第6章：微型计算机控制技术课件

二．非线性参数标度变换
如，在流量测量中，流量与差压间的关系式为
式中，Q——流量； K——刻度系数，与流体的性质及节流装置 的尺寸相关；
Δ P——节流装置前后的差压。
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§3-2 标度变换程序
流体的流量与被测流体流过节流装置前后产生
的压力差的平方根成正比
其中，Qx：被测流体的流量值 Qm：流体仪表的上限值
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§3-2 标度变换程序
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§3-2 标度变换程序

特例2:
若仪表下限值A0=0,对应N0=0
则：
Nx Ax Am Nm
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§3-2 标度变换程序
例：
某压力测量系统中, 压力测量仪表的量
程为400～1200Pa,采用8位A/D,设某采样 周期计算机中经采样及数字滤波后的数 字量为ABH,求此时的压力值。
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§3-2 标度变换程序
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数字滤波器与模拟ＲＣ滤波器相比其优点
1．不需要增加任何硬件设备。只需在程序进入


数据处理和控制算法之前，附加一段数字滤波程 序即可。 2．由于不加硬件设备，故系统可靠性高，不存 在阻抗匹配问题。 3．模拟滤波器通常每通道都有，而数字滤波器 则可多通道共用，故成本降低。 4．使用灵活，方便，可根据需要选择不同的滤 波方法，或改变滤波器的参数。 5．可对频率很低（如0.01Hz）的信号实现滤波， 克服了模拟滤波器的缺陷。
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§３-１ 数字滤波 本节目录
一、算术平均值法滤波 二、加权平均滤波(加权递推平均法) 三、中值滤波法 四、程序限幅滤波 五、惯性滤波法（一阶滞后滤波） 六、复合滤波
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算术平均值法滤波
此方法是把N次采样值进行相加，然后取其 算术平均值做为本次采样值。
X i
N
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设N=8，输入真实幅值0800H的阶跃信号。
Q0：流体仪表的下限值
Nx：差压变送器所测得的差压值
Nm：差压变送器上限所对应的数字量
N0：差压变送器下限所对应的数字量
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§3-2 标度变换程序 练习：
某电阻炉温度测量仪表的量程为200~800℃，
在某一时刻计算机采样并经数字滤波后的 数字量为CDH。求此时的温度值是多少？ （设该仪表的量程是线性的）
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惯性滤波法（推导）
YK YK 1 f YK X K T
f f T f YK 1YK X K YK 1 T T T T f YK XK YK 1 f T f T
f T 设 ,则 1 f T f T
A x (A m A 0 )
Nm N0
A0
其中： A0——一次测量仪表的下限 Am——一次测量仪表的上限 Ax——实际测量值(工程量) N0——仪表下限对应的数字量 Nm——仪表上限对应的数字量
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§3-2 标度变换程序

特例1：
把一次测量仪表的下限A0所对应的 A/D转换值为0。即N0=0。 则：
结论：此法适于变化比较缓慢的参数滤波
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复合滤波
此法即是把两个以上的滤波方法结合起来使
用。如把中值滤波和平均值滤波两种方法结 合起来，即把采样值首先按大小排队，然后 去掉最大值和最小值（中值法），再把剩下 的值加起来,最后取平均值。
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复合滤波
原理：若X1 X 2 X N ,3 N 14 1 N 1 则： X 2 X 3 X N 1） N 2) （ /( Xi N 2 i2 N 3时，便是中值滤波。
例：
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算术平均值法滤波 结论
算术平均值法对周期性干扰有良好的 抑制，但对脉冲性干扰（随机干扰） 的平滑尚不理想。 因而它不适合用于脉冲性干扰比较严 重的场合。
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算术平均值法滤波
主要用于压力、流量等周期性脉冲的采样值
进行平滑加工。 N取决于平滑度和灵敏度。随N值增大，平滑 度将提高，灵敏度降低。 通常对流量参数滤波时，N取12次，对压力 取4次。至于温度，如无噪声干扰可不平均。
YK (1 )X K YK 1 设1 则YK X K (1 )YK 1
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惯性滤波法（推导）
其中：X K — —本次采样值（本次滤波输入） Y K — — 本次滤波输出 YK -1 — —上次滤波输出 T — —采样周期 、 — —滤波平滑系数； 1
A x1 a1N x b1
Am A0 Am A0 其中，a1 , b1 A 0 N0 Nm N0 Nm N0
A x 2 a 2 N x A0
Am A0 其中，2 a Nm
Ax3 a 3Nx
Am 其中，3 a Nm
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§3-2 标度变换程序
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惯性滤波法（一阶滞后滤波）
对于模拟低通滤波器传函
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惯性滤波法（推导）
Y(S) 1 G (S) X(S) f S 1
f RC
滤波时间常数
进行离散化： Y(S) S Y(S) X(S) f
dy 因为： L SY (S) dt
所以：
dy f y(t ) X (t ) dt
量（以绝对值表示），然后与两次采样允许 的最大值（由被控对象的实际情况决定）Δ Y 进行比较，若小于或等于Δ Y，则取本次采样 值；若大于Δ Y，则取上次采样值作为本次采 样值。
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程序限幅滤波
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程序限幅滤波
此法可以防止随机干
扰（脉冲干扰），即 根据生产经验，确定 出两次采样输入信号 允许出现的最大偏差 ΔY，若超过此偏差值， 则表明该输入信号是 干扰信号，应该去掉。
A0=400Pa, Aｍ＝1200Pa,Nx=ABH=171，
Nm=FF=255D，N0=0 则：
Nx A x (A m A 0来自) A0 Nm 171 (1200 - 400) 400 255 936Pa
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为编程方便，三个公式分别写成如下形式
§3-2 标度变换程序
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加权平均滤波(加权递推平均法)
式中C1,C2……CN为各次采样值的系数,可根据具
体情况决定,一般采样次数越靠后,取的比例越大, 这样可增加新的采样值在平均值中的比例。
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加权平均滤波(加权递推平均法)
其目的是突出信号的某一部分,抑制信号的
另一部分。(对算术平均值法而言相当于对 每次采样值给出相同的加权系数,即1/N)。 此法能增加新鲜采样值在平均值中的比重, 提高系统对当前所受干扰的灵敏度。 此法适用于系统纯滞后时间常数τ 较大、 采样周期较短的过程,它给不同的相对采样 时间得到的采样值以不同的权系数,以便能 迅速反映系统当前所受干扰的严重程度。 但此法实际应用不如算术平均值法广泛。
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程序设计:
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结论
兼有算术平均值法和中值滤波的优点,它可以
去掉脉冲干扰,又可对采样值进行平滑加工, 因而它对快速或慢速参数均适用。
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§3-2
标度变换程序
学习本节的目的是掌握计算机控制系统中实
际值的显示 重点是线性标度变换
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§3-2 标度变换程序
一．线性参数标度变换 设被测参数值与A/D转换结果为线性关系， 则： N x N0
1 2 3 2
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结论
采用中值滤波，对去掉脉动性质的干扰比较
有效（如对前两种情况可完全滤掉干扰；从 概率角度讲，后两种情况比较少，否则说明 检测元件有问题，因此本办法对滤去脉冲干 扰是有效的），对缓慢变化的过程变量采用 此法效果良好。不宜对快速变化过程采用。
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程序限幅滤波
此法是把两次相邻的采样值相减，求出其增
第三章

应用程序设计
本章目录
§3-1 数字滤波
§3-2标度变换程序
1
§３-１ 数字滤波
学习本节的目的是掌握计算机控制系统常用
应用程序的设计 重点是不同滤波方法对何种干扰抑制比较有 效，特别是会应用中值滤波与平均值滤波
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§３-１ 数字滤波
工业控制对象的环境比较恶劣，干扰源较
多。如环境温度，电场，磁场。为减少对 采样值的干扰，提高系统的性能，在进行 数据处理和调节控制之前，一般先对采样 值进行数字滤波。 数字滤波就是通过一定的计算程序减少干 扰在有用信号中的比重，故实际上是一种 程序滤波。
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中值滤波法
此法是对某一被测参数连续采样n次(一 般n取奇数),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。 n=3为最简单但又最常用的中值滤波。 n一般不宜太大,否则滤波效果反而不好, 且总的采样控制时间将增长,一般n取35即可。
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例： n=3，若X <X <X ，则X 为有效信号。