计算机控制技术 课程 第09章 计算机抗干扰技术PPT课件
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• 差模干扰：又称串模干扰，是指叠加在被测信号上的干扰噪 声，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统。差 模干扰与被测信号在回路中处于同样的地位，也称为常态干 扰或横向干扰。
• 产生差模干扰的原因：分布电容的电场耦合，空间的磁场耦 合，长线传输的互感，50Hz工频干扰，以及信号回路中元件 参数变化等
08.11.2020
第9章 计算机抗干扰技术
10
第9章 计算机抗干扰技术
图 9.4 公共电源线的阻抗耦合
图 9.5 公共地线的阻抗耦合
08.11.2020
第9章 计算机抗干扰技术
11
第9章 计算机抗干扰技术
9.1.3 干扰的作用方式
• 按干扰作用方式的不同，可分为差模干扰、共模干扰和长线 传输干扰。
第9章 计算机抗干扰技术
第9章
计算机控制系统中的抗干扰技术
Anti-Disturbance Technology in Computer Control System
08.11.2020
第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
本章主要内容
• 干扰的传播途径与作用方式 • 硬件抗干扰技术 • 软件抗干扰技术
– 在设备内部，线圈或变压器的漏磁也会引起干扰；在设备外部， 平行架设的两根导线也会产生干扰，由于感应电磁场引起的耦合， 可以计算感应电压
Un jM1I
其中： • ω为感应磁场交变角频率 • M为两根导线之间的互感 • I1为导线1中的电流
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
共模干扰示意图
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
• 对于系统干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰方式表现出来
• 由Ucm引起系统输入的差模电压为：
共模抑制比
Un1
Zs
Zs Zr
Ucm
Zs Us ~ Ic
Zr A
Ucm
~
Un2Zs1Z sc1Zc1Zs2Zsc2Zc2Ucm Zs1
I
差模干扰示意图
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1.3 干扰的作用方式
• 共模干扰：是指系统的信号输入端上对接地端干扰电压, 共模干扰也称为共态干扰或纵向干扰。
• 产生共模干扰的原因：系统（或信号放大器）的地与现场 信号源的地一般相隔一段距离，在两个接地点之间往往存 在一个电位差Vc，该电位差是系统信号输入端上共有的 干扰电压，会对系统产生共模干扰。
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1 干扰的传播途径 与作用方式
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
与干扰相关的几个概念：
干扰系统的三个要素：干扰源、传播途径及干扰对象。
干 扰： 是指有用信号以外的噪声或造成计算机设备 不能正常工作的破坏因素。
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
•公共阻抗耦合
– 公共阻抗耦合干扰是由于电流流过回路间公共阻 抗，使得一个回路的电流所产生的电压降影响到 另一回路。
– 在计算机控制系统中，普遍存在公共耦合阻抗，例如， 电源引线、印刷电路板上的地和公共电源线、汇流排等。 这些汇流条都具有一定的阻抗，对于多回路来讲，就是 公共耦合阻抗。
磁场耦合
– 设某设某信号线与电压为220VAC、负荷为 10KVA输电线的距离为1m，并且平行走线 10m，两线之间的互感为4.2μH，按式(9.4)计 算出Βιβλιοθήκη Baidu号线上感应的干扰电压Un为
– Un=ωMI1=2π×50×4.2×（10-6）× 10000/220=59.98(mV)
– 可见，这样大的干扰，足以淹没小信号。
Us ~ Ic1
A
Zs2
Ic2
~ Ucm Zc2
Zc1
(a) 单端输入
(b) 双端输入
两种输入方式的共模电压的引入
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
• 对于存在共模干扰的场合，不能采用单端输入方式，应采 用双端输入方式，原因是其抗共模干扰能力强
• 为了衡量一个放大器抑制共模干扰的能力，常用共模抑制
主要有：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电 磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成 的电位差引入的干扰，寄生振荡引起的干扰以及热 噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1.2 干扰的传播途径
• 在计算机控制系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作 过程中将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的
干扰源： 产生干扰信号的原因 干扰对象：干扰源通过传播途径影响的器件或系统
抗干扰技术就是通过对这三要素中的一个或多个采取必要 措施来实现的。
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1.1 干扰的来源
计算机控制系统中干扰的来源是多方面的:
干扰
外部干扰
外部干扰与系统结构无关，是由使用条件和外 部环境因素决定的。
– 电场干扰可以通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统
Ra=1/jωc12
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Un=Rb/(Ra+Rb) =jωRC12U1 当R很小时
第9章 计算机抗干扰技术
Rb=R/(1+1/jωc2g)
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第9章 计算机抗干扰技术
磁场耦合
– 在任何载流导体周围都会产生磁场，当电流变化时会引起交变磁 场，该磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势引起干扰。
主要有：天电干扰，如雷电或大气电离作用引起 的干扰电波；天体干扰，如太阳辐射的电磁波； 周围电气设备发出的电磁波的干扰；电源的工频 干扰；气象条件引起的干扰；地磁场干扰；火化 放电、弧光放电、辉光放电等产生的电磁波等。
内部干扰是由系统的结构布局、线路设计、元器件 内部干扰 性质变化和漂移等原因造成的
干扰，以及高压输电线周围交变磁场的影响等。
高压电线
雷电
过程控制系统
雷达、电台等 天线发射装置
引 入 噪 声
地电位波动
交流动力线
电机、电焊机等 大用电设备
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第9章 计算机抗干扰技术
干扰传播途径主要有： • 电场耦合
• 磁场耦合
电场耦合
• 公共阻抗耦合
– 电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。
• 产生差模干扰的原因：分布电容的电场耦合，空间的磁场耦 合，长线传输的互感，50Hz工频干扰，以及信号回路中元件 参数变化等
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第9章 计算机抗干扰技术
图 9.4 公共电源线的阻抗耦合
图 9.5 公共地线的阻抗耦合
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1.3 干扰的作用方式
• 按干扰作用方式的不同，可分为差模干扰、共模干扰和长线 传输干扰。
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计算机控制系统中的抗干扰技术
Anti-Disturbance Technology in Computer Control System
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第9章 计算机抗干扰技术
本章主要内容
• 干扰的传播途径与作用方式 • 硬件抗干扰技术 • 软件抗干扰技术
– 在设备内部，线圈或变压器的漏磁也会引起干扰；在设备外部， 平行架设的两根导线也会产生干扰，由于感应电磁场引起的耦合， 可以计算感应电压
Un jM1I
其中： • ω为感应磁场交变角频率 • M为两根导线之间的互感 • I1为导线1中的电流
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第9章 计算机抗干扰技术
共模干扰示意图
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第9章 计算机抗干扰技术
• 对于系统干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰方式表现出来
• 由Ucm引起系统输入的差模电压为：
共模抑制比
Un1
Zs
Zs Zr
Ucm
Zs Us ~ Ic
Zr A
Ucm
~
Un2Zs1Z sc1Zc1Zs2Zsc2Zc2Ucm Zs1
I
差模干扰示意图
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1.3 干扰的作用方式
• 共模干扰：是指系统的信号输入端上对接地端干扰电压, 共模干扰也称为共态干扰或纵向干扰。
• 产生共模干扰的原因：系统（或信号放大器）的地与现场 信号源的地一般相隔一段距离，在两个接地点之间往往存 在一个电位差Vc，该电位差是系统信号输入端上共有的 干扰电压，会对系统产生共模干扰。
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1 干扰的传播途径 与作用方式
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第9章 计算机抗干扰技术
与干扰相关的几个概念：
干扰系统的三个要素：干扰源、传播途径及干扰对象。
干 扰： 是指有用信号以外的噪声或造成计算机设备 不能正常工作的破坏因素。
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第9章 计算机抗干扰技术
•公共阻抗耦合
– 公共阻抗耦合干扰是由于电流流过回路间公共阻 抗，使得一个回路的电流所产生的电压降影响到 另一回路。
– 在计算机控制系统中，普遍存在公共耦合阻抗，例如， 电源引线、印刷电路板上的地和公共电源线、汇流排等。 这些汇流条都具有一定的阻抗，对于多回路来讲，就是 公共耦合阻抗。
磁场耦合
– 设某设某信号线与电压为220VAC、负荷为 10KVA输电线的距离为1m，并且平行走线 10m，两线之间的互感为4.2μH，按式(9.4)计 算出Βιβλιοθήκη Baidu号线上感应的干扰电压Un为
– Un=ωMI1=2π×50×4.2×（10-6）× 10000/220=59.98(mV)
– 可见，这样大的干扰，足以淹没小信号。
Us ~ Ic1
A
Zs2
Ic2
~ Ucm Zc2
Zc1
(a) 单端输入
(b) 双端输入
两种输入方式的共模电压的引入
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第9章 计算机抗干扰技术
• 对于存在共模干扰的场合，不能采用单端输入方式，应采 用双端输入方式，原因是其抗共模干扰能力强
• 为了衡量一个放大器抑制共模干扰的能力，常用共模抑制
主要有：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电 磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成 的电位差引入的干扰，寄生振荡引起的干扰以及热 噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1.2 干扰的传播途径
• 在计算机控制系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作 过程中将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的
干扰源： 产生干扰信号的原因 干扰对象：干扰源通过传播途径影响的器件或系统
抗干扰技术就是通过对这三要素中的一个或多个采取必要 措施来实现的。
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1.1 干扰的来源
计算机控制系统中干扰的来源是多方面的:
干扰
外部干扰
外部干扰与系统结构无关，是由使用条件和外 部环境因素决定的。
– 电场干扰可以通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统
Ra=1/jωc12
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Un=Rb/(Ra+Rb) =jωRC12U1 当R很小时
第9章 计算机抗干扰技术
Rb=R/(1+1/jωc2g)
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第9章 计算机抗干扰技术
磁场耦合
– 在任何载流导体周围都会产生磁场，当电流变化时会引起交变磁 场，该磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势引起干扰。
主要有：天电干扰，如雷电或大气电离作用引起 的干扰电波；天体干扰，如太阳辐射的电磁波； 周围电气设备发出的电磁波的干扰；电源的工频 干扰；气象条件引起的干扰；地磁场干扰；火化 放电、弧光放电、辉光放电等产生的电磁波等。
内部干扰是由系统的结构布局、线路设计、元器件 内部干扰 性质变化和漂移等原因造成的
干扰，以及高压输电线周围交变磁场的影响等。
高压电线
雷电
过程控制系统
雷达、电台等 天线发射装置
引 入 噪 声
地电位波动
交流动力线
电机、电焊机等 大用电设备
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
干扰传播途径主要有： • 电场耦合
• 磁场耦合
电场耦合
• 公共阻抗耦合
– 电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。