样值为y(k) yL ≤y(k)≤yH 时; y(k)为当前采样有效值 y(k)yH , 取 y(k)= yH (上限值)，报警 y(k)yL , 取 y(k)= yL (下限值)，报警 6-1-1 采样数据的合理性判别及报警(2) 对采样数据进行分析判断 分析判断的根据 过程机理等客观规律和操作经验 根据运算模块进行检查 常见的处理方法 一般通道：有限次数后报警，停止在线程序 重要通道：设计故障诊断系统甚至容错系统 6-1-2 数字滤波（又称软件滤波） 数字滤波的必要性及优点 与RC滤波器结合使用，可抑制大多数引入过程的干扰 不需要增加硬设备 稳定性好, 且一种滤波程序可以反复调用 使用灵活、方便, 便于修改 6-1-2 数字滤波—平均值滤波法（1） 6-1-2 数字滤波—平均值滤波法（2） 实现方法 可以在一个采样瞬间对一个测点多次采样后, 计算出其平均值 也可以对多个采样周期的平均采样值作递推滤波使用 递推运算时,为加快运算速度,可以利用上一次计算出的值,通过递推平均滤波算式(6-2) 计算出当前采样时刻的有效采样信号。 6-1-2 数字滤波—平均值滤波法（3） 加权递推平均滤波(滑动平均值滤波) 基本思想：算术平均值滤波对每个采样值给出相同的权重系数, 即1/m。若要增加新采样值在有效信号中的比重, 提高系统对当前所受干扰的灵敏度, 实际应用时, 可采用加权递推平均滤波, 其算式为 常数 ai 的选取是多种多样的，满足 6-1-2 数字滤波—中值滤波法（1） 中值滤波的基本原理 在某采样瞬间对被测参数连续采样3次,选择大小居中的数据作为有效信号。 适用范围 能有效地去除由于偶然因素引起的波动或因采样器的不稳定造成的误码等脉冲性干扰。 平均值滤波对具有周期性干扰噪声的信号比较有效，中值滤波法对偶然出现的脉冲干扰信号有良好的滤波效果，可结合使用。 6-1-2 数字滤波—惯性滤波法(一阶滞后滤波) 惯性滤波法基本概念 用软件实现RC低通滤波器功能, 动态方程为 其中 Tf =RC，称为滤 波时间常数 离散化后动态方程， T为采样周期, 得 , 0＜a＜1, 称为滤波系数。 6-1-2 数字滤波—程序判断滤波 基本概念 克服偶然的、大幅度的跳码干扰 比较两个相邻采样瞬间采样值的大小 关键 正确选择Δy0。故该法又叫限速(变化率)滤波法 6-1-2 数字滤波 各种滤波方法的特点与应用 平均值滤波适用于周期性干扰； 加权平均递推滤波适用于纯滞后较大的过程； 中值滤波和程序判断滤波适用于偶然出现的脉冲干扰； 惯性滤波适用于高频干扰。 6-1-3 数据处理 目的 经过处理后，可直接引用采样数据。 常见的数据处理内容 线性化处理：(1)孔板差压与流量 (2)热电偶的热电势与温度 校正运算：如温度补偿 测量值与工程量的转换： (1)线性值公式；(2)开方值转换公式；(3)热电偶与热电阻公式 6-1-4 软测量简介（1） 问题的提出背景 实际生产过程中，一些重要质量指标变量如精馏塔的产品组分浓度、生物发酵罐中菌体浓度等都难以直接测量，以前的解决方法： （1）采用间接的质量指标：如温度控制 （2）采用在线分析仪表 采用软测量方法及其应用技术 6-1-4 软测量简介（2） 何谓软测量 选择与被估计变量相关的一组可测变量，构造出某种以可测变量为输入、被估计变量为输出的数学模型，用计算机软件实现的重要过程变量的估计。 这类数学模型及相应的计算机软件被称为软测量器或“软仪表”。 6-1-4 软测量简介（3） 软测量技术包括三个部分： 软测量建模方法 模型实时演算的