分布式控制系统概述.ppt

32 1.1 计算机控制系统回顾 三、信号处理 采样保持器对模拟信号进 行采样，在模/数转换期 模拟量输入信号处 保持 间对采样信 进行理 将模拟信号转换 为二进制数字信 号 放大器将传感器输出的 微弱电信号放大到A/D 转换器所需要的电平 检测各种非电量过 程变量，并将其转 换为电信号。 将多路模拟信号 按要求分时输出 接口电路提供模拟量输入 通道与计算机之间的控制 信号和数据传送通路 33 1.1 计算机控制系统回顾 三、信号处理 模拟量输入信号采样过程 计算机对某个随时间变化的模拟量进行采样，是利用定时器控 制的开关，每隔一定时间使开关闭合而完成一次采样。 开关 重复闭合的时间间隔T称为采样周期，其倒数? s=1/T称为采 样频率。 采样过程，是指将一个连续的输入信号经开关采样后，转变为 发生在采样开关闭合瞬时0、T、2T…nT的一连串脉冲输出信号 ? *(t)，如图1.11所示。 ∑ 34 1.1 计算机控制系统回顾 三、信号处理 模拟量输入信号采样过程 式中 ?*(t)——输出脉冲序列 ? (kT)——输出脉冲数值序列； δ (t-kT)——发生在t=kT时刻上的单位脉冲 ∞ k = 0 f * ( t ) = f ( kT ) δ ( t ? kT ) （1-1） ∫ f ( t ) ∑ δ ( t ? kT ) 35 1.1 计算机控制系统回顾 三、信号处理 模拟量输入信号采样过程 + ∞ ? ∞ δ ( t ? kT ) dt = 1 （1-2） 根据理想单位脉冲函数的定义式(1-2)，在采样开关闭合时，? (kT)与 式(1-3)说明，数字控制系统中的采样过程可以理解为脉冲调制过程。在 这里，采样开关只起着理想脉冲发生器的作用，通过它将连续信号?(t) 调制成脉冲序列?*(t)。 ?(t)的瞬时值相等，式(1-1)还可改写成如下形式 ∞ f * ( t ) = t = 0 （1-3） 36 1.1 计算机控制系统回顾 三、信号处理 香农采样定理 采样后的离散信号?*(t)才能够无失真地复现?(t) 式中 ?s ——采样频率； ?max——?(t)最高频率。 37 1.1 计算机控制系统回顾 三、信号处理 数字滤波 数字滤波是通过编制一定的计算或判断程序，减少干扰在 有用信号中的比重，提高信号真实性的滤波方法。 数字滤波优点： ①数字滤波是用程序实现的，不需要硬件设备，所以可靠 性高、稳定性好。 ②数字滤波可以滤除频率很低的干扰，这一点是模拟滤波 难以实现的。 ③数字滤波可以根据不同的信号采用不同的滤波方法，使 用灵活、方便。 2010-3-5 38 1.1 计算机控制系统回顾 三、信号处理 常用的数字滤波方法有： 数字滤波 递推平均滤波 中位值法滤波 程序判断滤波 加权递推平均滤波 数字滤波方法 一阶滞后滤波 程序判断滤波的具体方法是通过比较相邻 的两个采样值，如果它们的差值过大，超 出了变量可能的变化范围，则认为后一次 采样值是虚假的，应予以废除，而用前一 次采样值送入计算机。 中位值法滤波就是将某个被测变量在轮到它采 样的时刻，连续采 3 次 ( 或 3 次以上 ) 值，从 中选择大小居中的那个值作为有效测量信号。 39 1.1 计算机控制系统回顾 三、信号处理 数字滤波 管道中的流量、压力或沸腾状液面的上下波动，会使其变送器输出信 号出现频繁的振荡现象。若将此信号直接送入计算机，会导致控制算 式输出紊乱，造成控制动作极其频繁。甚至执行器根本来不及响应， 还会使控制阀因过分磨损而影响使用寿命，严重影响控制品质。 (3)递推平均滤波如图 1.12 所示。 图中的黑点表示各个采样值。对于这类信 号，仅仅依靠一次采样值作为控制依据是 不正确的，通常采用递推平均的方法，即 第 n 次采样的 N 项递推平均值是 n，(n- 1)，… ，(n-N+1) 次采样值的算术平均。 ∑ y ( n-i ) 40 1.1 计算机控制系统回顾 数字滤波 N 值的选择对采样平均值的平滑程度与反应灵敏度均有影响。 三、信号处理 递推平均算式为： N ? 1 i = 0 1 N y ( n ) = （1-6） 式中 y(n) ——第 n 次 N 项的递推平均值； 在实际应用中，可通过观察不同 N 值下递推平均的输出响应来决定 N 值的 大小。目前在工程上，流量常用 12 项平均，压力取 4 项平均，温度没有 显著噪声时可以不加平均。 y (n-i ) N ——往前递