计算机控制技术教学课件作者额尔和木图3.ppt

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2019-10-14 发布于广东
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计算机控制技术教学课件作者额尔和木图3.ppt

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3. 3 数字滤波和数据处理 2.中值滤波法所谓中值滤波，就是对某一参数连续采样n次(一般取n为奇数)，然后把n次的采样值从小到大或从大到小排队，再取中间值作为本次采样值。中值滤波对于去掉由于偶然因素引起的波动或采样器不稳定造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。若变量变化比较慢，则采用中值滤波效果比较好，但对快速变化的参数(如流量)，则不宜采用。在实际使用时，n的值要选择适当，如果选择过小，则起不到去除干扰的作用;如果n过大，就会造成采样数据的时延过大，造成系统性能变差。一般取n为3~5次。上一页下一页返回 3. 3 数字滤波和数据处理如果将平均值滤波和中值滤波结合起来使用，滤波效果会更好。方法是连续采样m次，并按大小排序，从首尾各舍掉1/3个大数和小数，再将剩余的1 /3个大小居中的数据进行算术平均，作为本次采样的有效数据，亦可去掉采样值中的最大值和最小值，将余下的(m一2)个采样值进行算术平均。 3.惯性滤波法前面几种方法基本上属于静态滤波，主要适用于变化过程比较快的参数，如压力、流量等。对于慢速随机变量，则采用短时间内连续采样取平均值的方法，其滤波效果不够理想。上一页下一页返回 3. 3 数字滤波和数据处理为提高滤波效果，可以仿照模拟系统RC低通滤波器的方法，将普通硬件RC低通滤波器的微分方程用差分方程来表示，用软件算法来模拟硬件滤波器的功能。典型RC低通滤波器的动态方程为式中，Tf=RC，称为滤波器时间常数;x是测量值;y,是经滤波后的测量值。显然，改变Tf可以改变滤波器的滤波效果。式(3. 3. 4)离散化后可得低通滤波算法为上一页下一页返回 3. 3 数字滤波和数据处理 4.程序判断滤波程序判断滤波的方法是根据生产经验，确定两次采样输入信号可能出现的最大偏差△y。若超过此偏差值，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉;若小于此偏差值，则可以将信号作为本次采样值。当采样信号由于随机干扰(如大功率用电设备启动或停止)造成电流的尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失真等，使得采样数据偏离实际值较远时，可以采用程序判断滤波。程序判断滤波一般可分如下两种。上一页下一页返回 3. 3 数字滤波和数据处理 1)限幅滤波限幅滤波的作用是把两次相邻的采样值相减，求出其增量(以绝对值表示)，然后与两次采样允许的最大偏差△y比较，若小于或等于△y就取本次采样值，若大于△y ，则仍取上次采样值。即上一页下一页返回 3. 3 数字滤波和数据处理 2)限速滤波限幅滤波是用两次采样值来决定采样的结果，而限速滤波最多可用三次采样值来决定采样结果。其方法是，当|y(k)-y (k-1)|△y时，不是像限幅滤波那样，用y ( k-1)作为本次采样值，而是再采样一次，取得y(k+1)，然后根据|y(k+1)-y(k)|与△y的大小关系来决定本次采样值。具体判别如下: 上一页下一页返回 3. 3 数字滤波和数据处理限速滤波是一种折中的方法，既照顾了采样的实时性，又顾及了采样值变化的连续性。数据采集所采用的检测技术不同，检测对象不同，数据的采集频率、信噪比也不同。各种数字化滤波算法各有优缺点，所以在实际应用中要根据具体情况将其有机地结合起来，为数据处理选择一种最优的滤波算法，保证数据准确、快速地反映被检测对象的实际，为生产管理提供有效的数据。在实际使用时，可能不仅仅使用一种方法，而是综合运用上述的方法，比如在中值滤波法中加入平均值滤波，借以提高滤波的性能。总而言之，要根据现场的情况，灵活选用。上一页下一页返回 3. 3 数字滤波和数据处理 3. 3. 2 数据处理在数据采集和处理系统中，计算机得到的有关现场的信号是通过数字滤波得到的比较真实的被测参数，但此信号有时不能直接使用，需要进一步数学处理或给用户特别提示。 1.线性化处理计算机从模拟量输入通道得到的检测信号与该信号所代表的物理量之间不一定呈线性关系。例如，差压变送器输出的孔板差压信号同实际的流量之间成平方根关系;热电偶的热电势与其所测温度之间是非线性关系等。而在计算机内部参与运算与控制的二进制数希望与被测参数之间呈线性关系，其口的既便于运算又便于数字显示，因此还需对数据做线性化处理。上一页下一页返回 3. 3 数字滤波和数据处理在常规自动化仪表中，常引入“线性化器”来补偿其他环节的非线性，如二极管阵列、运算放大器等，都属于硬件补偿，这些补偿方法一般精度不太高。在计算机数据处理系统中，用计算机进行非线性补偿，方法灵活，精度高。常用的补偿方法有计算法、插值法、折线法。 1)计算法当参数间的非线性关系可以用数学方程来表示时，计算机可按公式进行计算，完成非线性补偿。在过程控制中较为常见的两