常用測量與控制算法PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1常用測量與控制算法常用測量與控制算法特點：u高精度u高可靠性u高穩(wěn)定性第1頁/共33頁采用數(shù)字濾波算法克服隨機誤差具有如下優(yōu)點：u數(shù)字濾波是由軟件程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要硬件，因此不存在阻抗匹配的問題。u對于多路信號輸入通道，可以共用一個軟件“濾波器”，從而降低儀表的硬件成本。u只要適當(dāng)改變?yōu)V波器程序或運算參數(shù)，就能方便地改變?yōu)V波特性，這對于低頻脈沖干擾和隨機噪聲的克服特別有效。第2頁/共33頁假設(shè)濾波器的輸入電壓為x(t)，輸出為y(t)，它們之間存在如下關(guān)系：)()()(txtydttdyRC第3頁/共33頁tnxtnyttnynyRC)()() 1(t)(1)1 (nnnytRCxyt

2、RCtRCa11tRCtRCb1/第4頁/共33頁taRCfc221 對于直流，yn=yn-1，由上式可見，此時滿足xn=yn，即該濾波器的直流增益為1。若取采樣間隔t足夠小，則at/RC，濾波器的截止頻率為： 系數(shù)a越大，濾波器的截止頻率越高。若取t=50s，a=1/16，則截止頻率為：)(9 .1981050216/16Hzfc第5頁/共33頁設(shè)yn-1在DATA1為首地址的單元中，xn在DATA2為首地址的單元中，均為雙字節(jié)。取a=0.25，b=0.75，濾波結(jié)果在R2、R3中。第6頁/共33頁FOF： MOV R0，DATA1MOV R1，DATA2CLR C ；0.5Yn-1，存入R

3、2、R3中INC R0MOV A，R0RRC AMOV R2，ADEC R0MOV A，R0RRC AMOV R3，AMOV A，R0 ；Xn+Yn-1ADD A，R1MOV R7，AINC R0第7頁/共33頁INC R1MOV A，R0ADDC A，R1CLR CRRC A ；(Xn+Yn-1) 0.5存入R6、R7中MOV R6，AMOV A，R7RRC AMOV R7，ACLR C ；(Xn+Yn-1) 0.25MOV A，R6RRC AMOV R6，AMOV A，R7RRC AADD A，R3 ；0.25(Xn+Yn-1)+0.5Yn-1存于R2、R3中MOV R3，AMOV A，R

4、6ADDC A，R2MOV R2，ARET第8頁/共33頁限幅濾波限幅濾波 基本方法是比較相鄰(n和n-1時刻)的兩個采樣值yn和yn-1，根據(jù)經(jīng)驗確定兩次采樣允許的最大偏差，如果兩次采樣值yn和yn-1的差值超過了允許的最大偏差范圍，則認為發(fā)生了隨機干擾，并認為后一次采樣值yn為非法值，應(yīng)予剔除。剔除yn后，可用yn-1代替yn，若未超過允許的最大偏差范圍，則認為本次采樣值有效。例：設(shè)當(dāng)前采樣值存于30H，上次采樣值存于31H，結(jié)果存于32H，最大允許偏差設(shè)為01H 第9頁/共33頁限幅濾波程序如下：限幅濾波程序如下：PUSH ACC ；保護現(xiàn)場；保護現(xiàn)場PUSH PSWMOV A，30H

5、；YnACLR CSUBB A，31H ；求；求Yn-Yn-1JNC LP0 ；Yn-Yn-1嗎？嗎？CPL A ；YnY？LP1： MOV 32H，30H ；等于；等于Y，本次采樣值有效，本次采樣值有效SJMP LP3LP2： JC LP1 ；小于；小于Y，本次采樣值有效，本次采樣值有效MOV 32H，31H ；大于；大于Y，Yn=Yn-1LP3： POP PSWPOP ACCRET 只有當(dāng)本次采樣值小于上次采樣值時，才進行求補，保證本次只有當(dāng)本次采樣值小于上次采樣值時，才進行求補，保證本次采樣值有效。采樣值有效。第10頁/共33頁 8.1.3 中位值濾波中位值濾波 中位值濾波是對某一被測參

6、數(shù)連續(xù)采樣n次(一般n取奇數(shù))，然后把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值。中位值濾波能有效地克服偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定引起的誤碼等脈沖干擾。對溫度、液位等緩慢變化的被測參數(shù)采用此法能收到良好的濾波效果，但對于流量、壓力等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位值濾波。 設(shè)SAMP為存放采樣值的內(nèi)存單元首地址，DATA為存放濾波值的內(nèi)存單元地址，N為采樣值個數(shù) 第11頁/共33頁中位值濾波程序如下：FILTER： MOV R3，N-1 ；置循環(huán)初值SORT： MOV A，R3 MOV R2，A ；循環(huán)次數(shù)送R2 MOV R0，SAMP ；采樣值首地址送R0LOOP： MOV A，R0 I

7、NC R0 CLR C SUBB A，R0 ；Yn-Yn-1A JC DONE ；YnYn-1轉(zhuǎn)DONE ADD A，R0 ；恢復(fù)A XCH A，R0 ；YnYn-1，交換數(shù)據(jù)第12頁/共33頁DEC R0MOV R0，A INC R0DONE: DJNZ R2，LOOP ；R20，繼續(xù)比較DJNZ R3，SORT ；R30，繼續(xù)循環(huán)DEC R0MOV A,#N ；計算中值地址CLR CRRC AADD A, R0MOV R0, AMOV DATA,R0 ；存放濾波值RET第13頁/共33頁校正算法 系統(tǒng)誤差是指在相同條件下，多次測量同一量時，其大小和符號保持不變或按一定規(guī)律變化的誤差。恒定系

8、統(tǒng)誤差：恒定不變的誤差，例如校驗儀表時標(biāo)準(zhǔn)表存在的固有誤差，儀表的基準(zhǔn)誤差等。變化系統(tǒng)誤差：按一定規(guī)律變化的誤差，例如儀表的零點和放大倍數(shù)的漂移，熱電偶冷端隨室溫變化而引起的誤差等。 第14頁/共33頁系統(tǒng)誤差的模型校正法系統(tǒng)誤差的模型校正法 在某些情況下，對儀表的系統(tǒng)誤差進行理論分析和數(shù)學(xué)處理，可以建立儀表的系統(tǒng)誤差模型，從而可以確定校正系統(tǒng)誤差的算法和表達式。 第15頁/共33頁如，在儀表中用運算放大器測量電壓時，常會引入零位和增益誤差。設(shè)測量信號x與真值y是線性關(guān)系，即y=a1x+a0，為了消除這一系統(tǒng)誤差，可用這一電路分別去測量標(biāo)準(zhǔn)電勢VR和一短路電壓信號，以此獲得兩個誤差方程：解此方

9、程組，得從而可得校正算式 y=VR(x-x0)/(x1-x0)0010110axaaxaVR)/()/(1000011xxxVaxxVaRR第16頁/共33頁 利用校準(zhǔn)曲線通過查表法修正系統(tǒng)誤差利用校準(zhǔn)曲線通過查表法修正系統(tǒng)誤差 在較復(fù)雜的儀器中，對較多的誤差來源往往不能充分的了解，因此難以建立適當(dāng)?shù)恼`差模型。這時可通過實驗，即通過實際校準(zhǔn)求得測量的校準(zhǔn)曲線，然后將曲線上各校準(zhǔn)點的數(shù)據(jù)存入存儲器的校準(zhǔn)表格中，在以后的實際測量中，通過查表求得修正了的測量結(jié)果。第17頁/共33頁 獲得校準(zhǔn)曲線的過程為：在儀器的輸入端逐次加入一個已知量(如電壓)x1，x2，xn,并得到實際測量結(jié)果y1，y2，yn，

10、。于是可作出如下圖所示的校準(zhǔn)曲線。將實際測量得到的這些yn值作為存儲器中的一個地址，把對應(yīng)的諸xn值作為內(nèi)容存入其中，這就建立了一張校準(zhǔn)表格。然后，在實際測量時測得一個yn值，就令單片機去訪問這個地址yn，讀出其內(nèi)容xn，此xn即為被測量經(jīng)修正過的值。對于y值介于某兩個校準(zhǔn)點yn和yn+1之間時，可按最鄰近的一個值yn或yn+1去查找對應(yīng)的x值作為最后結(jié)果，那么這個結(jié)果將帶有一定的殘余誤差。第18頁/共33頁在任意兩個校準(zhǔn)點之間的校準(zhǔn)曲線段，可以近似地看成是一段直線段，設(shè)這段直線的斜率為s=dx/dy，(注意，校正時y是自變量，x是函數(shù)值)，校準(zhǔn)曲線的最大斜率為sm，由圖 (b)可見，可能引起

11、的最大殘余誤差為 x=smy 其中 y=yn+1-yn若考慮取雙向誤差，殘余誤差的絕對值可減小一半，即為 x=smy/2 設(shè)Y為y的量程，校準(zhǔn)時取恒等間隔的N個校準(zhǔn)點，即 yn+1-yn=y=Y/N 于是得 x=smY/2N 第19頁/共33頁)2/(2121BXLSB 122BmXNYsx第20頁/共33頁BMN )2/1/(2)/(1BmXxXYBSMBBXx22ln1)(22ln2)/(BmSSM第21頁/共33頁第22頁/共33頁第23頁/共33頁 程控放大器量程轉(zhuǎn)換原理圖程控放大器量程轉(zhuǎn)換原理圖 第24頁/共33頁第25頁/共33頁圖所示為PGA100的引腳排列。引腳A0A5用來選擇

12、增益和模擬輸入通道, 選擇方式如下: A5 A4 A3 增 益 A2 A1 A0 通 道 0 0 0 1 0 0 0 IN0 0 0 1 2 0 0 1 IN1 0 1 0 4 0 1 0 IN2 0 1 1 8 0 1 1 IN3 1 0 0 16 1 0 0 IN4 1 0 1 32 1 0 1 IN5 1 1 0 64 1 1 0 IN6 1 1 1 128 1 1 1 IN7PGA100的引腳排列的引腳排列 第26頁/共33頁程控增益是利用芯片內(nèi)部的精密電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的, 當(dāng)精密電阻網(wǎng)絡(luò)引出端310腳分別與1腳相連時,其增益范圍為2128; 當(dāng)要求增益為29時, 應(yīng)將10腳、11腳與1腳相連; 當(dāng)要求增益為210時, 應(yīng)將10、11、12腳與1腳相連; 當(dāng)312腳均不與1腳相連時, 增益為1。因此只要在1腳和212腳之間加一個多路開關(guān)就能方便地實現(xiàn)程