计控实验报告平滑与数字滤波

实验 平滑与数字滤波

（一）观察有噪音时的微分

1、按图3.1—2接线，S11置方波档，S12置下档，调W11使周期约2S ，调W12使幅值约1V ,TD 先取为0.02s ，采样周期也先取为0.02s 。

2、将2F00H 、2F03H 存入系数P1、P2，2F60H 存入Tk 。

3、启动微分程序(G=F000:123D ↘)，用示波器观察系统输出C 波形，观察U15单元的OUT 端微分输出波形。如图3.1—4及图3.1—5所示。

图3.1—4

图3.1－5

原系统的输出波形可在去除微分正反馈，即去掉U15 DAC 单元的OUT 端，通过示波器观察C 端的输出，得到这时系统的过渡过程时间约为0.3s 。不过，由于微分正反馈的作用，虽然使系统响应加快，但由于微分时间过大，会使系统的稳定性受到影响。P=T T D

，通

过三者的关系，可适当调整P 、T 、TD 值，使系统输出达到要求。

4、选择不同的Tk 与P1、P2，重复(2)、(3)，观察微分噪音幅度，并以TD=T=0.01s 时系统噪音大至幅度为参考，记录参数与结果，填入表3.1—2中。

表3.1—2

1、按图3.1—2接线，S11置阶跃档，S12置下档，调W11使周期约2S ，调W12使幅值约1V ，TD 先取为0.02S ，采样周期也先取0.02S 。

图3.1—2

2、将2F06H 、2F09H 、2E0CH 、2F0FH 存入A1、A2、A

3、A4，2F60H 存入Tk ，启动微分平滑程序(G=F000:12EB ↘)。

3、观察U15单元的OUT 端，观察系统输出波形，看有无平滑作用。

4、若无平滑作用，停机，改变系数和Tk ，再重复(2)、(3)。将结果填入表3.1—2中。

5、由表3.1—2可看出，U15 单元的OUT 端输入的微分噪音幅值由原先的0.2V 减小至0.1V ，这说明有平滑作用，用示波器观察系统输出波形。再用示波器观察系统的输出波形比未平滑时平滑些。适当调整Tk 及A1～A4的值，使平滑作用更好一些。

(三)观察微分加速作用

1、按图3.1—2连线，S11置方波档，S12置中档，调W11使周期约0.5S ，调W12使

幅值约1.5V，TD与采样周期可先取为10ms，启动无微分反馈程序(G=F000:13C5↘)，系统输出。

2、按(1)②、③或(2)②、③步骤做，这时主要看系统影响是否加快，并可适当调整TD、TK，重复作几次。

(1)模拟一阶惯性环节的数字滤波

①按图3.2—2接线，置S12中档，调W11使S约为0.2S，调信号发生器，使其输出1HZ、6V的正弦信号，调整1，2端对应的两个电位器，使R端波形符合要求。

②在2F00H、2F03H存入1-a、a，2F60H存入Tk。

③启动一阶惯性数字滤波程序(G=F000：1411↙)。用示波器观察输入端R、输出端C 的波形，分析滤波效果，并记下干扰衰减比、正弦衰减比以及a值，记完停机。记衰减比时可先单独在1端接正弦信号并记录，再在2端单独接干扰并记录，记录采用峰一峰值（P—P，V）。

④改变a、Tk，重复步骤②、③，直到得到满意的效果，将实验结果填入表3.2—2中。

(2)四点加权平均数字滤波

①同(1)①。

②存入A1～A4、Tk。

③启动四点加权平均程序(G=F000：13CF↙)，对照观察输入并记录，停机。记衰减比时可先单独在1端接正弦信号做记录，再在2端单独接干扰信号并做记录。记录采用峰一峰值(P—P，V)。

④改变A1和Tk，调整W11使干扰增多至相邻，重复步骤②、③，练习T与A1的设定。再重复①、②、③，比较二结果，最后将实验结果填入表3.2—2中。

表3.2—2

1. 微分是正反馈，当取合适的微分时间常数时，会使系统响应加快。若微分时间常数过大，则会影响系统稳定性。

2. 在计算机中，微分算法采用一阶差分代替，微分平滑算法采用四点微分均值法

3. 实验中TD不要取得过大，以免系统大于0.99；系数也不可取得过小，过小将使计算机无控制量输出

4. 注意R点波形不要超过±5V，以免数字化溢出。