計算機控制課件-計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理

3.1計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理計算機測控系統(tǒng)——采樣系統(tǒng)；以采樣周期T為間隔進行數(shù)據(jù)

采集、處理、測量計算、報警處置、控

制運算與控制輸出；數(shù)據(jù)采集流程包括：定時采集、數(shù)字濾波、工程量轉(zhuǎn)換計算等

主要環(huán)節(jié)；3.1計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理如圖3.1-1所示；3.1.1數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)3.1計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理如圖3.1-2所示——多路模擬量輸入通道；3.1.2計算機測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的軟件流程3.1計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理

嵌入式計算機測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件部分涉及4個軟

件部分：

初始化部分；A/D中斷處理程序部分；定時器中斷處理部分；

主程序數(shù)據(jù)處理部分各部分軟件流程如下圖3.1-3所示；3.1.2計算機測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的軟件流程3.1計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理各部分軟件流程如下圖3.1-3所示；3.1.2計算機測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的軟件流程3.2數(shù)字濾波數(shù)字濾波——消除或削弱原始信號中的干擾成分對

計算機測量、控制的影響；

信號中的干擾類型：尖峰干擾（毛刺）、周期性波

動干擾、偶然沖擊性干擾；如圖3.2-1所示；3.2數(shù)字濾波如圖3.2-1所示；3.2數(shù)字濾波3.2.1靜態(tài)濾波方法常用方法：算數(shù)平均濾波、加權(quán)平均濾波、中

值濾波、程序判斷濾波；

D（K）——A/D測量值C（K）——濾波后的測量值；N：濾波窗口的數(shù)據(jù)數(shù)量；3.2數(shù)字濾波3.2.1.1算數(shù)平均濾波

3.2.1.2加權(quán)平均濾波加權(quán)平均濾波是算數(shù)平均濾波的一種改進，該方法對數(shù)據(jù)進行了權(quán)重劃分——濾波輸出更傾向于當前測量值；3.2數(shù)字濾波3.2.1.3中值濾波3.2.1.4程序判斷濾波方法：對連續(xù)采樣的N點數(shù)據(jù)排序，取中間部分取算數(shù)平均值；濾波效果優(yōu)于算數(shù)平均濾波；適合于消除尖峰干擾、降低周期性波動干擾；方法的依據(jù)——對被測信號本質(zhì)規(guī)律和物理過程的“客觀認識”；限幅濾波：設(shè)置最大、最小限制（由測量信號及培測對象的本質(zhì)

物理過程決定）DMAX、DMIN；如D（K）≥DMAX則C（K）=D（K-1）；如D（K）≤DMIN則C（K）=D（K-1）；3.2數(shù)字濾波3.2.1.4程序判斷濾波限速濾波：設(shè)置最大變化率限制；

變化率D*(K)=(D(K)-D(K-1))/TD*(K)∣≤D*MAX;如果；D*(K)≥D*MAX;則C(K)=D(K-1)+D^*(K-1)×T；3.2.2動態(tài)濾波方法通常指“一階慣性濾波”，等價于硬件的RC濾波；

拉式變換為G(S)=K/(1+T1S)(取K=1)；離散化后C(K)=αD(K)+(1-α)C(K-1)；(0＜α＜1);α越大濾波效果越弱;3.2數(shù)字濾波3.2.3特殊濾波方法數(shù)字信號處理技術(shù)的一系列信號處理及濾波方法:數(shù)字高通濾波:數(shù)字帶通濾波:數(shù)字帶阻濾波:自適應(yīng)濾波器:相關(guān)濾波器:3.3計算機測量的計算方法

在計算機中須通過“工程量轉(zhuǎn)換計算”將測量得到的D（K）轉(zhuǎn)換為其表述的物理量——工程量；3.3.1線性關(guān)系的工程量轉(zhuǎn)換計算如圖3.3-1所示；工程量與測得的數(shù)字兩之間是線性關(guān)系；3.3計算機測量的計算方法3.3.1線性關(guān)系的工程量轉(zhuǎn)換計算

3.3計算機測量的計算方法3.3.2計算機測量系統(tǒng)的“標定”與“校準”外加基準信號源，記錄并存儲與Ymin對應(yīng)的Dmin、與Ymax對應(yīng)的Dmax；以多路4-20MA輸入為例；3.3.3全量程自動校準如圖3.3-1所示為多路模擬量輸入通道3.3計算機測量的計算方法3.3.3全量程自動校準其中：多路開關(guān)、放大單元、A/D器件、電阻、電容等模擬電路都存在“溫度漂移”、“老化漂移”等現(xiàn)象——“零點漂移”、“增益漂移”，如圖3.3-2所示；3.3計算機測量的計算方法3.3.3全量程自動校準“全量程自動校準”的目的——解決測量通道的“零點漂移”、

“增益漂移”問題方法：在多路測量通道增加零點校準測量和基準參考測量；如圖3.3-3所示；3.3計算機測量的計算方法3.3.3全量程自動校準校準過程記下：Dmin、Dmax、Drj；測量過程測量：D(K)、DR(K)、D0(K)；零點校準：D(K)=D(K)-D0(K)；增益校準：(U(k))/(Ur(k))=(D(k))/(Dr(k));

U(K)=(D(k))/(Dr(k))×Ur(k)

該方法須知道計算機測量通道Vr的準確數(shù)值，這在產(chǎn)品的工程化上非常不便；最佳方法：將D（K）等效為校準環(huán)境下的測量值—