计算机控制系统中的控制策略
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–可结合使用平均值滤波和中值滤波法，
对周期性干扰噪声和偶然出现的脉冲 干扰信号都有良好的滤波效果。
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
8
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—惯性滤波法(一阶滞后滤波)
惯性滤波法（高频干扰信号）
用软件实现RC低通滤波器功能, 动态方程为
Tf dy y x dt
– 提高抗干扰能力 – 检测系统异常状态，发出报警信号 – 防止测量系统故障引起错误的控制行为 – 校正信号，提高测量精度
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
2
—计算机控制系统—
5-1-1 采样数据的合理性判别及报警(1)
越限的限幅与报警
–
–
采样值超过规定的界限（上、下限，可能是 系统发生异常或出现大的干扰） 可采用如下方法进行处理： 设某通道当前采样值为y(k) » yL ≤y(k)≤yH 时; y(k)为当前采样有效值 » y(k)>yH , 取 y(k)= yH (上限值)，报警 » y(k)<yL , 取 y(k)= yL (下限值)，报警
9
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—程序判断滤波
程序判断滤波（限速滤波）：克服偶然
的、大幅度的跳码干扰
–
比较两个相邻采样瞬间采样值的大小
|y(k)-y(k-1)| ≤Δy0, 则 y(k)=y(k) >Δy0, 则 y(k)=y(k-1)
–
关键：正确选择Δy0
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
串联校正 反馈校正：校正装置 ：从系统的某一环节中引出反馈信号，通过校正装置构成局部反馈 Gc(s)串联在前向通道中。简单、易实现，一般放在能量
回路。信号是从高功率点流向低功率点，所以一般采用无源网络。 较低的部位，多采用有源校正网络。
给定 元件 给定输入 + 元件信号r(k) 输入 信号r(k) 原有部分1 +
y (k )
a
i 0
m 1
i
y (k i )
常数 ai 的选取是多种多样的，但应满足
a
i 0 m 1 i
1
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
7
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—中值滤波法
中值滤波（脉冲性干扰） –在某采样瞬间对被测参数连续采样3次
或以上,选择大小居中的数据作为有效 信号。
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
5
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—平均值滤波法（1）
算术平均值滤波（周期性干扰信号）
1 m yk yk m y(k ) y(k i) yk 1 m i 1 m m
平均算式 递推算式
其中算术平均的次数m值决定了信号的平滑度和灵 敏度。适用于对流量、压力及沸腾状液面一类信号 作平滑处理。
10
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波
各种滤波方法的特点与应用
–平均值滤波适用于周期性干扰；加权
平均递推滤波适用于纯滞后较大的过 程； –中值滤波和程序判断滤波适用于偶然 出现的脉冲干扰； – 惯性滤波适用于高频干扰。
2019/1/20 第五章 计算机控制系统中的控制策略 11
—计算机控制系统—
–
常见的处理方法
» »
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
4
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波（又称软件滤波）
数字滤波的必要性及优点
– 与RC滤波器结合使用，可抑制大多数引入
过程的干扰 – 不需要增加硬设备 – 稳定性好, 且一种滤波程序可以反复调用 – 使用灵活、方便, 便于修改
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
6
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—平均值滤波法（2）
加权递推平均滤波(滑动平均值滤波)
基本思想：算术平均值滤波对每个采样值给出相 同的权重系数, 即1/m。若要增加新采样值在有 效信号中的比重, 实际应用时, 可采用加权递推 平均滤波, 其算式为
校正的基本概念 标准数字PID控制算法 数字PID控制算法的改进 数字PID控制器的参数整定
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
13
—计算机控制系统—
5-2-1校正的基本概念（1）
校正的概念 – 通过引入的校正装置的零、极点，来改变整个系统的零、 极点分布，从而使系统满足希望的性能要求。 校正方式：校正方式的选用主要取决于系统本身的结构特 点、采用的元器件、信号的性质、经济条件及设计者的经 验。校正装置不是唯一的。
5-1-3 数据处理
目的
–经过处理后，可直接引用采样数据。
常见的数据处理内容
– – –
2019/1/20
线性化处理：如孔板差压与流量、热电 偶的热电势与温度 校正运算：如温度补偿 测量值与工程量的转换
第五章 计算机控制系统中的控制策略 12
—计算机控制系统—
第二节 Unit 2
数字PID控制算法 Data PID Control Arithmetic
—计算机控制系统—
第一节 Unit 1
数字滤波和数据处理
Data Filtering and Data Processing 采样数据的合理性判别及报警 数字滤波 数字处理 软测量简介
2019/1/20 第五章 计算机控制系统中的控制策略 1
—计算机控制系统—
5-1 数字滤波和数据处理
进行数字滤波和处理的必要性
G s 1 Tf s 1
x(t)
R
i(t)
y(t)
C
（其中 Tf =RC，称为滤波时间常 数）
离散化后动态方程(T为采样周期)
y(k ) ay(k 1) (1 a) x(k )
a Tf (T f T )
硬件RC低通滤波器
0＜a＜1, 称为滤波系数
2019/1/20
第五章 计算机控Байду номын сангаас系统中的控制策略
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
3
—计算机控制系统—
5-1-1 采样数据的合理性判别及报警(2)
对采样数据进行分析判断 – 分析判断的根据
»
»
客观规律和操作经验 过程机理 能量平衡 物料平衡 热量平衡 变化规律 根据运算模块进行检查 被零除 负数开方 数据溢出 一般通道：连续出现规定次数后报警，停止在线程序 重要通道：设计专门的故障诊断系统甚至容错系统
对周期性干扰噪声和偶然出现的脉冲 干扰信号都有良好的滤波效果。
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第五章 计算机控制系统中的控制策略
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—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—惯性滤波法(一阶滞后滤波)
惯性滤波法（高频干扰信号）
用软件实现RC低通滤波器功能, 动态方程为
Tf dy y x dt
– 提高抗干扰能力 – 检测系统异常状态，发出报警信号 – 防止测量系统故障引起错误的控制行为 – 校正信号，提高测量精度
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
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—计算机控制系统—
5-1-1 采样数据的合理性判别及报警(1)
越限的限幅与报警
–
–
采样值超过规定的界限（上、下限，可能是 系统发生异常或出现大的干扰） 可采用如下方法进行处理： 设某通道当前采样值为y(k) » yL ≤y(k)≤yH 时; y(k)为当前采样有效值 » y(k)>yH , 取 y(k)= yH (上限值)，报警 » y(k)<yL , 取 y(k)= yL (下限值)，报警
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—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—程序判断滤波
程序判断滤波（限速滤波）：克服偶然
的、大幅度的跳码干扰
–
比较两个相邻采样瞬间采样值的大小
|y(k)-y(k-1)| ≤Δy0, 则 y(k)=y(k) >Δy0, 则 y(k)=y(k-1)
–
关键：正确选择Δy0
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第五章 计算机控制系统中的控制策略
串联校正 反馈校正：校正装置 ：从系统的某一环节中引出反馈信号，通过校正装置构成局部反馈 Gc(s)串联在前向通道中。简单、易实现，一般放在能量
回路。信号是从高功率点流向低功率点，所以一般采用无源网络。 较低的部位，多采用有源校正网络。
给定 元件 给定输入 + 元件信号r(k) 输入 信号r(k) 原有部分1 +
y (k )
a
i 0
m 1
i
y (k i )
常数 ai 的选取是多种多样的，但应满足
a
i 0 m 1 i
1
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第五章 计算机控制系统中的控制策略
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—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—中值滤波法
中值滤波（脉冲性干扰） –在某采样瞬间对被测参数连续采样3次
或以上,选择大小居中的数据作为有效 信号。
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
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—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—平均值滤波法（1）
算术平均值滤波（周期性干扰信号）
1 m yk yk m y(k ) y(k i) yk 1 m i 1 m m
平均算式 递推算式
其中算术平均的次数m值决定了信号的平滑度和灵 敏度。适用于对流量、压力及沸腾状液面一类信号 作平滑处理。
10
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波
各种滤波方法的特点与应用
–平均值滤波适用于周期性干扰；加权
平均递推滤波适用于纯滞后较大的过 程； –中值滤波和程序判断滤波适用于偶然 出现的脉冲干扰； – 惯性滤波适用于高频干扰。
2019/1/20 第五章 计算机控制系统中的控制策略 11
—计算机控制系统—
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常见的处理方法
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第五章 计算机控制系统中的控制策略
4
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波（又称软件滤波）
数字滤波的必要性及优点
– 与RC滤波器结合使用，可抑制大多数引入
过程的干扰 – 不需要增加硬设备 – 稳定性好, 且一种滤波程序可以反复调用 – 使用灵活、方便, 便于修改
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
6
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—平均值滤波法（2）
加权递推平均滤波(滑动平均值滤波)
基本思想：算术平均值滤波对每个采样值给出相 同的权重系数, 即1/m。若要增加新采样值在有 效信号中的比重, 实际应用时, 可采用加权递推 平均滤波, 其算式为
校正的基本概念 标准数字PID控制算法 数字PID控制算法的改进 数字PID控制器的参数整定
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
13
—计算机控制系统—
5-2-1校正的基本概念（1）
校正的概念 – 通过引入的校正装置的零、极点，来改变整个系统的零、 极点分布，从而使系统满足希望的性能要求。 校正方式：校正方式的选用主要取决于系统本身的结构特 点、采用的元器件、信号的性质、经济条件及设计者的经 验。校正装置不是唯一的。
5-1-3 数据处理
目的
–经过处理后，可直接引用采样数据。
常见的数据处理内容
– – –
2019/1/20
线性化处理：如孔板差压与流量、热电 偶的热电势与温度 校正运算：如温度补偿 测量值与工程量的转换
第五章 计算机控制系统中的控制策略 12
—计算机控制系统—
第二节 Unit 2
数字PID控制算法 Data PID Control Arithmetic
—计算机控制系统—
第一节 Unit 1
数字滤波和数据处理
Data Filtering and Data Processing 采样数据的合理性判别及报警 数字滤波 数字处理 软测量简介
2019/1/20 第五章 计算机控制系统中的控制策略 1
—计算机控制系统—
5-1 数字滤波和数据处理
进行数字滤波和处理的必要性
G s 1 Tf s 1
x(t)
R
i(t)
y(t)
C
（其中 Tf =RC，称为滤波时间常 数）
离散化后动态方程(T为采样周期)
y(k ) ay(k 1) (1 a) x(k )
a Tf (T f T )
硬件RC低通滤波器
0＜a＜1, 称为滤波系数
2019/1/20
第五章 计算机控Байду номын сангаас系统中的控制策略
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
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—计算机控制系统—
5-1-1 采样数据的合理性判别及报警(2)
对采样数据进行分析判断 – 分析判断的根据
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客观规律和操作经验 过程机理 能量平衡 物料平衡 热量平衡 变化规律 根据运算模块进行检查 被零除 负数开方 数据溢出 一般通道：连续出现规定次数后报警，停止在线程序 重要通道：设计专门的故障诊断系统甚至容错系统