软件抗干扰技术

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当y(n)≥yH时，则取y(n)=yH(上限值)；
当y(n)≤yL时，则取y(n)=yL(下限值)； 当yL＜y(n)＜yH时，则取y(n)。
（2）限速滤波(亦称限制变化率)：即 当|y(n)-y(n-1)|≤Δy0时，则取y(n); 当|y(n)-y(n-1)|＞Δy0时，则取y(n)=y(n-1)。 其中Δy0为两次相邻采样值之差的可能最大变化量。Δy0值 的选取，取决于采样周期T及被测参数y应有的正常变化率。 因此，一定要按照实际情况来确定Δy0、yH及yL，否则，非但 达不到滤波效果，反而会降低控制品质。
1 y N

i 1
N
xi
意义
假设某次测量的测量值包括信号成分Si和噪音成分Ci，进行N次测 量后信号成分之和为：
Si N * S
i 1
N
噪音的强度是用均方根来衡量的：
2 Ci NC i 1 N
上两式中，S、C分别表示进行N次测量后信号和噪音的平均强度。
N *S S N 信噪比： C N *C 即算术平均值法使信噪比提高了 N 倍。
例：某压力仪表采样数据如下： 序 号 1
2
3
4
5
6
7
8
9
பைடு நூலகம்10
采样值
24 25 20 27 24 60 24 25 26 23
采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。 采用算术平均值滤波后，其采样值为： Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+ 26+23)/10=28 干扰被平均到采样值中去了
在 RAM 区中设置一个先进先出的循环队列作测量数据缓冲 区，其长度固定为 N ，每采样一个新数据，就将其存入队尾， 而丢掉原来队首的一个数据，而后求出包括新数据在内的 N 个 数据的算术平均值。这样每进行一次采样，就可计算出一个新 的平均值，从而提高了系统响应速度和测量精度。
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：
（4）准确性 算法选择、位数选择等要符合要求。 （5）可靠性 最重要的指标之一，两方面含义： 第一是运行参数环境发生变化时，软件能可靠 运行并给出准确结果，即软件应具有自适应性； 第二是工业环境极其恶劣，干扰严重，软件必
须保证在严重干扰条件下也能可靠运行。
二.软件抗干扰研究的主要内容
1.采用软件的方法抑制叠加在输入输出信号上噪声影响，
如模拟输入信号的数字滤波技术；
2.由于干扰而使程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循 环，采取使程序纳入正轨的措施，如指令冗余、软件陷阱、 “看门狗”技术等； 3.发现程序失控后，解决系统恢复正常运行的方法，如重 要信息的恢复，系统重入的条件等。
6.6.1
数字滤波技术
由于工业生产的现场环境非常恶劣，各种干扰源很多， 计算机系统通过输入通道采集到的数据信号，虽经硬件电路的 滤波处理，但仍会混有随机干扰噪声。因此，为了提高系统性 能，达到准确的测量与控制，一般情况下还需要进行数字滤波。 所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干 扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。 数字滤波可靠性高，稳定性好，修改滤波参数也容易， 而且一种滤波子程序可以被多个通道所共用，因而成本很低。 另外，数字滤波可以对各种干扰信号，甚至极低频率的信号进 行滤波。它的不足之处是需要占用CPU的机时。
于用移位来代替除法求得平均值。 2 ）平均值滤波法一般适用于具有周期性干扰噪声的信号，特 别适用信号本身在某一数值范围上下波动的情况，如压力、流 量、液面等。但对偶然出现的脉冲干扰信号，滤波效果尚不理 想。
2．中位值滤波法（中值滤波）
中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样 m次(m≥3)且是 奇数，并按大小顺序排列；再取中间值作为本次采样的有效数 据。一般m取3~5次即可。 •特点：中位值滤波法对脉冲干扰信号等偶然因素引发的干扰有 良好的滤波效果。如对温度、液位等变化缓慢的被测参数采用
主要数字滤波算法：算术平均值法、中位值滤波法、限幅 滤波法、惯性滤波法 等
1、算术平均值法
算术平均值法是对输入的 N个采样数据 xi(i=1～ N)，寻找这样一个y，使y与各采样值间的偏差的平方和 为最小，即
N E min ( y xi )2 i 1

由一元函数求极值原理可得：
参数 N值
流量 12
压力 4
液面 4~12
温度 1~4
4．限幅滤波法
经验说明，生产过程中许多物理量的变化需要一定的时间， 因此相邻两次采样值之间的变化幅度应在一定的限度之内。限 幅滤波就是把两次相邻的采样值相减，求其增量的绝对值，再 与两次采样所允许的最大差值 Y 进行比较，如果小于或等 于 Y，表示本次采样值 y(k)是真实的，则取 y(k)为有效采 样值；反之，y(k)是不真实的， 则取上次采样值 y(k 1)作 为本次有效采样值。 （1）限幅滤波：采用上、下限限幅，即
与模拟滤波器相比，有以下几个优点:
1.数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以
可靠性高，稳定性好。 2. 数字滤波可以对频率很低 ( 如 0 ． 01HZ) 的信号实现滤
波，克服了模拟滤波器的缺陷。
3.数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方 法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。
序 号 1
2
3
4
5
6
7
8
9
24 25 20 27 24 60 24 25 26
采样值 采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。 对1、2、3次采样中位值滤波后值：24 对4、5、6次采样中位值滤波后值：27
对7、8、9次采样中位值滤波后值：25
采用去脉冲干扰平均值滤波后，其采样值为：25
3. 滑动平均值法滤波
特点： 1 ） N值决定了信号平滑度和灵敏度。随着 N的增大，平滑度提
高，灵敏度降低。应该视具体情况选择N，以便得到满意的滤
波效果。一般地，流量参数N=8-16 ，常取 12；压力 N=4 ；液面 N=4-12；温度N=1-4，温度、成分等缓变信号可取2 。
在编制算法程序时,m一般取2、4、8等2的整数幂，以便
此法会收到良好的滤波效果；对流量、速度等快速变化的参数
一般不宜采用中位值滤波法。 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
•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。
脉冲干扰平均值滤波法。
例：某压力仪表采样数据如下：