PLC模拟量信号剔峰均值滤波法研究
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关键词 三相异步电机的设计参数 三相异步电机的“T”型等效电路 PSPICE MATLAB513 C 语言
一 、引言
一台在额定条件下正常运行的三相异步电动 机 ,当其所带的机械负载发生变化时 ,电动机的转 速 、转差率 、效率 、输出转矩 、定子电流 、功率因数等 都将随着输出功率的变化而变化 。它们与输出功率 的关系决定了异步电机的运行性能 。因此 ,了解异 步电机的工作特性就具有非常重要的意义 。
图 1 电动机的“T”型等效电路
“挤流效应”,即可以计算出电机的起动性能 。 近年来 ,PSPICE 在电子工业中得到了广泛的应
用 ,它可以对实际电子电路进行仿真和模拟 。利用 PSPICE 的这一特点 ,可以较快地计算出电机运行时 的定子电流 、等效转子电流 、感应电势和功率因数角 等参数 。MATLAB 是一种科学的计算语言 ,它非常 适用于矩阵运算 、数据分析 、数据的拟合及曲线绘 制 ,利用 MATLAB 来编程 ,不仅简单明了 ,而且可以
三 、程序设计
设采样次数 n 为 10 ,采样时间为 1s ,采用 FX 4AD 模拟量输入模块并连接在最靠近 PLC 基本单 元的地方 ,则特殊功能模块号为 N. 0 ,仅开 CH1 一个 通道作为电压量输入通道 ,设计出剔峰均值滤波法 程序梯形图如图 4 。图示的程序中 ,为简化程序结 构 ,在满足计算精度要求的前提下 ,作了一些简化计 算 。其中开始采样的信号为 X1 ,最后的采样信号滤 波值存放在 D17 中 ,供控制程序调用 。
Leabharlann Baidu
是异常值 ,应予以舍去 。在舍去异常值之后再求余
下值的均值 ,其结果将更接近于真实值 。
剔峰均值滤波法就是基于“3σ规则”而产生的 ,
其基本原理是 :设采样数为 n ,那么每采样一次 ,就
将采样值存储起来 ,然后将几个采样值进行数学期
望和均方差的计算 ,再将每个采样值按“3σ规则”进
行比较 ,将落在μ±3σ区间之外的数值作为异常值
四 、结论
剔峰均值滤波法在无需增加任何硬件的情况 下 ,充分利用 PLC 的软件优势 ,且滤波程序可以多
— 20 —
通道共同 ,是一种简单 、经济 、实用的有效方法 ,尤其 是对信号变化较慢而且有较大干扰的系统更为有 效 。文中有不足之处 ,请批评指正 。
参考文献
1 陶亦亦. PLC 输入信号的滤波方法 [J ] . 苏州市职业大学 学报 ,2000111 (2)
关键词 PLC 模拟量信号 干扰 滤波
在现代控制系统中 , PLC 的应用已不仅仅限于 对开关量的控制 ,用于对工业系统模拟量控制的场 合也越来越多 ,因此为获取真实可靠的信息而对模 拟量信号进行滤波已成为值得研究的话题 。本文以 三菱 FX2 系列可编程序控制器为例 ,通过对模拟量 输入信号数字滤波方法的探讨 ,设计出一种能剔除 尖峰干扰信号的滤波程序 ,供大家参考 。
京 :清华大学出版社 ,1992 (收稿日期 :2001 - 03 - 16)
电机工作特性的计算机仿真
四川大学电气信息学院 何 坤 宁元中 孙克金 四 川 电 机 厂 何熙武
〔摘要〕 电机设计者设计完一台电机后 ,渴望知道此电机的运行性能是否满足用户的要求 。这必须要借助于 电机的工作特性来进行判断 。传统的方法是通过对试制电机进行试验来获得工作特性 。本文介绍了运用 PSPICE 和 MATLAB 来对电机的工作特性进行计算机仿真 ,这样既避免了以往传统方法的复杂计算 ,又节约了时间和生产 成本 ,大大缩短了电机的新产品开发周期 。
计算电机的工作特性可以运用有限元方法解出 气隙的磁密 ,进行计算电机的定子电流 、功率 、电磁 转矩等 ;这样计算较复杂 ,占用计算机的内存较大 , 因此本文采用了电机正常运行时的数学模型 ,即三 相异步电机的“T”型等效电路 (如图 1 所示) 。
电机设计的结果可以直接得到等效电路图的各 个参数 。在计算起动性能时 ,只要修改电路图中的 一些参数以便用来模拟电机起动时的“饱和效应”和
所谓数字滤波就是对于较低信噪比的模拟量 , 经 A/ D 转换后变为离散的数字信号 ,将形成的数据 时间序列存入计算机内存中 ,利用某种形式的程序
图 1 数字滤波的地位
二 、剔峰均值滤波法
如前述模拟量信号数据采集过程中 ,常常会因 为现场瞬时干扰而产生较大波动 ,若某一瞬间受到 外界的强烈干扰 ,就会出现一个尖峰干扰信号 ,如果 仅用瞬时采样值进行控制计算 ,其结果会使数据产 生很大的偏差 ,如图 2 所示 。
予以舍去 ,余下的采样值进行算术平均运算 ,其结果
就作为本次采样的滤波值 。这样 ,根据设定的采样
时间 (此时间可依据采样精度要求确定) ,每采样一
次 ,都要取 n 个采样值 (1 个当前值 ,n - 1 个历史值)
来计算滤波值 ,每采样一次 ,采样值就向前平移一
次 ,为下次求滤波值作准备 。
根据数理统计原理 ,若设采样值为 e ,则采样值
图 2 随机干扰及异常值
在数理统计的理论中 ,这种因随机干扰而引起 的测量误差应遵循正态分布的规律 ,绝大部分的采 样值应分布在正态曲线最高点的两侧 ,即数学期望 (均值)μ 的两侧 ,以σ表示正态分布的均方差 。根 据“3σ规则”落在μ ±3σ区间之外的数值可以认为
— 18 —
计算机·PLC 应用 机床电器 2001 No. 3
的数学期望μ和均方差σ可用下式计算 :
μ=
1 n
i
n
∑ei
=1
(1)
σ=
1 n-
n
∑( 1i = 1
ei
-
μ) 2
(2)
由以上原理可得出剔峰均值滤波法程序框图见
图 3。
图 3 剔峰均值滤波法程序框图
图 4 剔峰值滤波程序梯形图
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机床电器 2001 No. 3 计算机·PLC 应用
对此进行处理 ,从而滤去噪音部分而获得单纯信号 的过程 。一般数字滤波放在 A/ D 转换之后 ,数据处 理与控制程序之前 ,它在控制系统中的地位可用图 1 表示 。
一 、数字滤波
在实际的工业控制系统中 , PLC 主要通过各类 接口模块 ,实现对工业设备或生产过程的检测与控 制 ,我们对来自被控对象或被控生产过程的各种参 数称之为输入信号 ,而这些信号都是来自于环境复 杂的控制现场 ,在带来有用信号的同时 ,也会有一些 因使用条件和外界因素造成恶劣影响的变化信号 , 这类信号称之为干扰信号 。干扰信号的出现 , 使 PLC 所采集到的信号出现了不真实性 ,从而造成系 统工作紊乱和错误 。为了消除干扰 ,准确地获取真 实信号 ,就需要对采样的输入信号进行滤波处理 。 在 PLC 控制中 ,输入信号的采样主要由系统完成 , 但系统很少有滤波功能 ,只要有输入信号出现 ,系统 就将其采样并输入到内存中 ,供控制程序调用 。所 以在实时控制系统中 ,除了采用硬件措施来提高系 统的抗干扰能力外 ,充分利用计算机技术高速 、大容 量的特点 ,发挥软件优势 ,以保证系统不因干扰而影 响工作 ,满足工程所要求的精度和速度 ,采用数字滤 波技术是一种经济 、有效的方法 。
2 常恒毅. 可编程序控制器[M]. 北京 :人民邮电出版社 ,1991 3 陈春雨 ,李景学. 可编程序控制器应用软件设计方法与技
巧[M] . 北京 :电子工业出版社 ,1992 4 王兆义. 小型可编程序控制器实用技术 [ M] . 北京 : 机械
工业出版社 ,1998 5 朱善君 ,翁樟. 可编程序控制系统原理应用维护 [ M] . 北
机床电器 2001 No. 3 计算机·PLC 应用
计算机·PLC 应用
PLC 模拟量信号剔峰均值滤波法研究
苏州市职业大学 陶亦亦 邓建平
〔摘要〕 在可编程序控制器用于工业系统模拟量的控制中 ,针对数据采集过程所出现的瞬时干扰信号问题 , 为能准确获得真实的模拟量输入信号 ,根据数理统计原理中的“3σ规则”设计一种能剔除尖峰干扰信号的滤波程 序 ,以提高控制系统的抗干扰能力 。
一 、引言
一台在额定条件下正常运行的三相异步电动 机 ,当其所带的机械负载发生变化时 ,电动机的转 速 、转差率 、效率 、输出转矩 、定子电流 、功率因数等 都将随着输出功率的变化而变化 。它们与输出功率 的关系决定了异步电机的运行性能 。因此 ,了解异 步电机的工作特性就具有非常重要的意义 。
图 1 电动机的“T”型等效电路
“挤流效应”,即可以计算出电机的起动性能 。 近年来 ,PSPICE 在电子工业中得到了广泛的应
用 ,它可以对实际电子电路进行仿真和模拟 。利用 PSPICE 的这一特点 ,可以较快地计算出电机运行时 的定子电流 、等效转子电流 、感应电势和功率因数角 等参数 。MATLAB 是一种科学的计算语言 ,它非常 适用于矩阵运算 、数据分析 、数据的拟合及曲线绘 制 ,利用 MATLAB 来编程 ,不仅简单明了 ,而且可以
三 、程序设计
设采样次数 n 为 10 ,采样时间为 1s ,采用 FX 4AD 模拟量输入模块并连接在最靠近 PLC 基本单 元的地方 ,则特殊功能模块号为 N. 0 ,仅开 CH1 一个 通道作为电压量输入通道 ,设计出剔峰均值滤波法 程序梯形图如图 4 。图示的程序中 ,为简化程序结 构 ,在满足计算精度要求的前提下 ,作了一些简化计 算 。其中开始采样的信号为 X1 ,最后的采样信号滤 波值存放在 D17 中 ,供控制程序调用 。
Leabharlann Baidu
是异常值 ,应予以舍去 。在舍去异常值之后再求余
下值的均值 ,其结果将更接近于真实值 。
剔峰均值滤波法就是基于“3σ规则”而产生的 ,
其基本原理是 :设采样数为 n ,那么每采样一次 ,就
将采样值存储起来 ,然后将几个采样值进行数学期
望和均方差的计算 ,再将每个采样值按“3σ规则”进
行比较 ,将落在μ±3σ区间之外的数值作为异常值
四 、结论
剔峰均值滤波法在无需增加任何硬件的情况 下 ,充分利用 PLC 的软件优势 ,且滤波程序可以多
— 20 —
通道共同 ,是一种简单 、经济 、实用的有效方法 ,尤其 是对信号变化较慢而且有较大干扰的系统更为有 效 。文中有不足之处 ,请批评指正 。
参考文献
1 陶亦亦. PLC 输入信号的滤波方法 [J ] . 苏州市职业大学 学报 ,2000111 (2)
关键词 PLC 模拟量信号 干扰 滤波
在现代控制系统中 , PLC 的应用已不仅仅限于 对开关量的控制 ,用于对工业系统模拟量控制的场 合也越来越多 ,因此为获取真实可靠的信息而对模 拟量信号进行滤波已成为值得研究的话题 。本文以 三菱 FX2 系列可编程序控制器为例 ,通过对模拟量 输入信号数字滤波方法的探讨 ,设计出一种能剔除 尖峰干扰信号的滤波程序 ,供大家参考 。
京 :清华大学出版社 ,1992 (收稿日期 :2001 - 03 - 16)
电机工作特性的计算机仿真
四川大学电气信息学院 何 坤 宁元中 孙克金 四 川 电 机 厂 何熙武
〔摘要〕 电机设计者设计完一台电机后 ,渴望知道此电机的运行性能是否满足用户的要求 。这必须要借助于 电机的工作特性来进行判断 。传统的方法是通过对试制电机进行试验来获得工作特性 。本文介绍了运用 PSPICE 和 MATLAB 来对电机的工作特性进行计算机仿真 ,这样既避免了以往传统方法的复杂计算 ,又节约了时间和生产 成本 ,大大缩短了电机的新产品开发周期 。
计算电机的工作特性可以运用有限元方法解出 气隙的磁密 ,进行计算电机的定子电流 、功率 、电磁 转矩等 ;这样计算较复杂 ,占用计算机的内存较大 , 因此本文采用了电机正常运行时的数学模型 ,即三 相异步电机的“T”型等效电路 (如图 1 所示) 。
电机设计的结果可以直接得到等效电路图的各 个参数 。在计算起动性能时 ,只要修改电路图中的 一些参数以便用来模拟电机起动时的“饱和效应”和
所谓数字滤波就是对于较低信噪比的模拟量 , 经 A/ D 转换后变为离散的数字信号 ,将形成的数据 时间序列存入计算机内存中 ,利用某种形式的程序
图 1 数字滤波的地位
二 、剔峰均值滤波法
如前述模拟量信号数据采集过程中 ,常常会因 为现场瞬时干扰而产生较大波动 ,若某一瞬间受到 外界的强烈干扰 ,就会出现一个尖峰干扰信号 ,如果 仅用瞬时采样值进行控制计算 ,其结果会使数据产 生很大的偏差 ,如图 2 所示 。
予以舍去 ,余下的采样值进行算术平均运算 ,其结果
就作为本次采样的滤波值 。这样 ,根据设定的采样
时间 (此时间可依据采样精度要求确定) ,每采样一
次 ,都要取 n 个采样值 (1 个当前值 ,n - 1 个历史值)
来计算滤波值 ,每采样一次 ,采样值就向前平移一
次 ,为下次求滤波值作准备 。
根据数理统计原理 ,若设采样值为 e ,则采样值
图 2 随机干扰及异常值
在数理统计的理论中 ,这种因随机干扰而引起 的测量误差应遵循正态分布的规律 ,绝大部分的采 样值应分布在正态曲线最高点的两侧 ,即数学期望 (均值)μ 的两侧 ,以σ表示正态分布的均方差 。根 据“3σ规则”落在μ ±3σ区间之外的数值可以认为
— 18 —
计算机·PLC 应用 机床电器 2001 No. 3
的数学期望μ和均方差σ可用下式计算 :
μ=
1 n
i
n
∑ei
=1
(1)
σ=
1 n-
n
∑( 1i = 1
ei
-
μ) 2
(2)
由以上原理可得出剔峰均值滤波法程序框图见
图 3。
图 3 剔峰均值滤波法程序框图
图 4 剔峰值滤波程序梯形图
— 19 —
机床电器 2001 No. 3 计算机·PLC 应用
对此进行处理 ,从而滤去噪音部分而获得单纯信号 的过程 。一般数字滤波放在 A/ D 转换之后 ,数据处 理与控制程序之前 ,它在控制系统中的地位可用图 1 表示 。
一 、数字滤波
在实际的工业控制系统中 , PLC 主要通过各类 接口模块 ,实现对工业设备或生产过程的检测与控 制 ,我们对来自被控对象或被控生产过程的各种参 数称之为输入信号 ,而这些信号都是来自于环境复 杂的控制现场 ,在带来有用信号的同时 ,也会有一些 因使用条件和外界因素造成恶劣影响的变化信号 , 这类信号称之为干扰信号 。干扰信号的出现 , 使 PLC 所采集到的信号出现了不真实性 ,从而造成系 统工作紊乱和错误 。为了消除干扰 ,准确地获取真 实信号 ,就需要对采样的输入信号进行滤波处理 。 在 PLC 控制中 ,输入信号的采样主要由系统完成 , 但系统很少有滤波功能 ,只要有输入信号出现 ,系统 就将其采样并输入到内存中 ,供控制程序调用 。所 以在实时控制系统中 ,除了采用硬件措施来提高系 统的抗干扰能力外 ,充分利用计算机技术高速 、大容 量的特点 ,发挥软件优势 ,以保证系统不因干扰而影 响工作 ,满足工程所要求的精度和速度 ,采用数字滤 波技术是一种经济 、有效的方法 。
2 常恒毅. 可编程序控制器[M]. 北京 :人民邮电出版社 ,1991 3 陈春雨 ,李景学. 可编程序控制器应用软件设计方法与技
巧[M] . 北京 :电子工业出版社 ,1992 4 王兆义. 小型可编程序控制器实用技术 [ M] . 北京 : 机械
工业出版社 ,1998 5 朱善君 ,翁樟. 可编程序控制系统原理应用维护 [ M] . 北
机床电器 2001 No. 3 计算机·PLC 应用
计算机·PLC 应用
PLC 模拟量信号剔峰均值滤波法研究
苏州市职业大学 陶亦亦 邓建平
〔摘要〕 在可编程序控制器用于工业系统模拟量的控制中 ,针对数据采集过程所出现的瞬时干扰信号问题 , 为能准确获得真实的模拟量输入信号 ,根据数理统计原理中的“3σ规则”设计一种能剔除尖峰干扰信号的滤波程 序 ,以提高控制系统的抗干扰能力 。