1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

1、1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1.1 微機(jī)控制系統(tǒng)特征從模擬控制系統(tǒng)過(guò)渡到微機(jī)控制系統(tǒng)，控制器結(jié)構(gòu)、控制器中的信號(hào)形式、系統(tǒng)的過(guò)程通道內(nèi)容、控制量的產(chǎn)生方法、控制系統(tǒng)的組成觀念等均發(fā)生了重大變化。微機(jī)控制系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面有自己獨(dú)特的內(nèi)容；在功能配置方面呈現(xiàn)出模擬控制系統(tǒng)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)；在工作過(guò)程與方式等方面存在其必須遵循的規(guī)則。因此， 通過(guò)了解微機(jī)控制系統(tǒng)的這些特征可以建立起微機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念。1. 結(jié)構(gòu)特征控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是任何控制系統(tǒng)都不可缺少的內(nèi)容。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是系統(tǒng)用來(lái)操作、改變、管理被控對(duì)象的工具，而控制器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供執(zhí)行方式和執(zhí)行量值等。模擬控制系統(tǒng)的控制器通過(guò)以運(yùn)算放大器為基

2、本運(yùn)算電路的模擬電路計(jì)算執(zhí)行量值， 決策執(zhí)行方式。通常一套決策方案，一種計(jì)算方法對(duì)應(yīng)一組專(zhuān)用生成電路，改變決策方案和計(jì)算方法就必須改變生成電路。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)作為控制器，執(zhí)行量值的計(jì)算，執(zhí)行方式的決策等都是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。將控制器用微型計(jì)算機(jī)來(lái)代替，便構(gòu)成了微機(jī)控制系統(tǒng)，即其結(jié)構(gòu)特征主要表現(xiàn)為系統(tǒng)控制器由微型計(jì)算機(jī)擔(dān)當(dāng)，系統(tǒng)參數(shù)分析和控制量值計(jì)算等均由微機(jī)完成。微機(jī)控制系統(tǒng)的抽象結(jié)構(gòu)和作用在本質(zhì)上與其它控制系統(tǒng)沒(méi)有什么區(qū)別，因此， 同樣存在微機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、微機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)等不同類(lèi)型的微機(jī)控制系統(tǒng)。模擬系統(tǒng)控制器中的信號(hào)形式是連續(xù)量，微機(jī)作為控制器只能處理離散量，當(dāng)微機(jī)要給模擬執(zhí)

3、行機(jī)構(gòu)提供控制量時(shí)，要將離散量或數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連續(xù)量或模擬量，即要進(jìn)行D A（數(shù)字模擬 ）轉(zhuǎn)換； 為了將被控制的模擬量變?yōu)橛?jì)算機(jī)能接受，并可進(jìn)行處理的數(shù)字信號(hào)形式，在閉環(huán)反饋通道上要設(shè)置AD（模擬數(shù)字） 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。因此，以微型計(jì)算機(jī)為控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)抽象結(jié)構(gòu)如圖1.1.1 所示。圖 1.1.1 微機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖按微機(jī)控制系統(tǒng)中信息的傳輸方向，系統(tǒng)包含三條基本信息通道。第一條是含DA 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的通道，稱(chēng)之為后向通道或輸出過(guò)程通道；第二條是含有A D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的通道， 稱(chēng)之為前向通道或輸入過(guò)程通道；第三條通道是人機(jī)對(duì)話或交互通道。微機(jī)通過(guò)輸出過(guò)程通道向被控對(duì)象或工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供控制量；通過(guò)輸入

4、過(guò)程通道獲取被控對(duì)象或工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信息；系統(tǒng)操作者通過(guò)人機(jī)交互通道向微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)布相關(guān)命令，提供操作參數(shù)， 修改設(shè)置內(nèi)容等，微機(jī)則可通過(guò)人機(jī)交互通道向系統(tǒng)操作者顯示相關(guān)參數(shù)、系統(tǒng)工作狀態(tài)、對(duì)象控制效果等。當(dāng)微機(jī)控制系統(tǒng)沒(méi)有輸入過(guò)程通道時(shí)，稱(chēng)之為微機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。在微機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，微機(jī)的輸出只隨給定值變化，不受被控參數(shù)影響，通過(guò)調(diào)整給定值達(dá)到調(diào)整被控參數(shù)的目的。但當(dāng)被控對(duì)象出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，微機(jī)無(wú)法自動(dòng)獲得擾動(dòng)信息，因而無(wú)法消除擾動(dòng)， 導(dǎo)致控制性能較差。當(dāng)微機(jī)控制系統(tǒng)僅有輸入過(guò)程通道時(shí)，稱(chēng)之為微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，微機(jī)的作用是對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、歸類(lèi)、分析、儲(chǔ)存、 顯示與打印等

5、，而微機(jī)的輸出與系統(tǒng)的輸入過(guò)程通道參數(shù)輸出有關(guān)，但不影響或改變生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)，所以這樣的系統(tǒng)可認(rèn)為是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，但不是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。2. 功能特征與模擬控制系統(tǒng)比較，微機(jī)控制系統(tǒng)的重要功能特征表現(xiàn)為： (1) 以軟件代替硬件以軟件代替硬件的功能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是改變控制對(duì)象，微機(jī)及其相應(yīng)的過(guò)程通道硬件只需作少量的變化，甚至不需作任何變化，而面向新對(duì)象重新設(shè)計(jì)一套新控制軟件便可；另一方面是可以用軟件來(lái)代替邏輯部件的功能實(shí)現(xiàn)，從而降低系統(tǒng)成本，減小設(shè)備體積。(2) 數(shù)據(jù)保存現(xiàn)代微機(jī)已具備多種數(shù)據(jù)保持方式，如脫機(jī)保持方式有軟盤(pán)、U 盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、磁帶、光盤(pán)、紙質(zhì)打印、紙質(zhì)繪圖等；聯(lián)機(jī)保持方式

6、有固定硬盤(pán)、EEPRO、MRAM休眠等，工作特點(diǎn)是系統(tǒng)斷電不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。正是由于有了這些數(shù)據(jù)保護(hù)措施，使得人們?cè)谘兄莆C(jī)控制系統(tǒng)中，可以從容對(duì)付突發(fā)問(wèn)題；在分析解決問(wèn)題時(shí)可以大量減少盲目性，從而提高了系統(tǒng)的研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期。(3) 狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示微機(jī)具有強(qiáng)大的顯示功能。顯示設(shè)備類(lèi)型有CRT顯示器、LED數(shù)碼管、LED矩陣塊、 LCD顯示器、LCD模塊、LCD數(shù)碼管、各種類(lèi)型打印機(jī)、各種類(lèi)型繪圖儀等；顯示模式包括數(shù)字、字母、符號(hào)、圖形、圖像、虛擬設(shè)備面板等；顯示方式有靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、二維、三維等；顯示內(nèi)容涵蓋給定值、當(dāng)前值、歷史值、修改值、狀態(tài)值、系統(tǒng)工作波形、 系統(tǒng)工作軌跡仿真圖等。人們通過(guò)

7、顯示內(nèi)容可以及時(shí)了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)、被控對(duì)象的變化情況、控制算法的控制效果等。(4) 聯(lián)網(wǎng)管理一般微機(jī)都具有串行通信或聯(lián)網(wǎng)功能，利用這些功能可實(shí)現(xiàn)多套微機(jī)控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)管理，資源共享，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；可構(gòu)成分級(jí)分布式集散控制系統(tǒng)，以滿(mǎn)足生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)工藝日趨復(fù)雜，可靠性要求更高，靈活性希望更好，操作需更簡(jiǎn)易的大系統(tǒng)綜合控制的要求；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)行過(guò)程( 動(dòng)態(tài) ) 的最優(yōu)化和生產(chǎn)規(guī)劃、組織、 決策、 管理 ( 靜態(tài) ) 的最優(yōu)化的有機(jī)結(jié)合。3. 工作過(guò)程特征圖 1.1.1 表明在微機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)在工作過(guò)程中，由檢測(cè)裝置將被控對(duì)象的模擬參數(shù)送至A D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，微型計(jì)算機(jī)把從A D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)獲得的數(shù)

8、據(jù)與給定值r(t) 比較，然后對(duì)其偏差按某種控制算法進(jìn)行計(jì)算，得出新的控制量數(shù)據(jù)，經(jīng)D A轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變被控對(duì)象。整個(gè)過(guò)程可歸納為三個(gè)步驟，即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與決策、控制輸出。當(dāng)被控對(duì)象處于動(dòng)態(tài)狀態(tài)時(shí)，如果不能及時(shí)獲得信息，及時(shí)做出決策，及時(shí)調(diào)整輸出， 就有可能失去控制效果和意義。而微機(jī)控制系統(tǒng)控制過(guò)程的三個(gè)步驟都是通過(guò)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此微機(jī)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程特征表現(xiàn)在對(duì)三個(gè)步驟都有實(shí)時(shí)性要求。所謂“實(shí)時(shí)”，是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)。實(shí)時(shí)又有及時(shí)、即時(shí)、適時(shí)的意思。 就微機(jī)控制系統(tǒng)而言，要求微機(jī)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)以足夠快的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析處理、對(duì)被控對(duì)象做出相應(yīng)的控制操作

9、，否則就會(huì)失去控制機(jī)會(huì)，微機(jī)在控制系統(tǒng)中也就沒(méi)有存在的任何實(shí)際意義。不同的對(duì)象實(shí)時(shí)時(shí)間是不相同的，如煉鋼的爐溫控制，由于時(shí)間慣性很大，輸出延遲幾秒仍然是實(shí)時(shí)的；而軋鋼機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)控制，一般需在幾毫秒或更短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)電流的調(diào)節(jié)，否則電流失控將造成事故。(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集檢測(cè)裝置將被控對(duì)象( 溫度、濕度、黏度、壓力、流量、速度、位移等) 的信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電信號(hào)，送到AD 環(huán)節(jié)輸入端，微機(jī)按規(guī)定的時(shí)間啟動(dòng)AD 轉(zhuǎn)換進(jìn)行對(duì)被控對(duì)象采樣，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成采樣，以數(shù)字信號(hào)形式將采樣結(jié)果存入存儲(chǔ)器。(2) 實(shí)時(shí)控制決策采樣數(shù)據(jù)反映被控對(duì)象的狀態(tài)信息，微機(jī)必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)它的前置處理(

10、 如有效性檢查、數(shù)字濾波等) ， 然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷被控參數(shù)是否偏離預(yù)定值，是否達(dá)到或超過(guò)安全極限值，如果被控參數(shù)處于可調(diào)范圍，則按選定的控制算法程序進(jìn)行控制量值計(jì)算?？傊前搭A(yù)定控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算作出控制決策。(3) 實(shí)時(shí)控制輸出實(shí)時(shí)控制輸出有兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是被控對(duì)象參數(shù)處于可調(diào)節(jié)范圍，微機(jī)將決策結(jié)果 (新的控制量值)及時(shí)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整被控對(duì)象的被控參數(shù)；二是在決策環(huán)節(jié)分析出被控對(duì)象參數(shù)達(dá)到或超過(guò)安全極限值，這時(shí)候應(yīng)在最短的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)報(bào)警裝置，即進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)報(bào)警除了來(lái)自被控對(duì)象的辨析結(jié)果外，系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)異常情況，微機(jī)也應(yīng)能及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)地或由人工進(jìn)行必要的處

11、理。數(shù)據(jù)采樣、運(yùn)算決策、輸出控制三個(gè)階段占用時(shí)間之和滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求，則該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性。而系統(tǒng)是否滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性，最終是體現(xiàn)在不影響系統(tǒng)的控制正確性。運(yùn)算決策在三個(gè)階段中占用時(shí)間最長(zhǎng)，因此，要縮短控制的延時(shí)，應(yīng)從合理選擇控制算法、優(yōu)化控制程序、選用運(yùn)算速度較高的微機(jī)等方面加以解決。此外， 在微機(jī)硬件方面應(yīng)具備實(shí)時(shí)時(shí)鐘和優(yōu)先級(jí)中斷信息處理電路；在軟件方面應(yīng)具備完善時(shí)鐘管理、中斷處理程序。實(shí)時(shí)時(shí)鐘和優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)是保證微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的必要條件。4. 工作方式特征微機(jī)用兩種方式與通道、被控對(duì)象結(jié)合組成微機(jī)控制系統(tǒng)，一種是在線工作方式，另一種是離線工作方式。在線工作方式：又稱(chēng) “聯(lián)機(jī)” 工作方式。微機(jī)

12、在控制系統(tǒng)中直接參與控制或交換信息，而不通過(guò)其它中間記錄介質(zhì)，如磁盤(pán)、U盤(pán)、光盤(pán)、磁帶等。離線工作方式：又稱(chēng)“脫機(jī)”工作方式。微機(jī)不直接參與對(duì)被控對(duì)象的控制，或不直接與被控對(duì)象交換信息，而僅是將有關(guān)控制信息記錄或打印出來(lái)，再由人來(lái)聯(lián)系，按 照微機(jī)提供的信息完成相應(yīng)的控制操作。離線工作方式元實(shí)時(shí)性可談。要使系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性，微機(jī)必須按在線方式工作。但在線不一定就具有實(shí)時(shí)性。比如微機(jī)水溫測(cè)試系統(tǒng)與微機(jī)水溫測(cè)試控制系統(tǒng)，前者微機(jī)可以在線也可以離線，后者微機(jī)必須在線。對(duì)于前者，微機(jī)在線也不一定要具有實(shí)時(shí)性，因?yàn)槲C(jī)僅采集水溫，不調(diào)節(jié)水溫，從而對(duì)采集時(shí)間不需進(jìn)行嚴(yán)格要求；微機(jī)離線工作時(shí)， 微機(jī)根據(jù)其它水溫

13、記錄裝置提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出控制參數(shù)，然后由人依據(jù)微機(jī)提供的控制參數(shù)來(lái)實(shí)施調(diào)節(jié)水溫。對(duì)于后者，由于存在自動(dòng)控制目標(biāo)，微機(jī)必須對(duì)水溫的變化作精確采集，及時(shí)調(diào)節(jié)，因此微機(jī)不但要在線，而且微機(jī)水溫測(cè)試控制系統(tǒng)一定要具有實(shí)時(shí)性，否則達(dá)不到控制目標(biāo)。1.1.2 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成被控對(duì)象千差萬(wàn)別，控制任務(wù)和控制要求隨被控對(duì)象的不同而不同，即便是同一個(gè)被控對(duì)象也可提出多種多樣的控制任務(wù)或控制要求，因此， 微機(jī)控制系統(tǒng)的具體組成是因事而變的。盡管如此，根據(jù)微機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，不同任務(wù)的微機(jī)控制系統(tǒng)有著相同的抽象結(jié)構(gòu)。圖 1.1.2 所示是具有一定綜合性的微機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖，它不但包括了模擬

14、信息的輸入輸出過(guò)程通道，還含有開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道、操作控制臺(tái)與接口、微機(jī)I O設(shè)備與接口等，因而更具一般性。由圖1.2 可知微機(jī)控制系統(tǒng)的硬件體系由工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程（ 也可以是非工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，如家庭的溫度、濕度測(cè)控） 、 過(guò)程通道、接口、主機(jī)、操作控制臺(tái)、微機(jī)I 0 設(shè)備等組成。1. 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是指在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)把原材料變成成品或半成品，或通過(guò)原材料獲得某些所需參數(shù)的工作規(guī)范。這種工作規(guī)范包括工藝流程、參與設(shè)備、人員數(shù)量與作用、結(jié)果指標(biāo)等。被控對(duì)象來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，被控對(duì)象可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)。如數(shù)控鉆床的被控對(duì)象主要是鉆頭的定位，而煉鋼過(guò)程的被控對(duì)象包括爐溫、

15、配料計(jì)量、加料傳送等。被控對(duì)象的信息通過(guò)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的適當(dāng)位置安設(shè)相應(yīng)的傳感器獲得。2. 過(guò)程通道過(guò)程通道包括模擬輸入、輸出通道，開(kāi)關(guān)量輸入、輸出通道。過(guò)程通道處于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程與主機(jī)接口之間，擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)過(guò)程與主機(jī)交換信息的任務(wù)。當(dāng)被控對(duì)象為模擬對(duì)象時(shí)， 由變送器將被控對(duì)象的能量存在形式轉(zhuǎn)變?yōu)椴蓸友b置所能接收的電能形式，然后由采樣裝置規(guī)范成A D 轉(zhuǎn)換器所能接收的電量，最后由A D 轉(zhuǎn)換器變成微機(jī)能夠接收的數(shù)據(jù)送接口。如果被控參數(shù)是非電物理量，則變送器為傳感器；如果被控參數(shù)為電量，則變送器或?yàn)榉糯笃?，或?yàn)樗p器。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的被控參數(shù)以連續(xù)變化的非電物理量居多。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要連續(xù)的模擬量操縱，則

16、微機(jī)輸出的數(shù)字控制量必須進(jìn)行D A轉(zhuǎn)換；當(dāng)用一個(gè)DA轉(zhuǎn)換器為多個(gè)控制點(diǎn)提供控制信號(hào)時(shí)要設(shè)置保持器。當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)或數(shù)字狀態(tài)信號(hào)要送主機(jī)時(shí)，可通過(guò)開(kāi)關(guān)輸入通道傳送；主機(jī)有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)或數(shù)字控制信號(hào)等要送工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程時(shí)，可通過(guò)開(kāi)關(guān)輸出通道傳送。3. 接口接口是主機(jī)與過(guò)程通道連接的數(shù)字中介裝置。主機(jī)通過(guò)接口可連接不同類(lèi)型、不同數(shù)量的通道，也可連接各種外設(shè)以及操作控制臺(tái)等。接口種類(lèi)主要分為并行、串行兩大I O輸出控制信號(hào)配合時(shí)，對(duì)應(yīng)的端口稱(chēng)為輸出端口；與主機(jī)的I 0 輸入控制信號(hào)配合時(shí)，對(duì)應(yīng)的端口稱(chēng)為輸入端口。同一個(gè)端口地址與不同的I O按迄今已出現(xiàn)的接口硬件CPU圖 1.1.2 微機(jī)控

17、制系統(tǒng)硬件的組成圖4. 主機(jī)主機(jī)采用微型計(jì)算機(jī)，是微機(jī)控制系統(tǒng)的標(biāo)志性?xún)?nèi)容。主機(jī)由CPU、 ROM、 RAM及ROM，系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)輸入通道從生并由控制程序進(jìn)行處理、分析、 運(yùn)算、決策等得出相應(yīng)的控制信又經(jīng)輸出通道把控制信息回送生產(chǎn)過(guò)程，進(jìn)而調(diào)節(jié)被控參數(shù)，使之達(dá)到并維持預(yù)計(jì)控制程序是依據(jù)控制算法，結(jié)合主機(jī)的指令系統(tǒng)和通道端口地址而設(shè)計(jì)的，不但在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，處于在線的主機(jī)又稱(chēng)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)工業(yè)控制機(jī)或工5. 操作控制臺(tái)操作控制臺(tái)是人與微機(jī)控制系統(tǒng)交換信息的中介設(shè)備，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的微機(jī)控I O 設(shè)備擺放在控制臺(tái)上或周?chē)@樣一來(lái)，在也當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，操作人員可在控制臺(tái)上及控

18、制參數(shù)、試驗(yàn)參數(shù)等進(jìn)行修改和調(diào)整等。就一般而(1) 顯示顯示范圍應(yīng)盡量涵蓋工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各重要環(huán)節(jié)、過(guò)程通道各關(guān)鍵部位、輔助及供CRT、 LCD顯示器LED、 LCD數(shù)碼管等；如果希望脫機(jī)分析數(shù)據(jù)，可配置打(2) 操作在操作臺(tái)除了微機(jī)鍵盤(pán)外，還應(yīng)配有相應(yīng)的可直接操作控制系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)、按鈕、 扳遇到緊急情況可在操作臺(tái)直接強(qiáng)制處理，或在控制臺(tái)可對(duì)系統(tǒng)相關(guān)部分進(jìn)行直接(3) 數(shù)據(jù)保存如果微機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量大，控制臺(tái)可增設(shè)光盤(pán)刻錄機(jī)、磁帶機(jī)、u 盤(pán)口、移動(dòng)(4) 遠(yuǎn)程信息交換隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，對(duì)微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)行聯(lián)網(wǎng)管理的技術(shù)漸趨成熟，因此，2.2 模擬量輸入通道2.2.1 模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)

19、模擬量輸入通道的任務(wù)是對(duì)過(guò)程量( 即模擬量) 進(jìn)行變換、放大、 采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，2.2.1 所變送器.接口 邏輯 電路I/V 變 換系統(tǒng)總線模擬量輸入通道圖 2.2.1 模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)2.2.1 可見(jiàn)， 模擬量輸入通道一般由I/V 變換， 多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、A/D 轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯等組成。模擬量輸入通道各部分作用說(shuō)明如下：1. 傳感器將過(guò)程量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。2. 放大電路 對(duì)微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大。3. 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將多路模擬信號(hào)按要求分時(shí)輸出。4. 采樣保持 對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，在模一數(shù)轉(zhuǎn)換期間對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行保持。5. A D轉(zhuǎn)換即模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字量。6. 控

20、制器 實(shí)現(xiàn)通道各環(huán)節(jié)在邏輯和時(shí)序上的協(xié)調(diào)。2.2.2 I/V 變換變送器輸出的信號(hào)為0 10mA 或 4 20mA 的統(tǒng)一信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)I/V 變換變成電壓信號(hào)才能處理。對(duì)于電動(dòng)單元組合儀表，DDZ II 型的輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)為010mA, 而DDZ 型和DDZ S 系列的輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)為4 20mA，因此針對(duì)以上情況我們來(lái)討論 I/V 變換的實(shí)現(xiàn)方法。1 . 無(wú)源I/V 變換無(wú)源 I/V 變換主要是利用無(wú)源器件電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，并加濾波和輸出限幅等保護(hù)措施，如圖 2.2.2 所示。D 5V圖 2.2.2 無(wú)源 I/V 變換電路對(duì)于0 10mA 的輸入信號(hào)，可取R1=100 ,R2=500 ，且R2為精密

21、電阻，這樣當(dāng)輸入的 I 為 0 10mA 電流時(shí)， 輸出的 V 為 0 5V， 對(duì)于4 20mA 輸入信號(hào)，可取 R1=100 ,R2=250 ，且 R2為精密電阻，這樣當(dāng)輸入的I 為 4 20mA 時(shí)，輸出的V 為1 5V。2 .有源I/V 變換有源 I/V 變換主要是利用有源器件運(yùn)算放大器、電阻組成，如圖2.2.3 所示。R2圖 2.2.3 有源 I/V 變換利用同相放大電路，把電阻R1 上產(chǎn)生的輸入電壓變成標(biāo)準(zhǔn)的輸出電壓。該同相放大電路的放大倍數(shù)為A 1RR43若取R3=100k ,R4=150k ， R1=200 ,則 0 10mA 輸入對(duì)應(yīng)于05V 的電壓輸出。若取R3=100k ,

22、R4=25k ， R1=200 ，則4 20mA輸入對(duì)應(yīng)于1 5V的電壓輸出。2.2.3 多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換器又稱(chēng)多路開(kāi)關(guān)，多路開(kāi)關(guān)是用來(lái)切換模擬電壓信號(hào)的關(guān)鍵元件。利用多路開(kāi)關(guān)可將輸入信號(hào)依次德或隨機(jī)地連接到公用放大器或A/D 轉(zhuǎn)換器上。為了提高過(guò)程參數(shù)地測(cè)量精度，對(duì)多路開(kāi)關(guān)提出了較高地要求。理想地多路開(kāi)關(guān)其開(kāi)路電阻為無(wú)窮大，其接通時(shí)的導(dǎo)通電阻為零。此外。還希望切換速度快、噪音小、壽命長(zhǎng)。工作可靠。常用的多路開(kāi)關(guān)有CD4051(或 MC14051)、 AD7501 、 LF13508 等。2.2.4 信號(hào)的采樣、量化及常用的采樣保持器1 .信號(hào)的采樣信號(hào)的采樣過(guò)程如圖2.2.4 所示。執(zhí)行采

23、樣動(dòng)作的是采樣器(采樣開(kāi)關(guān))K， K 每隔一個(gè)時(shí)間間隔T 閉合一個(gè)時(shí)間 。 T 稱(chēng)為采樣周期， 稱(chēng)為采樣寬度。時(shí)間和幅值上均連續(xù)的模擬信號(hào)y(t ) 通過(guò)采樣器后，被變換為時(shí)間上離散的采樣信號(hào)y*(t) 。 模擬信號(hào)到采樣信號(hào)的變換過(guò)程稱(chēng)為采樣過(guò)程或離散過(guò)程。圖 2.2.4 信號(hào)的采樣過(guò)程采樣信號(hào)y*（t） 是否能如實(shí)地反映模擬信號(hào)y（t）的所有變化與特征呢？采樣定時(shí)指出：如果模擬信號(hào)（包括噪聲干擾在內(nèi)）頻譜的最高頻率fmax，只要按照采樣頻率f 2 fmax，進(jìn)行采樣，那么采樣信號(hào)y*（t） 就能惟一地復(fù)現(xiàn)y（ t） 。采樣定理給出了y*（t）惟一復(fù)現(xiàn)y（t） 所必須地最低采樣頻率。實(shí)際應(yīng)用

24、中，常取f（510） fmax。2 .信號(hào)的量化采樣信號(hào)在時(shí)間軸上是離散的，但在函數(shù)軸上仍然是連續(xù)的，因?yàn)檫B續(xù)信號(hào)y（t）幅值上的變化，也反映在采樣信號(hào)y*（t） 上。所以，采樣信號(hào)仍不能進(jìn)入微機(jī)。微機(jī)只能接受在時(shí)間上離散、幅值上變化也不連續(xù)的數(shù)字信號(hào)。所謂量化，就是采用一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來(lái)逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為量化過(guò)程。執(zhí)行量化動(dòng)作的裝置是 A/D 轉(zhuǎn)換器。字長(zhǎng)為n 的 A/D 轉(zhuǎn)換器把ymin ymax范圍內(nèi)變化的采樣信號(hào)，變換為數(shù)字信號(hào)0 2n1 ，其最低有效位（LSB ）所對(duì)應(yīng)的模擬量q 稱(chēng)為量化單位。ymaxymin2n 1

25、量化過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)用q 去度量采樣值幅值高低的小數(shù)歸整過(guò)程，如同人們用單位長(zhǎng)度（比如毫米）去度量人的身高一樣。由于量化過(guò)程是一個(gè)小數(shù)歸整過(guò)程，因而存在量化誤差，量化誤差為±1/2q。例如，q 20mV 時(shí)，量化誤差為±10mA， 0.990 1.009V 范圍內(nèi)的采樣值，其量化結(jié)果是相同的，都是數(shù)字50。在 A/D 轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)n 足夠長(zhǎng)時(shí)，整量化誤差足夠小，可以認(rèn)為數(shù)字信號(hào)近似于采樣信號(hào)。在這種假設(shè)下，數(shù)字系統(tǒng)便可沿用采樣系統(tǒng)理論分析、設(shè)計(jì)。3 . 采樣保持器（ 1 ）孔徑時(shí)間和孔徑誤差在模擬量輸入通道中，A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量總需要一定的時(shí)間，完成一次A

26、/D 轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱(chēng)之為孔徑時(shí)間。對(duì)于隨時(shí)間變化的模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)，孔徑時(shí)間決定了每一個(gè)采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差，即為孔徑誤差。例如圖2.14 所示的正弦模擬信號(hào)，如果從t0時(shí)刻開(kāi)始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。但轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)已為t1，模擬信號(hào)已發(fā)生 u 的變化。因此，對(duì)于一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，最大的誤差可能發(fā)生在信號(hào)過(guò)0 的時(shí)刻。因?yàn)榇藭r(shí)的du/dt 最大，孔徑時(shí)間tA/D 一定，所以此時(shí) u為最大。令U=U msin tdUU m 2cos t U m 2 cos t dtf 為信號(hào)頻率。Um2 f式中， U m 為正弦模擬信號(hào)的幅值； 在坐標(biāo)原點(diǎn)上Ut取 t t A/D，則得原點(diǎn)處轉(zhuǎn)換的不確定電壓誤差為U U

27、m 2 ftA/ D誤差的百分?jǐn)?shù)U 1002 ftA/D 100 Um由此可知，對(duì)于一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間tA/D ，誤差的百分?jǐn)?shù)和信號(hào)頻率成正比。為了確保A/D 轉(zhuǎn)換精度，使它不低于0.1，不得不限制信號(hào)的頻率范圍。一個(gè) 10 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器（量化精度.01 ） ，孔徑時(shí)間10 s，如果要求轉(zhuǎn)換誤差在轉(zhuǎn)換精度內(nèi)，則允許轉(zhuǎn)換的正弦波模擬信號(hào)的最大頻率為f. 62 16Hz210 106 102S為了提高模擬量輸入信號(hào)的頻率范圍，以適應(yīng)某些隨時(shí)間變化較快的信號(hào)的要求，可采用帶有保持電路的采樣器，即采樣保持器。（ 2）采樣保持原理A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程（即采樣信號(hào)的量化過(guò)程）需要時(shí)間，這個(gè)時(shí)間稱(chēng)為A/D

28、轉(zhuǎn)換時(shí)間。2.3 模擬量輸出通道模擬量輸出通道的任務(wù)是把微型機(jī)輸出的數(shù)字量變換成模擬量，這個(gè)任務(wù)主要由數(shù)模轉(zhuǎn)換器來(lái)完成的，對(duì)于模擬量輸出通道，要求可靠性高，滿(mǎn)足一定的精度，還必須具有保持的功能。2.3.1 模擬量輸出邏輯的結(jié)構(gòu)在許多場(chǎng)合要求具有多路模擬量輸出通道。對(duì)于多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式，主要取決于輸出保持器的結(jié)構(gòu)方式。輸出保持器的作用主要是在新的控制信號(hào)到來(lái)前，使本次控制信號(hào)維持不變。保持器一般有數(shù)字保持和模擬保持兩種方案，這就決定了模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式。1. 獨(dú)立數(shù)模轉(zhuǎn)換器的形式圖 2.3.1 是這種形式的結(jié)構(gòu)圖。在這種形式中，CPU和通道之間通過(guò)獨(dú)立的接口緩沖器傳送信

29、息，因此這是數(shù)字保持的方案。它的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠，每條輸出通路相互獨(dú)立，不會(huì)由于某一路D A故障而影響其它通路的工作。但使用了較多的D A轉(zhuǎn)換器，因而成本較高，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展，成本將不成問(wèn)題。圖 2.3.1 獨(dú)立 D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)形式2共用數(shù)模轉(zhuǎn)換器的形式這種形式的原理框圖如圖2.3.2 所示。因?yàn)楣灿靡粋€(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，故它必須在PU控制下分時(shí)工作。即依次把D A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的模擬電壓（或電流 ），通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)傳送給輸出保持器，這種結(jié)構(gòu)節(jié)省了D A轉(zhuǎn)換器，但因?yàn)榉謺r(shí)工作，只適用于通道數(shù)量多且速率要求不高的場(chǎng)合。由于需要多路轉(zhuǎn)換器，且要求輸出采樣保持器的保C持時(shí)間與采樣時(shí)

30、間之比很大，因而其可靠性較差。2.3.2 公用 D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)2.3.2 V/I 變換在工業(yè)控制系統(tǒng)中，常常以電流方式傳輸信號(hào)。因?yàn)殡娏餍盘?hào)適合于長(zhǎng)距離傳輸，傳輸輸中信號(hào)衰減小，抗干擾能力強(qiáng)。因此。 大量的常規(guī)工業(yè)儀表是以電流方式互相配接。按儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)，DDZ- 系列儀表各單元之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)為0 10mA，而DDZ-系列儀表各單元之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)為4 20mA。 一般 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)有的是電壓方式，有的是電流方式，但是電流幅度大都在微安數(shù)量級(jí)。因此，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出常常需要配接V/I 轉(zhuǎn)換器。常用的 V/I 轉(zhuǎn)換器可以分為兩種，一種為負(fù)載電源方式，另一種為負(fù)載共地方式，分別如圖2

31、.3.3 （ a）和（b）所示。+V圖 2.3.3 V/I 轉(zhuǎn)換電路a）負(fù)載共電源方式；（ b）負(fù)載共地方式對(duì)于負(fù)載共電源方式的V/I 轉(zhuǎn)換電路圖端電位基本相等，即ViVf, 可得a） ，由于運(yùn)算放大器輸入負(fù)載與輸入正I0 IfVfRfViRf在圖 （b）所示負(fù)載共地方式的V/I 轉(zhuǎn)換電路中，Vi 為輸入電壓，I 0為輸出電流，Rf為電流反饋采樣電阻，RS為限流電阻，RL為負(fù)載電阻。Rf采集到的電流信號(hào)以電壓形式加到運(yùn)算放大器的輸入端，而且極性與輸入電壓信號(hào)反相。所以， 這是一個(gè)電流并聯(lián)負(fù)反饋電路。由于運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高，流入運(yùn)算放大器輸入端的電流可以忽略。在R2Rf 條件下，流經(jīng)R2

32、的電流與I 0相比也可以忽略。由于運(yùn)算放大器正負(fù)輸入端電位近似R1R1R2相等，可得Vi(I0RL Vi)R1I0(RfRL)R1 R2化簡(jiǎn)得I 0 ViR2R1Rf例如， 如果取R1100k ，R220k ，Rf100， 則當(dāng)Vi在 05V時(shí)，I 0為 010mA。使用圖（b）電路時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：（ 1 ）電路中各電阻應(yīng)當(dāng)選用精密電阻，以保證足夠得V/I 轉(zhuǎn)換精度。（ 2） V/I 轉(zhuǎn)換器的零位可以由運(yùn)算放大器的調(diào)零端實(shí)現(xiàn)。如果采用沒(méi)有調(diào)零端的運(yùn)算放大器，就必須附加額外的高零電路。（ 3）正電源V 的取值必須滿(mǎn)足V（R f+RL）XI omax,I omax為 I 0的最大值。（ 4）

33、 如果需要改變輸入電壓范圍，只需改變R2/R1的數(shù)值就可以實(shí)現(xiàn)。如果需要將單極性輸入改變?yōu)殡p極性輸入，則需要在運(yùn)算放大器輸入端附加偏置電壓。3.2 模擬數(shù)據(jù)采集技術(shù)模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模擬量的采集和處理，其性能的好壞主要取決于它的速度和精度。特別是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，往往要求在保證精度的條件下具有在線實(shí)時(shí)有效的多路處理功能。3.2.1 模擬數(shù)據(jù)采集電路從傳感器開(kāi)始到CPU為止的電路構(gòu)成模擬數(shù)據(jù)采集電路，它將需要的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字量進(jìn)入到CPU。 雖然由于信號(hào)的多樣性，電路結(jié)構(gòu)亦有所不同，但是基本的框架趨勢(shì)相似的。多路采樣開(kāi)關(guān)、采樣/ 保持器（S/H） 、 A/

34、D 轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成了DAS的數(shù)據(jù)輸入通道。多路模擬輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)多路開(kāi)關(guān)依次接通并按順序輸入，在經(jīng)過(guò)放大和濾波后被采樣保持器采樣并保持，使輸入到A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬量在保持時(shí)間內(nèi)恒定，以保證 A/D 轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性，A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量可經(jīng)數(shù)據(jù)緩沖器送入數(shù)據(jù)總線（DB） ，微機(jī)從數(shù)據(jù)總線獲得轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。圖 3.2.1 為具體的電路實(shí)例。它實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)8 路模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。對(duì)于變化頻率不超過(guò)100Hz電壓范圍0 10V的 8路模擬信號(hào)可以進(jìn)行連續(xù)巡回檢測(cè)，分辨率為5mV，采樣間隔不低于1s時(shí)，可以進(jìn)行數(shù)字濾波處理。圖 3.2.1 8 路模擬電壓自動(dòng)巡回?cái)?shù)據(jù)采集電路3.2.3模擬量

35、數(shù)據(jù)采集的預(yù)處理方法由于工業(yè)控制對(duì)象的工作環(huán)境一般比較惡劣，干擾源較多，模擬量經(jīng)A D轉(zhuǎn)換后，由計(jì)算機(jī)采集到的數(shù)字量還要作適當(dāng)?shù)奶幚砗蟛拍苁褂谩?shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理包括輸入數(shù)據(jù)的有效性檢查、數(shù)字濾波。1. 有效性檢查為避免測(cè)量元件、變送器的故障或信號(hào)線路的開(kāi)路，使計(jì)算機(jī)采集到真實(shí)的數(shù)據(jù)，通常都要對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢查，這是保證系統(tǒng)可靠性的措施之一。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)總是使被測(cè)量的模擬信號(hào)處于某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流范圍內(nèi)，如果測(cè)量?jī)x表或信號(hào)傳送線路出現(xiàn)故障，其信號(hào)便會(huì)達(dá)到以至超過(guò)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的上下限值，計(jì)算機(jī)便可發(fā)出報(bào)警，顯示故障通道號(hào)，提醒維修人員進(jìn)行處理。有效性檢查程序框圖如圖3.2.7 所示，

36、圖中d表示讀入數(shù)據(jù)，Pmax和Pmin分別為系統(tǒng)測(cè)量的上下限值，M1和M2為設(shè)定的標(biāo)志，反映的是上限溢出還是下限溢出以及通道編號(hào)。圖 3.2.7 有效性檢查程序框圖2. 數(shù)字濾波數(shù)字濾波就是通過(guò)一定的計(jì)算機(jī)程序減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比重，故實(shí)際上是一種程序?yàn)V波。數(shù)字濾波能夠克服模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：。 由于數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，因而不需要增加硬件設(shè)備，可以多個(gè)輸入通道 “共用”一個(gè)濾波程序。由于數(shù)字濾波不需要硬件設(shè)備，因而可靠性高，穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問(wèn)題。數(shù)字濾波能對(duì)頻率很低( 如O 01 Hz) 的干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷，而

37、且通過(guò)改寫(xiě)數(shù)字濾波程序或改變數(shù)字濾波參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同的濾波方法，這比改變模擬濾波器的硬件要靈活、方便。常用的數(shù)字濾波方法有多種，它們各有不同的特點(diǎn)，現(xiàn)介紹如下。(1) 限幅濾波限幅濾波的方法是考慮到被測(cè)參數(shù)在兩次采樣時(shí)間間隔內(nèi)，一般最大變化的增量z 總是在一定的范圍內(nèi)，如果前后兩次采樣的實(shí)際增量xkxk 1 x， 則認(rèn)為是正常xk , xkxk 1 x;yk;xk 1, xkxk 1 x(2) 限速濾波限速濾波的方法也是先設(shè)定前后兩次采樣的最大允許增量3.2.1 )x， 用本次采樣xk相對(duì)上次采樣的增量xk 進(jìn)行比較，若xk x ，則認(rèn)為本次采樣有效；否則再重新采樣一次，得xk 1 ；如果

38、xk xk 1 x，則表明xk 1 接近 xk ， xk 是可信的，用最近ykxk 1 , xk 1xkx;(再次采樣) xk 1 xk, xk 1 xk2xk , xkxk 1 x.x;3.2.2 )一個(gè)采樣xk 1 作濾波輸出；相反，就以xk 1 和xk 算術(shù)平均值作為濾波輸出。即：27這一方法既保證了采樣的實(shí)時(shí)性，也考慮到采樣值變化的連續(xù)性。上述兩種方法統(tǒng)稱(chēng)為程序判斷濾波，對(duì)抑制帶有隨機(jī)性的干擾較為有效，但涉及x 值如何確定的問(wèn)題。對(duì)不同的對(duì)象特性，使用不同的采樣周期、系統(tǒng)不同的給定輸入形式 (階躍、等速或加速) ，都影響到x值的選擇；往往需要經(jīng)過(guò)大量的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)才能確定。(3) 算術(shù)平

39、均濾波算術(shù)平均濾波就是連續(xù)采樣n 次，把 n 次采樣結(jié)果的算術(shù)平均值作為本次濾波器的輸出。即：(3.2.3)yk 1 nxkini1式中：yk 本次濾波輸出；xki第 i 個(gè)采樣值(i=1 ， 2， , ， n)。此種濾波方法主要適用于壓力、流量等信號(hào)的平滑加工，這類(lèi)信號(hào)的特點(diǎn)是信號(hào)往往在某一數(shù)值范圍附近作上下波動(dòng)，即干擾是周期性的。算術(shù)平均濾波對(duì)信號(hào)的平滑程度取決于平均次數(shù)n 的選擇， 隨著平均次數(shù)挖的增大，平滑度高，而靈敏度降低。通常，流量n=12，壓力n=4。但應(yīng)視不同的具體系統(tǒng)和采用不同的采樣周期作適當(dāng)?shù)脑鰷p。算術(shù)平均濾波對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，對(duì)脈沖性干擾的抑制不夠理想。(4)

40、 加權(quán)平均濾波在算術(shù)平均濾波中，對(duì)于n 次采樣所得的采樣值，在其結(jié)果中所占比重是均等的，加權(quán)因子均是1 n。但有時(shí)為了突出最近幾次采樣值在平均值中的比重，往往對(duì)不同時(shí)刻的采樣值賦以不同的加權(quán)因子。即：(3.2.3)nyki xii1其中， o i 1 且 i =1。i1這種方法稱(chēng)為加權(quán)平均( 或滑動(dòng)平均) 濾波方法。它適用于系統(tǒng)純延遲時(shí)間常數(shù)較大而采樣周期較短的情況。加權(quán)因子的選取可根據(jù)具體情況決定，一般是愈新的采樣值賦以較大的比重，以迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度。(5) 中值濾波中值濾波是對(duì)某一被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣3 次， 取采樣值居中者作為濾波器的輸出。即：yk =mid( xk1 , xk2 , xk3)MCS-51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的子程序如下：pus