第六章 数据处理技术-1.ppt

dddd 计算机控制技术第六章 数据处理技术 回 顾 模拟通道的构成及其特点 信号放大及采样保持电路的基本结构 ADC性能指标及其选择 典型ADC电路实例 DAC性能指标及其选择 DAC典型应用 6-0-1 采样数据的合理性判别及报警(1) 6-0-1 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 数字滤波 1、为什么需要滤波？ 由于工业控制对象所处的环境比较恶劣，干扰源较多，因此在计算机控制系统的信号中，往往含有噪声和干扰。为了进行准确测量和控制，减小虚假信息的影响，必须消除（或削弱）信号中的噪声和干扰 2、干扰的分类 按时间特性可将噪声分为两类：①周期性干扰，典型代表是50Hz的工频干扰；②不规则的随机性干扰。 滤波的基本概念 1、所谓“滤波”是指去除不需要的信号，可分为模拟滤波和数字滤波两类。 2、数字滤波是指通过程序（软件）对信号进行加工处理，以消除或减少干扰噪声在有用信号中的比重，将有用信号从噪声、干扰中提取出来。 3、模拟滤波一般采用电容电感电容等组成滤波电路，包括高通、低通、带通等滤波器 模拟滤波和数字滤波的区别 模拟滤波参数有离散，不容易做高阶滤波，不容易动态调整滤波器参数，因此无法做自适应滤波，好处就是对ADC采样率等指标要求低了，适合信号的简单处理。数字滤波一致性好，容易做高阶，可以做复杂滤波算法，坏处就是需要高采样率ADC，前端还需要预放大电路，防止溢出，适合高级的模拟信号处理。 数字滤波的优势 ①灵活、方便、功能强——可以根据信号和干扰的具体情况，采用不同的滤波程序和滤波参数，同一种滤波程序可反复调用（必要时修改参数），多个通道（含义比5.1.4中“多通道”更广，可以是完全没有物理关系的通道）可共用数字滤波算法； ②适用范围宽——不存在电容容量限制，可实现宽（低）频滤波，不存在阻抗匹配问题； ③成本低。 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 使用灵活、方便, 便于修改 6.1.1 中值滤波 定义 为方便取中值，一般连续采集奇数个采样值（如5个或7个）；在程序实现时，应该先对多个采样值排序，再取中值。 例：中值滤波 设采样N个8位数据，数据首地址在R0中，中值滤波结果存入R2，程序框图如图6.1-1所示。 中值滤波程序框图 6.1.2 平均值滤波 根据计算平均值的方法不同，具体又分为算术平均值滤波、滑动平均值滤波、加权平均值滤波和防脉冲干扰平均值滤波等几种。 算术平均值滤波 算术平均值滤波是把N次采样值相加，然后取 其算术平均值作为本次的采样值，即 （6.1-1） 式中xi——第i次采样值； N——采样次数； y——N次采样值的算术平均值。 通常对压力测量取N=4，对流量测量取 N=8~16。当然，应根据具体系统和所采用的不 同采样周期，适当增减以便选取合适的N值。 滑动平均值滤波 所谓滑动平均值滤波就是在RAM区设置一个数据缓冲区，依次存放N个采样数据，每存入一个新的采样数据，就将最早存入的那个采样数据丢掉，构成一组新的数据。从数据结构的角度分析，上述存放数据的形式叫做队列，此队列的长度为N。每经过一次采样，队列内的数据更新一次，把队列内的N个数据算术平均，即得到一个新的算术平均值。 【例6.1-2】滑动平均值滤波 设每次采集的输入数据已经存入R2R3（每个数据的字长小于或等于14位二进制数），由外部RAM的1000H~100FH构成队列，队列长度为8，每个队列成员占用两个存储单元，队列指针为2FH。将R2R3中的数据存入该队列后，计算算术平均值，滤波结果存入R4R5。 加权平均值滤波 N项加权平均的表达式为 （6.1-2） 式中Ci为各次采样值的权系数，且满足 为了编写程序方便，可以取各加权系数均为整 数，且其总和为256（0FFH），加权运算后的 累加和再除以256（即舍去低字节），便得到 加权平均滤波结果。各权系数以顺序表格的形 式存放在ROM中，各次采样数据依次存放在RAM 中。 防脉冲干扰的平均值滤波 对连续采集的N个采样数据按大小顺序排列，并去掉最大值和最小值，以期剔除明显脉冲干扰的影响，取剩下的N-2个采样数据的算术平均值，作为本次滤波的输出。 【例6.1-3】防脉冲干扰的平均值滤波 设连续进行4次采样，去掉最大值和最小值，然后求剩下的两个数据的平均值。寄存器R2R3存放最大值，R4R5存放最小值，R6R7存放累加和以及最终结果。连续采样不仅限4次，只需改变R0的数值，即可进行任