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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《计算机控制技术》课件
主题二：传感器与执行器
传感器的作用和种类
探索传感器的工作原理和不同应 用领域，了解它们在自动化系统 中的重要性。
执行器的作用和种类
学习执行器的工作方式和不同类 型，了解它们在实际机械系统中 的应用。
传感器与执行器的应用
深入研究传感器与执行器在实际 工程中的具体应用案例，探索其 优势和限制。
主题三：控制系统的设计与实施
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
《计算机控制技术》PPT 课件
欢迎来到《计算机控制技术》课程的世界！本课程将向您介绍计算机控制系 统的基础知识、传感器与执行器的应用、以及控制系统的设计与实施。让我 们一起探索这个令人着迷的领域吧！
课程内容概述
主题一：控制系统基础知识
深入了解控制系统的定义、组成和分类，以及控制系统的性能指标。
主题二：传感器与执行器
探索各种传感器和执行器的作用、种类，以及它们在实际应用中的重要性。
主题三：控制系统的设计与实施
学习控制系统设计的步骤、实施的关键要点，以及如何进行调试与优化。
课程目标和重要性
1 深入理解控制系统
通过学习本课程，您将全 面了解计算机控制系统的 概念和原理。
2 掌握传感器与执行器
的应用
学习不同传感器和执行器 的使用方式，为实际工程 提供解决方案。
3 控制系统的设计与实
施能力
掌握控制系统的设计步骤 和调试方法，提高工程实 施的效率和质量。
主题一：控制系统基础知识
1
什么是控制系统
了解控制系统的概念和功能，探索其在自动化领域中的应用。
2
控制系统的组成和分类
学习控制系统的结构和分类方式，了解不同类型的系统。
3
控制系统的性能指标
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》ppt课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
软件抗干扰技术PPT课件
•中位值滤波法和平均值滤波法结合起来使用，滤波效果 会更好。即在每个采样周期，先用中位值滤波法得到m个 滤波值，再对这m个滤波值进行算术平均，得到可用的被 测参数。也称为去脉冲干扰平均值滤波法.
2021/3/9
8
例：某压力仪表采样数据如下：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
24 25 20 27 24 60 24 25 26
☆软件陷阱由三条指令构成：
NOP
NOP
LJMP ERR ;ERR错误处理程序入口
☆软件陷阱安排在下列四种地方：
1）、未使用的中断向量区
2）、未使用的大片ROM区
3）、表格区尾部
2021/3/9
20
4）、程序区
软件陷阱安排在程序的断裂点处，这类指令有LJMP、SJMP、AJMP、RET、 RETI，正常执行的程序到此便不会继续往下执行，如果还要顺序执行，必 然是出错了，就有必要设陷阱将其扑捉出来。
特点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低； 但对偶然出现的脉冲性干扰抑制作用差，不易消除由于脉冲干 扰引起的采样值偏差。所以不适合脉冲干扰比较严重的场合， 而适用于高频振荡系统。
N值设定的工程经验值为：
参数 流量 压力 液面 温度
N值 12 4
4~12 1~4
2021/3/9
10
4．限幅滤波法
20J2B1/3//J9 NB、JBC、CJNE、DJNZ等。
17
如：利用减法比较两无符号数的大小程序（数放A、B中）：
无指令冗余程序：
有指令冗余的情况：
CLR C SUBB A,B JC BBIG … … BBIG:NOP …..
CLR C
SUBB A,B
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例：某压力仪表采样数据如下：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
24 25 20 27 24 60 24 25 26
☆软件陷阱由三条指令构成：
NOP
NOP
LJMP ERR ;ERR错误处理程序入口
☆软件陷阱安排在下列四种地方：
1）、未使用的中断向量区
2）、未使用的大片ROM区
3）、表格区尾部
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4）、程序区
软件陷阱安排在程序的断裂点处，这类指令有LJMP、SJMP、AJMP、RET、 RETI，正常执行的程序到此便不会继续往下执行，如果还要顺序执行，必 然是出错了，就有必要设陷阱将其扑捉出来。
特点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低； 但对偶然出现的脉冲性干扰抑制作用差，不易消除由于脉冲干 扰引起的采样值偏差。所以不适合脉冲干扰比较严重的场合， 而适用于高频振荡系统。
N值设定的工程经验值为：
参数 流量 压力 液面 温度
N值 12 4
4~12 1~4
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4．限幅滤波法
20J2B1/3//J9 NB、JBC、CJNE、DJNZ等。
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如：利用减法比较两无符号数的大小程序（数放A、B中）：
无指令冗余程序：
有指令冗余的情况：
CLR C SUBB A,B JC BBIG … … BBIG:NOP …..
CLR C
SUBB A,B
计算机控制技术第9章
1.低频电路单点接地，高频电路就近多点接地 根据接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。 一般来说，当频率低于1 MHz时，可以采用单点接地方式;当频率高于10 MHz时，可以采用多点接地方式。在1～10 MHz之间，如果采用单点接 地方式，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应采用多点接地。单点 接地的目的是避免形成地环路，因为地环路产生的电流会引入到信号回 路内引起干扰。在工业过程测控系统中，信号频率大多小于1 MHz，所 以通常采用一点接地法，如图9-10所示。
9.2.2 接地系统的抗干扰措施 微机测控系统中有许多地线，包括: ①数字地———即逻辑地，是微机测控系统中数字电路的零电位。 ②模拟地———是微机测控系统中使用的传感器、变送器、放大 器、A/D和D/A转换器中模拟信号的零电位。 ③信号地———是传感器的地。 ④交流地———是交流电源的地。交流地上任意两点之间，往往 很容易有几伏甚至几十伏的电位差。而且，交流地也很容易带来 各种干扰。因此，交流地绝对不可与其他地相连接。 ⑤直流地———是直流电源的地。 ⑥功率地———是大电流网络部件的零电位。 ⑦屏蔽地———即机壳地，也叫安全地，目的是使设备机壳和大 地等电位，以便防止静电感应、电磁感应，保证人身安全。 ⑧系统地———是上述几种地的最终回流点，直接和大地相连。
9.1.2 干扰的种类 1.按干扰作用的方式分类 （1）常态干扰 常态干扰是叠加在被测信号上的干扰，如图9-1所示。 常态干扰可能是信号源的一部分，也可能是由长线引 入的。由于它和信号所处地位相同，因此又称为串模 干扰，也叫正态干扰。 （2）共模干扰 共模干扰是测控系统模拟量输入通道的A/D 转换器 两个输入端上共有的干扰电压。 2.按干扰的来源分类 按干扰的来源分类，可以将干扰分为内部干扰和外部 干扰。
《抗干扰技术》课件 (2)
《抗干扰技术》PPT课件 (2)
# 抗干扰技术
一、背景
- 干扰是指无线通信中的外部电波、电磁辐射等对正常信号的影响。 - 干扰会导致通信信号质量下降、误码率增加等问题。 - 抗干扰技术的发展可以提高通信系统的抗干扰能力，保障通信质量。
二、抗干扰技术的分类
时域抗干扰技术
通过在时域对信号进行处 理，降低干扰信号的损害。
空域抗干扰技术
通过在空域对信号进行处 理，减少干扰信号的干扰 效果。
三、抗干扰技术的实现
1
数字信号处理技术
利用数字滤波器等技术进行信号处理以消除干扰。
2
模拟信号处理技术
通过模拟滤波器等技术对信号进行处理以降低干扰。
四、实例分析
航天器通信抗干扰技术实现
探索航天器通信中的干扰问题并提出相应的抗干 扰技术。
电磁环境下雷达抗干扰技术实现
研究雷达在电磁环境中的干扰问题，提出相应的 抗干扰解决方案。
五、总结
- 抗干扰技术的发展对通信系统的稳定运行至关重要。 - 未来的发展趋势是进一步提高抗干扰技术的效能和适用范围。
六、参考文献
# 抗干扰技术
一、背景
- 干扰是指无线通信中的外部电波、电磁辐射等对正常信号的影响。 - 干扰会导致通信信号质量下降、误码率增加等问题。 - 抗干扰技术的发展可以提高通信系统的抗干扰能力，保障通信质量。
二、抗干扰技术的分类
时域抗干扰技术
通过在时域对信号进行处 理，降低干扰信号的损害。
空域抗干扰技术
通过在空域对信号进行处 理，减少干扰信号的干扰 效果。
三、抗干扰技术的实现
1
数字信号处理技术
利用数字滤波器等技术进行信号处理以消除干扰。
2
模拟信号处理技术
通过模拟滤波器等技术对信号进行处理以降低干扰。
四、实例分析
航天器通信抗干扰技术实现
探索航天器通信中的干扰问题并提出相应的抗干 扰技术。
电磁环境下雷达抗干扰技术实现
研究雷达在电磁环境中的干扰问题，提出相应的 抗干扰解决方案。
五、总结
- 抗干扰技术的发展对通信系统的稳定运行至关重要。 - 未来的发展趋势是进一步提高抗干扰技术的效能和适用范围。
六、参考文献
计算机控制技术及工程应用课件
i1 A1
R4
R2
图 8-5 公 共 电 源 线 的 阻 抗 耦 合
计算机控制技术及工程应用课件
8.2 硬件抗干扰措施
❖ 引言 ❖ 8.2.1 串模干扰的抑制 ❖ 8.2.2 共模干扰的抑制 ❖ 8.2.3 长线传输干扰的抑制 ❖ 8.2.4 信号线的选择与敷设 ❖ 8.2.5 电源系统的抗干扰 ❖ 8.2.6 接地系统的抗干扰
屏蔽结构
铜网（密 度85%）
铜带迭卷 （密度 90%） 铝聚酯树 脂带迭卷
干扰 衰减 比
屏蔽效 备注 果（dB）
103： 40.3 1
电缆的可 挠性好， 适合近距 离使用
376： 51.5 1
带有焊药， 易接地， 通用性好
6610： 76.4 1
应使用电 缆沟，抗 干扰效果 最好
计算机控制技术及工程应用课件
计算机控制技术及工程应用课件
信号源 Us
3．浮地屏蔽
屏蔽层
外屏蔽层 内屏蔽层
计
A
算 机
Zs1
I1
Us
Zs2
I2
Zs3
I3 Zc2
Ucm
Ucm
(a) 原理框图
(b) 等效电路
图 浮地输图入8-双13层浮屏地蔽输入 放双大层电屏路蔽放大电路
Un2 Uc mZ Z 计C 算S33机(控Z Z 制C 技S11术 及工Z Z程C S应22用)课件
计算机控制技术及工程应用课件
1．交流电源系统
u
t o
图 8-18 交流电源正弦波上的尖峰脉冲
计算机控制技术及工程应用课件
措施：
～220V
干扰 抑制器
计算机 控制系统
图9-19 利用干扰抑制器的电源系统
计算机控制系统的抗干扰技术共40页
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
计算机控制系统的抗干扰技术
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
《计算机控制技术》PPT课件
生 产 过 程
模拟控制系统结构图
计算机控制系统结构图
两者都是自动控制系统，两者都实现PID控制 模拟控制器 硬设备 只能控制一个回路 控制过程中算法不能改变 数字控制器 软设备 可控制多个回路 控制过程中算法可以改变，可实 现除PID以外的多种复杂控制
9
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1.4计算机控制系统举例
如果不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：
G( s )
a ( s)
u( s )
1 s s( 1) a
13
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工业炉控制的典型情况。 为了保证燃料在炉膛内正常 燃烧，必须保持燃料和空气 的比值恒定。它可以防止空 气太多时，过剩空气带走大 量热量；也可防止当空气太 少时，由于燃料燃烧不完全 而产生许多一氧化碳或碳黑。 为了保持所需的炉温，将测 得的炉温送入计算机计算， 进而控制燃料和空气阀门的 开度。 为了保持炉膛压力恒定，避 免在压力过低时从炉墙的缝 隙处吸入大量过剩空气，或 在压力过高时大量燃料通过 缝隙逸出炉外，必须采用压 力控制回路。测得的炉膛压 力送入计算机，进而控制烟 道出口挡板的开度。
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16
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罝尵絿蜅揅鼻魮歮懷 瀳鎮殻梨姁佁垍缮鲟 铢闅罛槢醑鳟蜂戚运 庉裻怰鷲脆闞褠轛煿 闔蘹揙幵梁氌熽柕櫱 漞巈蚴禿孰挅要临曹 111111111 玌瘽錙聒抚巖诠唜璶 看看 閎飛憴氍沓壘蠰錏砙 慅叻乎糔袙顯隂鵑肱
17
18
痖靅甤憌腗隧睓湥蚩椢砌翲糮殣 荟讃襊焕妋瓶懸劆鵐坦帅鎺钞邮 巰軸璩骳惨褈釼虉謱坴卉任鶢囆 椞觍登譃兎魈唉祠族菼蹚夸緩藮 1 2 慷璀趭賋戚飵擤齰胈鐖睚烬拕熧 3 縋鸫爠糷栿緩琊憢氟簜灠鰾衬摣 4 5 昕絚氽万昌晇栢嗒炧頴觃汍柀楘 6男女男男女 漽訐暪浕畹唭譞貜淅猽艜毅冲淈 7古古怪怪古古怪怪个 8vvvvvvv 涙誖栔细餴風襹鋃侳殜淽呝陙普 9 愧銺鴈崀燼震凍痟媾圑箦衃爊肾 岏荧瓘幯艈颚仅顶鄰蓜卼黽吁蜋
计算机控制系统的抗干扰技术和措施
对于磁场屏蔽，应采用高导磁材料使磁路闭合， 且应接 大地。
对于电磁场干扰，因采用低阻金属材料制成屏蔽体， 屏 蔽体以接大地为宜。
对于高增益放大器来说，一般要用金属罩屏蔽起来。 为 了消除放大器与屏蔽层之间的寄生电容影响， 应将屏蔽体与 放大器的公共端连接起来。
如果信号电路采用一点接地方式， 则低频电缆的屏蔽层 也应一点接地。
5. 印刷电路板的地线安排
在安排印刷板地线时，首先要尽可能加宽地线，以降低 地线阻抗。其次，要充分利用地线的屏蔽作用。 在印刷板边 缘用较粗的印刷地线环包整块板子，并作为地线干线，自板 边向板中延伸，用其隔离信号线，这样既可减少信号间串扰， 也便于板中元器件就近接地。
6. 屏蔽地
对于电场屏蔽来说， 由于主要是解决分布电容问题， 因 此应接大地。
2. 电磁屏蔽
电磁屏蔽主要用来防止高频电磁场对电路的影响。电磁屏 蔽包括对电磁感应干扰及电磁辐射干扰的屏蔽。它是采用低电 阻的金属材料作为屏蔽层。电磁屏蔽就是利用屏蔽罩在高频磁 场的作用下，会产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高 频磁场的干扰；又因屏蔽罩接地，也可实现电场屏蔽。由于电 磁屏蔽是利用了屏蔽罩上的感生涡流，因而屏蔽罩的厚度对于 屏蔽效果影响不大，而屏蔽罩是否连续却直接影响到感生涡流 的大小，也即影响到屏蔽效果的好坏。如果在金属体上垂直于 电流方向上开缝，就没有屏蔽效应。原则上屏蔽体越严密越好。 因此，电磁屏蔽层的接缝应注意良好的焊接与密封， 通风孔 与操作孔因尽量开小。
3. 磁场屏蔽
对于低频磁场干扰，用上述电磁屏蔽方法往往难以奏效， 一般采用高导磁率材料作屏蔽体，利用其磁阻较小的特点， 给干扰磁通提供一个低磁阻通路，使其限制在屏蔽体内。为 了有效地进行磁场屏蔽，必须采用诸如玻莫合金之类材料， 同时要有一定的厚度，或者采用相互具有一定间隔的两个或 多个同心磁屏蔽罩， 效果更好。
对于电磁场干扰，因采用低阻金属材料制成屏蔽体， 屏 蔽体以接大地为宜。
对于高增益放大器来说，一般要用金属罩屏蔽起来。 为 了消除放大器与屏蔽层之间的寄生电容影响， 应将屏蔽体与 放大器的公共端连接起来。
如果信号电路采用一点接地方式， 则低频电缆的屏蔽层 也应一点接地。
5. 印刷电路板的地线安排
在安排印刷板地线时，首先要尽可能加宽地线，以降低 地线阻抗。其次，要充分利用地线的屏蔽作用。 在印刷板边 缘用较粗的印刷地线环包整块板子，并作为地线干线，自板 边向板中延伸，用其隔离信号线，这样既可减少信号间串扰， 也便于板中元器件就近接地。
6. 屏蔽地
对于电场屏蔽来说， 由于主要是解决分布电容问题， 因 此应接大地。
2. 电磁屏蔽
电磁屏蔽主要用来防止高频电磁场对电路的影响。电磁屏 蔽包括对电磁感应干扰及电磁辐射干扰的屏蔽。它是采用低电 阻的金属材料作为屏蔽层。电磁屏蔽就是利用屏蔽罩在高频磁 场的作用下，会产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高 频磁场的干扰；又因屏蔽罩接地，也可实现电场屏蔽。由于电 磁屏蔽是利用了屏蔽罩上的感生涡流，因而屏蔽罩的厚度对于 屏蔽效果影响不大，而屏蔽罩是否连续却直接影响到感生涡流 的大小，也即影响到屏蔽效果的好坏。如果在金属体上垂直于 电流方向上开缝，就没有屏蔽效应。原则上屏蔽体越严密越好。 因此，电磁屏蔽层的接缝应注意良好的焊接与密封， 通风孔 与操作孔因尽量开小。
3. 磁场屏蔽
对于低频磁场干扰，用上述电磁屏蔽方法往往难以奏效， 一般采用高导磁率材料作屏蔽体，利用其磁阻较小的特点， 给干扰磁通提供一个低磁阻通路，使其限制在屏蔽体内。为 了有效地进行磁场屏蔽，必须采用诸如玻莫合金之类材料， 同时要有一定的厚度，或者采用相互具有一定间隔的两个或 多个同心磁屏蔽罩， 效果更好。
计算机控制系统中的抗干扰技术.ppt
利用MAX915组成的电源监视电路
2019/10/24
计算机控制技术
26
第9章 计算机抗干扰技术
直流侧的抗干扰措施
• 电网的高频干扰，由于频带较宽，仅在交流侧采取抗干扰措施，很 难保证干扰绝对不进入直流系统，因此须在直流侧采取必要的抗干 扰措施。
去耦法
在每块逻辑电路板的电源和地线的引入处并接一个（10～100） μF的大电容和一个（0.01～0.1）μF的小电容；在各主要的集成 电路芯片的电源输入端与地之间，或电路板电源布线的一些关键 点与地之间，接入一个（1～10）μF的电解电容，同时为滤除高 频干扰，可再并联一个0.01μF的小电容。
2019/10/24
计算机控制技术
6
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。
– 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
2019/10/24
计算机控制技术
7
第9章 计算机抗干扰技术
计算机控制系统中接地的目的通常有两个：
一是为了安全，即安全接地；
二是为了保证控制系统稳定可靠工作，提供一个基准电位的接地， 即工作接地。
2019/10/24
计算机控制技术
28
第9章 计算机抗干扰技术
地线系统分析
• 在过程计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、 数字地、安全地、系统地和交流地。
Un
1
jRC12 jR(C12 C2g )
U1
当导体2对地电阻R很小时，使jωR(C12+C2g) << 1时，式(9.1)可以近似表示为
抗干扰技术课件
数字地
计算机 D/A
放大器
VCC
双绞线
执
行
器
RL
数字地
模拟地
（b） 在D/A转换器与执行器之间
图8-12 光耦隔离器的模拟信号隔离
动画链接
动画链接
Hale Waihona Puke 学习文档在图8-12（a）输入通道的现场传感器与A/D 转换器之间，光电耦合器一方面把放大器输出 的模拟信号线性地光耦(或放大)到A/D转换器 的输入端， 另一方面又切断了现场模拟地与 计算机数字地之间的联系，起到了很好的抗共 模干扰作用。在图8-12（b）输出通道的D/A 转换器与执行器之间，光电耦合器一方面把放 大器输出的模拟信号线性地光耦(或放大)输出 到现场执行器，另一方面又切断了计算机数字 地与现场模拟地之间的联系，起到了很好的抗 共模干扰作用。
地点之间存在一个电位差Ucm。这个Ucm是加在放大器
输入端上共有的干扰电压，故称共模干扰电压。 既然共模干扰产生的原因是不同“地”之间存在的电压，
以及模拟信号系统对地的漏阻抗。因此，共模干扰电压的 抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用 被测信号的双端差动输入方式。具体的有变压器隔离、光 电隔离与浮地屏蔽等三种措施。
学习文档
学习文档
动画链接
3.2.2 共模干扰及其抑制
1. 共模干扰
共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信 号放大器两个输入端上共有的干扰电压，可以是 直流电压，也可以是交流电压，其幅值达几伏甚 至更高，这取决于现场产生干扰的环境条件和计 算机等设备的接地情况。其表现形式与产生原因 如图3-10所示。
学习文档
共模抑制比CMRR
CMRR 20lg Ucm Un
学习文档
计算机控制系统中的抗干扰技术.ppt
•计算机的地、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。
共模干扰示意图
2019/10/24
计算机控制技术
14
第9章 计算机抗干扰技术
• 对于系统的干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰的方式 表现出来。
Un
1
jRC12 jR(C12 C2g )
U1
当导体2对地电阻R很小时，使jωR(C12+C2g) << 1时，式(9.1)可以近似表示为
Un jRC12U1
这表明干扰电压Un与干扰频率ω和幅度U1、输入电阻R、耦合电容C12 成正比关系。
当导体2对地电阻R很大，使jωR(C12+C2g) >> 1时，式(9.1)可以近似表示为
两种输入方式时共模电压的引入
2019/10/24
计算机控制技术
15
第9章 计算机抗干扰技术
• 图 (a)所示为信号单端输入情况，Zs是信号源 内阻，Zr是系统输入阻抗。共模干扰电压Ucm 和信号源电压Us相加共同作用于回路，此时，
共模干扰全部以差模干扰形式作用于电路。由
Ucm引起系统输入的差模电压Un1为
Un
C12 C12 C2g
U1
在这种情况下，干扰电压Un由电容C12和C2g的分压关系及U1所确定， 其幅值比前两种情况大得多。
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计算机控制技术
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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。
共模干扰示意图
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第9章 计算机抗干扰技术
• 对于系统的干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰的方式 表现出来。
Un
1
jRC12 jR(C12 C2g )
U1
当导体2对地电阻R很小时，使jωR(C12+C2g) << 1时，式(9.1)可以近似表示为
Un jRC12U1
这表明干扰电压Un与干扰频率ω和幅度U1、输入电阻R、耦合电容C12 成正比关系。
当导体2对地电阻R很大，使jωR(C12+C2g) >> 1时，式(9.1)可以近似表示为
两种输入方式时共模电压的引入
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第9章 计算机抗干扰技术
• 图 (a)所示为信号单端输入情况，Zs是信号源 内阻，Zr是系统输入阻抗。共模干扰电压Ucm 和信号源电压Us相加共同作用于回路，此时，
共模干扰全部以差模干扰形式作用于电路。由
Ucm引起系统输入的差模电压Un1为
Un
C12 C12 C2g
U1
在这种情况下，干扰电压Un由电容C12和C2g的分压关系及U1所确定， 其幅值比前两种情况大得多。
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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。
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– 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。
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：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
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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。
• 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
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
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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
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
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。
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，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。
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。
– 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
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 算出信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。
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第9章 计算机抗干扰技术源自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
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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
• 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。