計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)教學(xué)課件PPT

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海） 控制科學(xué)與工程系控制科學(xué)與工程系 computer control system 7.1 硬件組成與輸入輸出接口硬件組成與輸入輸出接口 7.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 7.3 量化效應(yīng)分析量化效應(yīng)分析 7.4 采樣頻率的選取采樣頻率的選取 7.5 抗干擾與可靠性技術(shù)抗干擾與可靠性技術(shù) 7.1 硬件組成與輸入輸出接口硬件組成與輸入輸出接口 7.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 7.3 量化效應(yīng)分析量化效應(yīng)分析 7.4 采樣頻率的選取采樣頻率的選取 7.5 抗干擾與可靠性技術(shù)抗干擾與可靠性技術(shù) 一、一、量化

2、特性量化特性 有限位有限位(n)二進(jìn)制所表二進(jìn)制所表示的數(shù)據(jù)：示的數(shù)據(jù)： 2n個(gè)等間隔數(shù)個(gè)等間隔數(shù) 用用q q表示表示 q稱為量化單位稱為量化單位 字長(zhǎng)為字長(zhǎng)為n 1位作符號(hào)位位作符號(hào)位 11 21/2 nn q 一個(gè)任意值的真實(shí)數(shù)一個(gè)任意值的真實(shí)數(shù)x，只可以用，只可以用q的整倍數(shù)的整倍數(shù)xq來表示來表示 q xl q即有即有 q xx 量化誤差量化誤差 一、一、量化特性量化特性 常用的量化方法常用的量化方法 (1) 舍入量化舍入量化 將小于量化單位的尾數(shù)進(jìn)行四舍五入整量化。 (2) 截尾量化截尾量化 將小于量化單位的尾數(shù)全部截掉。 舍入量化誤差舍入量化誤差 r /2/2 r qq 截尾量化誤

3、差截尾量化誤差 t 0,0 0,0 t t qx qx 0 t q 對(duì)于原碼及反碼對(duì)于原碼及反碼 對(duì)于補(bǔ)碼對(duì)于補(bǔ)碼 二、二、計(jì)算機(jī)控制中的量化計(jì)算機(jī)控制中的量化 (1) a/d的量化效應(yīng)的量化效應(yīng) a/d字長(zhǎng)的有限引起字長(zhǎng)的有限引起 (2) 控制器參數(shù)的量化效應(yīng)控制器參數(shù)的量化效應(yīng) 計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)有限引起計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)有限引起 (3) 控制規(guī)律計(jì)算中的量化效應(yīng)控制規(guī)律計(jì)算中的量化效應(yīng) 乘法除法運(yùn)算、右移運(yùn)算等乘法除法運(yùn)算、右移運(yùn)算等 (4) d/a轉(zhuǎn)換的量化效應(yīng)轉(zhuǎn)換的量化效應(yīng) d/a字長(zhǎng)字長(zhǎng)cpu字長(zhǎng)字長(zhǎng) 三、參數(shù)的三、參數(shù)的量化誤差分析量化誤差分析 靈敏度分析法靈敏度分析法 1 01012 1 11

4、2 ()()()( ) ( ) ( )()()() mm mm nn nn b zb zbb zzzzzzn z d z p zza zazpzpzp (1, ) k akn( )d z研究研究的變化對(duì)的變化對(duì)極點(diǎn)的影響極點(diǎn)的影響 1 112 ( )()()() nn nn p zza zazpzpzp 極點(diǎn)多項(xiàng)式極點(diǎn)多項(xiàng)式 k a kk aaj p jj pp (,)0 jk p p a (,)0 jjkk p pp aa 泰勒級(jí)數(shù)展開泰勒級(jí)數(shù)展開 (,)(,) jj jjkkjkzpjzpk k pp p pp aap p apa za 高次項(xiàng)高次項(xiàng)=0 0 0 ( , ) 0 jk p

5、p a (,) 0 jjkk p pp aa 1 () n k jj n k ji i ij pp a pp 靈敏度公式靈敏度公式 (1)與 成正比 (2)與各極點(diǎn)之間距離各極點(diǎn)之間距離成反比 (3)與 t 有關(guān) kn j p ( )() n j p zzp () nn k jjk ppa 若控制器有重極點(diǎn)，設(shè)若控制器有重極點(diǎn)，設(shè) 靈敏度隨重極點(diǎn)階數(shù)的靈敏度隨重極點(diǎn)階數(shù)的 增高而增高增高而增高 例例 直接型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)，試求系數(shù)直接型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)，試求系數(shù)a3變化多大，將使變化多大，將使d(z) 有一極點(diǎn)處于單位圓上？用串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)又如何？有一極點(diǎn)處于單位圓上？用串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)又如何？

6、332 ( )( ) ( ) (0.99)2.972.94030.970299 n zn z d z zzzz 解：若有一極點(diǎn)處于單位圓上，則解：若有一極點(diǎn)處于單位圓上，則 1 0.990.01 j p 33 3 ()0.010.000001 j ap 3 3 (0.99)1 n k j p 即即a3減少減少0.000001時(shí)，會(huì)有一極點(diǎn)位于單位圓上時(shí)，會(huì)有一極點(diǎn)位于單位圓上 () nn k jjk ppa a3必須小于必須小于0.000001 用定點(diǎn)數(shù)表示時(shí)，至少用定點(diǎn)數(shù)表示時(shí)，至少 需要需要20位字長(zhǎng)位字長(zhǎng) 1/2-19=0.0000019 1/2-20=0.00000095 例例 直接型

7、結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)，試求系數(shù)直接型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)，試求系數(shù)a3變化多大，將使變化多大，將使d(z) 有一極點(diǎn)處于單位圓上？用串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)又如何？有一極點(diǎn)處于單位圓上？用串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)又如何？ 332 ( )( ) ( ) (0.99)2.972.94030.970299 n zn z d z zzzz 解：解：采用串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)，環(huán)節(jié)系數(shù)為環(huán)節(jié)的極點(diǎn)采用串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)時(shí)，環(huán)節(jié)系數(shù)為環(huán)節(jié)的極點(diǎn) 故故 系數(shù)誤差系數(shù)誤差 就可以避免極點(diǎn)跑到單位圓上就可以避免極點(diǎn)跑到單位圓上. 用定點(diǎn)數(shù)表示時(shí)，只需用定點(diǎn)數(shù)表示時(shí)，只需7位字長(zhǎng)即可。位字長(zhǎng)即可。 1 0.990.01 j p 在實(shí)現(xiàn)高階控制器時(shí)

8、，最好避免采用直接型結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)高階控制器時(shí)，最好避免采用直接型結(jié)構(gòu) 四、四、控制算法控制算法變換描述變換描述 1.變換定義變換定義 1zt 1z t 或或 1 ( )( ) zt gg z 2 () 1 2 st st zest ！ 2 1 2 zs t s t ！ 0t s 與與z的關(guān)系：的關(guān)系：平移放大平移放大 四、四、控制算法控制算法變換描述變換描述 1.變換定義變換定義 z平面到平面到平面的映射是線性映射。平面的映射是線性映射。 變換與變換與z變換形式相同，且變換形式相同，且變換的幅值是變換的幅值是z變換的變換的t 倍。倍。 當(dāng)當(dāng)t0時(shí)，時(shí)， 變換變換拉氏變換，即拉氏變換，即 變換是隨

9、著采樣周期變換是隨著采樣周期 t0而收斂于拉氏變換的離散時(shí)間變換。而收斂于拉氏變換的離散時(shí)間變換。 1 ( )( ) zt gg z 拉普拉氏變換、拉普拉氏變換、z變換與變換與 變換表變換表 )(t 1 1 1 1 f()f(z)f(k)f(t)f(s)0 )( t f )(k s 1 )( 1 t)( 1 k 1 z z 1 t 1 1 1 s e st )( 1tt )1( 1 k 1 1 z as 1 at e akt e at ez z t e t at 1 1 a 1 1 )1( k at )1( 1 atz a 1 a 1 2 1 s t kt 2 )1( z tz 2 1 t 2

10、 1 )(t 四、四、控制算法控制算法變換描述變換描述 2.變換的映射與穩(wěn)定域變換的映射與穩(wěn)定域 z到到 平面的映射由平面的映射由 確定。確定。z平面的單位圓映平面的單位圓映 射到射到 平面為圓，圓心在（平面為圓，圓心在（-1/t,0)，半徑半徑r=1/t。可見，可見， 變量是變量是z的平移與放大（圓的半徑的平移與放大（圓的半徑r由由1至至1/t）。）。 當(dāng)當(dāng)t0時(shí)，該圓擴(kuò)大為左半平面。時(shí)，該圓擴(kuò)大為左半平面。 t z1 四、四、控制算法控制算法變換描述變換描述 2.變換的映射與穩(wěn)定域變換的映射與穩(wěn)定域 s平面的穩(wěn)定域：平面的穩(wěn)定域：s左半平面。左半平面。 z平面的穩(wěn)定域：?jiǎn)挝粓A內(nèi)。平面的穩(wěn)定

11、域：?jiǎn)挝粓A內(nèi)。 平面的穩(wěn)定域：平面的穩(wěn)定域： 圓心為圓心為(-1/t,0) ，半徑為半徑為1/t的圓內(nèi)，稱為的圓內(nèi)，稱為 平面穩(wěn)定圓。平面穩(wěn)定圓。 隨著隨著t0，它趨于它趨于 左半平面，與連續(xù)域相同，穩(wěn)定邊左半平面，與連續(xù)域相同，穩(wěn)定邊 界為界為： t t j t t sin1cos 。時(shí)，上式可見，當(dāng)jt 0 四、四、控制算法控制算法變換描述變換描述 2.變換的映射與穩(wěn)定域變換的映射與穩(wěn)定域 穩(wěn)定性判據(jù)穩(wěn)定性判據(jù) 系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件：特征方程的全部根在系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件：特征方程的全部根在 平面平面 穩(wěn)定圓內(nèi)或稱系統(tǒng)的全部極點(diǎn)在穩(wěn)定圓內(nèi)或稱系統(tǒng)的全部極點(diǎn)在 平面穩(wěn)定圓內(nèi)。平面穩(wěn)定圓內(nèi)

12、。 四、四、控制算法控制算法變換描述變換描述 3.域的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)域的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 用用 變換進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)步驟與模擬設(shè)計(jì)法相變換進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)步驟與模擬設(shè)計(jì)法相 同，不同的是，帶零階保持器的被控對(duì)象的離散化模同，不同的是，帶零階保持器的被控對(duì)象的離散化模 型用的是型用的是 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) g( )。 d( )與與d(s)具有相同的形式，可以用連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有相同的形式，可以用連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方法，在方法，在 域設(shè)計(jì)系統(tǒng)。域設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 閉環(huán)傳遞函數(shù)，閉環(huán)傳遞函數(shù)， h( )與與h(s)的極點(diǎn)在的極點(diǎn)在 與與s平面上的平面上的 位置、數(shù)值是相當(dāng)接近的。位置、數(shù)值是相當(dāng)接近的。d(

13、 )與與d(s)的分子、分母具的分子、分母具 有相同的階次。有相同的階次。 四、四、控制算法控制算法變換描述變換描述 4. 變換的差分方程描述變換的差分方程描述 已知變量已知變量x(k)的的變換，只需要將變換，只需要將變換定義代入即可變換定義代入即可 寫出相應(yīng)的差分方程寫出相應(yīng)的差分方程 ( ) ( ) ( ) c sa g s u ssa 1 e1 e ( ) e stat at a g zz ssaz ) 1()1 () 1()( kuekcekc atat )( 1 )( )1 ( )( )( 1 )( 1 / )1 ( / )1 ( )( u t e c t e y u t e c t

14、 e te te g atat atat at at ) 1()1 () 1( ) 1( 1 ) 1( 1 ) 1()( kuekce ku t e ky t e tkckc atat atat 四、四、控制算法控制算法變換描述變換描述 5. 變換的變換的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 快速采樣時(shí)，連續(xù)系統(tǒng)的快速采樣時(shí)，連續(xù)系統(tǒng)的變換離散化模型趨近于原連變換離散化模型趨近于原連 續(xù)模型，使之用于連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各類方法可直接用于續(xù)模型，使之用于連續(xù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各類方法可直接用于 離散化設(shè)計(jì)。離散化設(shè)計(jì)。 用用變換的數(shù)字控制器模型，實(shí)現(xiàn)時(shí)具有較好的數(shù)值特變換的數(shù)字控制器模型，實(shí)現(xiàn)時(shí)具有較好的數(shù)值特 性，如，在有限字長(zhǎng)特性

15、、靈敏度等方面，均優(yōu)于性，如，在有限字長(zhǎng)特性、靈敏度等方面，均優(yōu)于z變變 換的模型。換的模型。 7.1 硬件組成與輸入輸出接口硬件組成與輸入輸出接口 7.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 7.3 量化效應(yīng)分析量化效應(yīng)分析 7.4 采樣頻率的選取采樣頻率的選取 7.5 抗干擾與可靠性技術(shù)抗干擾與可靠性技術(shù) 一、采樣頻率對(duì)系統(tǒng)性能的影響一、采樣頻率對(duì)系統(tǒng)性能的影響 1. 對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性能的影響對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性能的影響 采樣周期采樣周期t是系統(tǒng)的一個(gè)重要的參數(shù)，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)是系統(tǒng)的一個(gè)重要的參數(shù)，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn) 定性和性能有很大的影響。定性和性能有很大的影響。 2. 采樣信息的影響采

16、樣信息的影響 max 2 s 采樣定理采樣定理 max (4 10) sr 實(shí)際應(yīng)用時(shí)：實(shí)際應(yīng)用時(shí)： (4 10) sb 被控對(duì)象全部特征被控對(duì)象全部特征 根中的最高頻率根中的最高頻率 系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán) 頻帶頻帶 一、采樣頻率對(duì)系統(tǒng)性能的影響一、采樣頻率對(duì)系統(tǒng)性能的影響 3. 采樣周期與系統(tǒng)抑制干擾能力的關(guān)系采樣周期與系統(tǒng)抑制干擾能力的關(guān)系 4. 計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)與與采樣周期計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)與與采樣周期 l由于字長(zhǎng)有限，當(dāng)減小，所產(chǎn)生的量化誤差會(huì)增大。由于字長(zhǎng)有限，當(dāng)減小，所產(chǎn)生的量化誤差會(huì)增大。 l當(dāng)采樣周期過小時(shí)，將會(huì)增大控制算法對(duì)參數(shù)變化的靈當(dāng)采樣周期過小時(shí)，將會(huì)增大控制算法對(duì)參數(shù)變化的靈 敏度，使

17、控制算法參數(shù)不能準(zhǔn)確表示，從而使控制算法敏度，使控制算法參數(shù)不能準(zhǔn)確表示，從而使控制算法 的特性變化較大。的特性變化較大。 5. 計(jì)算機(jī)的工作負(fù)荷與采樣周期計(jì)算機(jī)的工作負(fù)荷與采樣周期 l當(dāng)計(jì)算機(jī)的速度及計(jì)算任務(wù)確定后，采樣間隔就受到一當(dāng)計(jì)算機(jī)的速度及計(jì)算任務(wù)確定后，采樣間隔就受到一 定限制定限制 max 2 sf 干擾信號(hào)最干擾信號(hào)最 高頻率高頻率 二、二、選擇采樣頻率的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則選擇采樣頻率的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則 l對(duì)一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果被控過程的主導(dǎo)極點(diǎn)的時(shí)間對(duì)一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果被控過程的主導(dǎo)極點(diǎn)的時(shí)間 常數(shù)為常數(shù)為t td d，那么采樣周期應(yīng)取，那么采樣周期應(yīng)取 l被控過程具有純延滯時(shí)間被控過程

18、具有純延滯時(shí)間 l閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間有要求閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間有要求 l閉環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)自然頻率有要求閉環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)自然頻率有要求 /10 d tt (1/4 1/10)t /10 s tt 10 sn 二、二、選擇采樣頻率的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則選擇采樣頻率的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則 l在能滿足系統(tǒng)性能要求的前提下，應(yīng)盡量選取較大的采在能滿足系統(tǒng)性能要求的前提下，應(yīng)盡量選取較大的采 樣周期（即較低的采樣頻率），以降低系統(tǒng)成本。樣周期（即較低的采樣頻率），以降低系統(tǒng)成本。 控制變量 流量 壓力 液面 溫度 采樣周期 s 工業(yè)過程控制典型變量的采樣周期工業(yè)過程控制典型變量的采樣周期 三、多三、多采樣頻率配置采樣頻率配置

19、(1)可以有效地減少計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量，從而降低對(duì)計(jì)算可以有效地減少計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量，從而降低對(duì)計(jì)算 機(jī)的運(yùn)算速度的要求；機(jī)的運(yùn)算速度的要求； (2)對(duì)寬頻帶回路的快變信號(hào)選擇相應(yīng)高的采樣速率，對(duì)寬頻帶回路的快變信號(hào)選擇相應(yīng)高的采樣速率， 可以減少高頻控制器數(shù)字化帶來的動(dòng)態(tài)誤差；根據(jù)可以減少高頻控制器數(shù)字化帶來的動(dòng)態(tài)誤差；根據(jù) 低頻帶回路的慢變信號(hào)選擇相應(yīng)低的采樣速率，可低頻帶回路的慢變信號(hào)選擇相應(yīng)低的采樣速率，可 以減少低頻控制器數(shù)字化帶來的量化誤差。以減少低頻控制器數(shù)字化帶來的量化誤差。 三、多三、多采樣頻率配置采樣頻率配置 多采樣速率配置的原則多采樣速率配置的原則 根據(jù)每個(gè)回路或變量特性，按前

20、述原則進(jìn)行配置。就根據(jù)每個(gè)回路或變量特性，按前述原則進(jìn)行配置。就 單個(gè)回路而言，采樣頻率的選擇與單速率系統(tǒng)是相同的。單個(gè)回路而言，采樣頻率的選擇與單速率系統(tǒng)是相同的。 為使多采樣速率在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，除保證同步采為使多采樣速率在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，除保證同步采 樣的要求外，采樣速率之比通常取整數(shù)倍，如采樣速率樣的要求外，采樣速率之比通常取整數(shù)倍，如采樣速率 比比n =2，4等。等。 7.1 硬件組成與輸入輸出接口硬件組成與輸入輸出接口 7.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 7.3 量化效應(yīng)分析量化效應(yīng)分析 7.4 采樣頻率的選取采樣頻率的選取 7.5 抗干擾與可靠性技術(shù)抗干

21、擾與可靠性技術(shù) l很多場(chǎng)合，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不解決抗干擾的問題，很多場(chǎng)合，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不解決抗干擾的問題， 不提高其可靠性，就無法工作不提高其可靠性，就無法工作 l解決計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾問題的兩種途徑：解決計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾問題的兩種途徑： 找到干擾源，尋找相應(yīng)的辦法抑制或消除干擾，盡可找到干擾源，尋找相應(yīng)的辦法抑制或消除干擾，盡可 能避免干擾串入系統(tǒng)，從外因解決問題；能避免干擾串入系統(tǒng)，從外因解決問題； 提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自身抵抗干擾的能力，從內(nèi)因解提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自身抵抗干擾的能力，從內(nèi)因解 決問題。決問題。 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 1. 干擾源干擾源 (1

22、)電網(wǎng)噪聲電網(wǎng)噪聲 電網(wǎng)中大功率設(shè)備的啟停、電網(wǎng)切換或各種故障的產(chǎn)生， 都會(huì)使電網(wǎng)發(fā)生瞬變，產(chǎn)生脈沖型噪聲。 (2)內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾 由于接地不完善，信號(hào)被電磁感應(yīng)和電容耦合 (3)外部干擾外部干擾 太陽及其它天體輻射的電磁波、電臺(tái)發(fā)出的電磁波、周 圍的電器設(shè)備的電磁干擾，氣象條件、空中雷電，甚至 地磁場(chǎng)的變化也會(huì)引起干擾。 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 2. 克服空間感應(yīng)的抗干擾措施克服空間感應(yīng)的抗干擾措施 空間感應(yīng)的干擾主要來源于電磁場(chǎng)在空間的傳播空間感應(yīng)的干擾主要來源于電磁場(chǎng)在空間的傳播， 一般采用適當(dāng)?shù)钠帘渭罢_的接地方法解決一般采用適當(dāng)?shù)钠帘渭罢_的接地方法解決。 l

23、電場(chǎng)屏蔽解決分布電容問題，一般接大地電場(chǎng)屏蔽解決分布電容問題，一般接大地 l電磁場(chǎng)屏蔽主要避免雷達(dá)、短波電臺(tái)等高頻電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)屏蔽主要避免雷達(dá)、短波電臺(tái)等高頻電磁場(chǎng) 輻射干擾，屏蔽層可以用低阻金屬材料做成，而且輻射干擾，屏蔽層可以用低阻金屬材料做成，而且 連接大地連接大地 l磁屏蔽用以防止磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等磁感磁屏蔽用以防止磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等磁感 應(yīng)、磁耦合，屏蔽層用高導(dǎo)磁材料做成，一般也接應(yīng)、磁耦合，屏蔽層用高導(dǎo)磁材料做成，一般也接 大地大地 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 3. 過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施 (1)串模干擾及其抑制串模干擾及其抑制

24、串模干擾串模干擾疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)。疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)。 串模干擾信號(hào)的主要成份是串模干擾信號(hào)的主要成份是50hz的工頻和特殊的高次的工頻和特殊的高次 諧波，且通過電磁耦合和漏電等傳輸形式，疊加到信號(hào)諧波，且通過電磁耦合和漏電等傳輸形式，疊加到信號(hào) 或引線上形成干擾。或引線上形成干擾。 模擬濾波模擬濾波 可使可使50hz的干擾衰減到的干擾衰減到1/600左右左右 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 3. 過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施 (1)串模干擾及其抑制串模干擾及其抑制 進(jìn)行電磁屏蔽和良好的接地進(jìn)行電磁屏蔽和良好的接地 l從根本上切斷引起干擾的干擾源從根

25、本上切斷引起干擾的干擾源 l如選擇帶屏蔽層的雙絞線或同軸電纜連接一次儀表如選擇帶屏蔽層的雙絞線或同軸電纜連接一次儀表 （如壓力變送器、熱電偶）和轉(zhuǎn)換設(shè)備（如壓力變送器、熱電偶）和轉(zhuǎn)換設(shè)備 l配以良好的接地措施來解決。配以良好的接地措施來解決。 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 3. 過程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施 (1)共模干擾及其抑制共模干擾及其抑制 共模干擾產(chǎn)生的主要原因是不同共模干擾產(chǎn)生的主要原因是不同“地地”之間存在共模電之間存在共模電 壓，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地存在漏阻抗。壓，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地存在漏阻抗。 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 3. 過

26、程通道的抗干擾措施過程通道的抗干擾措施 (1)共模干擾及其抑制共模干擾及其抑制 采用差分放大器做信號(hào)前置放大采用差分放大器做信號(hào)前置放大 采用隔離技術(shù)將地電位隔開采用隔離技術(shù)將地電位隔開 使用變壓耦合或光電耦合的隔離方法。使用變壓耦合或光電耦合的隔離方法。 若將光電耦合器與壓頻（若將光電耦合器與壓頻（v/f）變換器、頻壓（）變換器、頻壓（f/v） 變換器組合起來，形成組合式模擬隔離器，不僅隔離方變換器組合起來，形成組合式模擬隔離器，不僅隔離方 便，信號(hào)抗干擾性強(qiáng)，而且對(duì)模擬信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送很便，信號(hào)抗干擾性強(qiáng)，而且對(duì)模擬信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送很 有效有效 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施

27、 4. 電源系統(tǒng)的抗干擾措施電源系統(tǒng)的抗干擾措施 (1) 合理配置和使用低通濾波器和交流穩(wěn)壓裝置合理配置和使用低通濾波器和交流穩(wěn)壓裝置 (2) 采用抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)電源采用抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)電源 (3) 采用分布式獨(dú)立供電采用分布式獨(dú)立供電 (4) 采用備用電源或不間斷電源（采用備用電源或不間斷電源（ups） 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 5. 地線配置的抗干擾措施地線配置的抗干擾措施 接地是抑制干擾的主要方法，其目的：接地是抑制干擾的主要方法，其目的： 清除各電路電流流經(jīng)公共地線阻抗時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓清除各電路電流流經(jīng)公共地線阻抗時(shí)產(chǎn)生的噪聲電壓 避免磁場(chǎng)及地電位差的影響，不

28、使其形成地回路。避免磁場(chǎng)及地電位差的影響，不使其形成地回路。 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 5. 地線配置的抗干擾措施地線配置的抗干擾措施 針對(duì)幾種地線的處理措施：針對(duì)幾種地線的處理措施： 高頻電路就近多點(diǎn)接地的多點(diǎn)接地原則和低頻電路一高頻電路就近多點(diǎn)接地的多點(diǎn)接地原則和低頻電路一 點(diǎn)接地的一點(diǎn)接地原則；點(diǎn)接地的一點(diǎn)接地原則； 交流地與信號(hào)地分開；交流地與信號(hào)地分開； 數(shù)字地與模擬地分開走線，只在一點(diǎn)匯在一起；數(shù)字地與模擬地分開走線，只在一點(diǎn)匯在一起； 功率地的地線應(yīng)粗，且與小信號(hào)地線分開，而與直流功率地的地線應(yīng)粗，且與小信號(hào)地線分開，而與直流 地相連；地相連； 一、一、干擾源

29、及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 6. 看門狗電路（看門狗電路（watchdog） watchdog的每一次溢出輸出將引起系統(tǒng)復(fù)位，使系的每一次溢出輸出將引起系統(tǒng)復(fù)位，使系 統(tǒng)重新初始化或產(chǎn)生中斷使系統(tǒng)進(jìn)入故障處理程序，進(jìn)統(tǒng)重新初始化或產(chǎn)生中斷使系統(tǒng)進(jìn)入故障處理程序，進(jìn) 行必要的處理，自動(dòng)恢復(fù)正常的運(yùn)行程序。行必要的處理，自動(dòng)恢復(fù)正常的運(yùn)行程序。 程序正常運(yùn)行時(shí)，程序正常運(yùn)行時(shí)，cpu每隔每隔ts tmax，設(shè)置定時(shí)器，設(shè)置定時(shí)器， 使定時(shí)器不能達(dá)到使定時(shí)器不能達(dá)到tmax，故不會(huì)發(fā)出故障中斷或故障，故不會(huì)發(fā)出故障中斷或故障 復(fù)位的信號(hào)。復(fù)位的信號(hào)。 一、一、干擾源及抗干擾措施干擾源及抗干擾措施 6. 看門狗電路（看門狗電路（watchdog） 應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合 (1) 對(duì)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)“飛程序飛程序”自動(dòng)恢復(fù)自動(dòng)恢復(fù) 可用于檢測(cè)由于干擾引起的系統(tǒng)出錯(cuò)并自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，可用于檢測(cè)由于干擾引起的系統(tǒng)出錯(cuò)并自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行， 提高控制系統(tǒng)的可靠性。提高控制系統(tǒng)的可靠性。 只能實(shí)現(xiàn)任務(wù)的恢復(fù)，不可能實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)的恢復(fù)。只能實(shí)現(xiàn)任務(wù)的恢復(fù)，不可能實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)的恢復(fù)。 (2) 對(duì)硬件的故障進(jìn)行檢測(cè)對(duì)硬件的故障進(jìn)行檢測(cè) 表現(xiàn)在表現(xiàn)在watchdog可能連續(xù)產(chǎn)生溢出脈沖，頻繁進(jìn)入可能連續(xù)產(chǎn)生溢出脈沖，頻繁進(jìn)入 中斷處理程序。中斷處理程序。 二