第8章 計算機控制系統(tǒng)的應用軟件

1、第第8章章 計算機控制系統(tǒng)的應用軟件計算機控制系統(tǒng)的應用軟件8.1 計算機控制系統(tǒng)軟件概述計算機控制系統(tǒng)軟件概述8.2 計算機控制系統(tǒng)的應用軟件計算機控制系統(tǒng)的應用軟件 8.3 計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術 8.4 輸入輸出數(shù)字量的軟件抗干擾技術輸入輸出數(shù)字量的軟件抗干擾技術第第8章章 計算機控制系統(tǒng)的應用軟件計算機控制系統(tǒng)的應用軟件8.1 計算機控制系統(tǒng)軟件概述計算機控制系統(tǒng)軟件概述8.1.1 軟件的含義軟件的含義 軟件是能夠完成預定功能和性能的可執(zhí)行的計算機程序軟件是能夠完成預定功能和性能的可執(zhí)行的計算機程序和使程序正常執(zhí)行所需要的數(shù)據(jù)，加上描述軟件開發(fā)過程及和

2、使程序正常執(zhí)行所需要的數(shù)據(jù)，加上描述軟件開發(fā)過程及其管理、程序的操作和使用的有關文檔。其管理、程序的操作和使用的有關文檔。 8.1.2 軟件的特點軟件的特點1.表現(xiàn)形式不同。表現(xiàn)形式不同。2.生產(chǎn)方式不同。生產(chǎn)方式不同。3. 要求不同。要求不同。4. 維護不同。維護不同。8.1.3 軟件的分類軟件的分類1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件2.應用軟件應用軟件 3.工具軟件工具軟件 8.1.4 軟件設計的一般過程軟件設計的一般過程 先分析系統(tǒng)對軟件的要求，畫出總體軟件功能框圖；然后先分析系統(tǒng)對軟件的要求，畫出總體軟件功能框圖；然后用模塊化設計方法設計每一軟件功能模塊，繪出每一功能模塊用模塊化設計方法設計每一軟件

3、功能模塊，繪出每一功能模塊的流程圖，選擇合適的語言編寫程序；最后按照總體軟件框圖，的流程圖，選擇合適的語言編寫程序；最后按照總體軟件框圖，將各模塊連接成一個完整的程序。將各模塊連接成一個完整的程序。 8.1.5 軟件設計的一般方法軟件設計的一般方法1.模塊化設計法模塊化設計法2. 結構化設計法結構化設計法1.模塊化設計法模塊化設計法 模塊化設計法是把一個大的程序劃分成若干個程序模塊分模塊化設計法是把一個大的程序劃分成若干個程序模塊分別進行設計和調試別進行設計和調試 。（1）保證模塊的獨立性，即一個）保證模塊的獨立性，即一個模塊內部的改動不應影響其他模塊。模塊內部的改動不應影響其他模塊。模塊只能

4、有一個入口和一個出口。模塊只能有一個入口和一個出口。（2） 模塊不宜劃分得過大、過小。模塊不宜劃分得過大、過小。模塊過大會失去模塊化的特點，且模塊過大會失去模塊化的特點，且編程和連接時可能會遇到麻煩；編程和連接時可能會遇到麻煩； 模模塊過小會增加連接通信的工作量。塊過小會增加連接通信的工作量。（3）對每一模塊應做出具體定義，定義包括解決問題的算）對每一模塊應做出具體定義，定義包括解決問題的算法，允許的輸入、輸出值范圍等。法，允許的輸入、輸出值范圍等。（4）簡單的任務不必模塊化。因為在這種情況下，編寫和修）簡單的任務不必模塊化。因為在這種情況下，編寫和修改整個程序比起裝配和修改模塊要容易一些。改

5、整個程序比起裝配和修改模塊要容易一些。模塊化編程的優(yōu)點：模塊化編程的優(yōu)點：相對于整個程序，單個模塊易于編寫、調試及修改；相對于整個程序，單個模塊易于編寫、調試及修改； 便于程序設計任務的劃分，可以按照編程人員的經(jīng)驗、熟悉便于程序設計任務的劃分，可以按照編程人員的經(jīng)驗、熟悉 程度分配編程任務，提高編程效率；程度分配編程任務，提高編程效率； 程序的易讀性好；程序的易讀性好； 頻繁使用的任務可以編制成模塊存放在庫里，頻繁使用的任務可以編制成模塊存放在庫里，供多個任務使用。供多個任務使用。模塊化編程的缺點：模塊化編程的缺點：程序執(zhí)行時往往占有較多的內存空間和程序執(zhí)行時往往占有較多的內存空間和CPU時間

6、；時間； 其次，由于模塊獨立性的要求，可能使相互獨立的各模塊中有其次，由于模塊獨立性的要求，可能使相互獨立的各模塊中有重復的功能；重復的功能； 由于模塊劃分時考慮不周，容易使各模塊匯編在一起時發(fā)生連由于模塊劃分時考慮不周，容易使各模塊匯編在一起時發(fā)生連接上的困難。接上的困難。1）“自頂向下自頂向下”設計法設計法 從整體到局部再到細節(jié)，即把整體任務分成一個個子任務，從整體到局部再到細節(jié)，即把整體任務分成一個個子任務，子任務再分成子子任務，這樣一層一層地分下去，直到最底層子任務再分成子子任務，這樣一層一層地分下去，直到最底層的每一個任務都能單獨處理為止。的每一個任務都能單獨處理為止。具體步驟為：具

7、體步驟為：首先對最高層進行編碼和調試，為了測試這些最首先對最高層進行編碼和調試，為了測試這些最高層模塊，可以用高層模塊，可以用“節(jié)點節(jié)點”來代替還未編碼的較低層模塊，來代替還未編碼的較低層模塊，“節(jié)點節(jié)點”的輸入和輸出滿足程序的說明部分要求，但功能少的的輸入和輸出滿足程序的說明部分要求，但功能少的多。這種方法一般適合用高級語言來設計程序。多。這種方法一般適合用高級語言來設計程序。軟件設計的軟件設計的“自頂向下自頂向下”設計法，需要遵循一下原則：設計法，需要遵循一下原則： （1） 對于每一個程序模塊，應明確規(guī)定其輸入輸出和功能。對于每一個程序模塊，應明確規(guī)定其輸入輸出和功能。 （2）一旦已認定一

8、部分問題能夠納入一個模塊之內，就不要）一旦已認定一部分問題能夠納入一個模塊之內，就不要再進一步地考慮如何具體地實現(xiàn)它，即不要糾纏于編程的一些再進一步地考慮如何具體地實現(xiàn)它，即不要糾纏于編程的一些細節(jié)問題。細節(jié)問題。 （3）不論在哪一層次，每一模塊的具體說明、規(guī)定不要過）不論在哪一層次，每一模塊的具體說明、規(guī)定不要過分龐大，如果過分龐大，就應該考慮進一步細分。分龐大，如果過分龐大，就應該考慮進一步細分。 （4） 模塊間信息數(shù)據(jù)的設計，與模塊中過程或算法的設計模塊間信息數(shù)據(jù)的設計，與模塊中過程或算法的設計同樣重要。這些數(shù)據(jù)是模塊之間的接口，必須予以仔細規(guī)定。同樣重要。這些數(shù)據(jù)是模塊之間的接口，必須

9、予以仔細規(guī)定。 “自頂向下自頂向下”設計法的優(yōu)點是設計法的優(yōu)點是，比較符合人的日常思維、分，比較符合人的日常思維、分析習慣，能夠按照真實系統(tǒng)環(huán)境直接進行設計。析習慣，能夠按照真實系統(tǒng)環(huán)境直接進行設計。 其主要缺點是，其主要缺點是，某一級的程序將對整個程序產(chǎn)生影響，一處某一級的程序將對整個程序產(chǎn)生影響，一處修改可能牽動全局，需要對程序全面修改；此外，這種設計法修改可能牽動全局，需要對程序全面修改；此外，這種設計法也不便于使用現(xiàn)成軟件。也不便于使用現(xiàn)成軟件。因此自頂向下設計方法，僅適合于規(guī)模較小的任務和實時監(jiān)測因此自頂向下設計方法，僅適合于規(guī)模較小的任務和實時監(jiān)測與控制中較為簡單的任務。對于功能、

10、任務復雜的較大系統(tǒng)宜與控制中較為簡單的任務。對于功能、任務復雜的較大系統(tǒng)宜采用模塊化、結構化設計方法。采用模塊化、結構化設計方法。2）自底向上模塊化設計）自底向上模塊化設計 這種方法首先對最低層模塊進行編碼、測試和調試。這些模這種方法首先對最低層模塊進行編碼、測試和調試。這些模塊正常工作后就可以用它們來開發(fā)較高層的模塊。塊正常工作后就可以用它們來開發(fā)較高層的模塊。 實際工作中，最好將兩種方法結合起來，先開發(fā)高層模塊和實際工作中，最好將兩種方法結合起來，先開發(fā)高層模塊和關鍵性低層模塊，用關鍵性低層模塊，用“節(jié)點節(jié)點”來代替以后開發(fā)的不太重要的模塊。來代替以后開發(fā)的不太重要的模塊。2. 結構化設計

11、法結構化設計法 結構化程序設計法是結構化程序設計法是20世紀世紀70年代起逐漸被采用的一種新型年代起逐漸被采用的一種新型程序設計方法。采用結構化程序設計法的目的是使程序易讀、程序設計方法。采用結構化程序設計法的目的是使程序易讀、易查、易調試，并提高編程效率。結構化程序設計法綜合了易查、易調試，并提高編程效率。結構化程序設計法綜合了“自頂向下自頂向下”設計法、模塊化設計法的優(yōu)點，并采用了三種基設計法、模塊化設計法的優(yōu)點，并采用了三種基本的程序結構編程。這三種基本結構。即順序結構、條件結構、本的程序結構編程。這三種基本結構。即順序結構、條件結構、循環(huán)結構進行編程，每一程序模塊可以是三種基本結構之一

12、，循環(huán)結構進行編程，每一程序模塊可以是三種基本結構之一，也可以是三種基本結構的有限次組合。也可以是三種基本結構的有限次組合。8.2 計算機控制系統(tǒng)的應用軟件計算機控制系統(tǒng)的應用軟件8.2.1 控制系統(tǒng)的輸入輸出軟件控制系統(tǒng)的輸入輸出軟件1. I/O接口程序接口程序：I/O接口程序是針對接口程序是針對I/O模板或模塊編寫的程序。模板或模塊編寫的程序。 2. I/O驅動程序驅動程序：I/O驅動程序是針對驅動程序是針對I/O單元與主控單元之間的數(shù)單元與主控單元之間的數(shù)據(jù)交換或通信而編寫的程序，位于主控單元內。據(jù)交換或通信而編寫的程序，位于主控單元內。 3. 實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫：實時數(shù)據(jù)庫（：實時數(shù)

13、據(jù)庫（RTDB）的數(shù)據(jù)既有時間性也有時）的數(shù)據(jù)既有時間性也有時限性，所謂時間性是指某時刻的數(shù)據(jù)值，所謂時限性是指數(shù)據(jù)限性，所謂時間性是指某時刻的數(shù)據(jù)值，所謂時限性是指數(shù)據(jù)值在一定時間內有效。值在一定時間內有效。8.2.2 數(shù)字控制算法的計算機實現(xiàn)數(shù)字控制算法的計算機實現(xiàn)1.硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn) 利用數(shù)字電路（例如加法器、乘法器、延時電路等）實現(xiàn)利用數(shù)字電路（例如加法器、乘法器、延時電路等）實現(xiàn)D(Z)。這實際上是制作一個特殊的專用處理電路來完成特定形。這實際上是制作一個特殊的專用處理電路來完成特定形式式D(Z)的運算，一般用于某些特定系統(tǒng)。的運算，一般用于某些特定系統(tǒng)。 2. 軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn) 軟

14、件實現(xiàn)是通過編制計算機程序來實現(xiàn)軟件實現(xiàn)是通過編制計算機程序來實現(xiàn)D(Z)的方法，稱為的方法，稱為計算機實現(xiàn)。由計算機的特點以及從計算機實現(xiàn)。由計算機的特點以及從D(Z)算式的復雜性和設計算式的復雜性和設計控制系統(tǒng)的靈活性出發(fā)，采用計算機軟件的方法實現(xiàn)更具有優(yōu)控制系統(tǒng)的靈活性出發(fā)，采用計算機軟件的方法實現(xiàn)更具有優(yōu)勢。因而在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中都采用軟件實現(xiàn)方法。勢。因而在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中都采用軟件實現(xiàn)方法。1）直接程序法）直接程序法1010111( ).( )( )1.1mimiminniniib zU Zbb zb zD zE Za za za z 由此得出數(shù)字控制器輸出量的由此得出數(shù)字控制

15、器輸出量的z變換為：變換為：01U( )( )( )(81)mniiiiiizb z E Za z U Z對上式進行對上式進行z反變換，在初始靜止條件下可以得到差分方程：反變換，在初始靜止條件下可以得到差分方程：01u()()()(82)mniiiikTbe kTiTau kTiT式（式（8-2）的實現(xiàn)形式如圖）的實現(xiàn)形式如圖8-3所示，該形式稱為直接程序形式，所示，該形式稱為直接程序形式，它對于脈沖傳遞函數(shù)的分子分母分別用了兩組純滯后元件。分它對于脈沖傳遞函數(shù)的分子分母分別用了兩組純滯后元件。分子用了子用了m個原件，分母用了個原件，分母用了n個元件，共用了個元件，共用了m+n個純滯后元件。個

16、純滯后元件。由式（由式（8-2）即可編制出計算機程序，計算）即可編制出計算機程序，計算u(kT)。2） 串聯(lián)程序法串聯(lián)程序法串聯(lián)程序法是指將數(shù)字控制器串聯(lián)程序法是指將數(shù)字控制器D(Z)分解為一階或二階脈沖傳遞分解為一階或二階脈沖傳遞函數(shù)的串聯(lián)連接。如果數(shù)字控制器函數(shù)的串聯(lián)連接。如果數(shù)字控制器D(Z)的零、極點為已知時，的零、極點為已知時，D(Z)可以寫為：可以寫為：0i1( )D (z)jiD zd式中，式中， 通?？梢员硎緸椋和ǔ？梢员硎緸椋?( )iD z11212j01121111D(z)D (z)D (z)D11jliiiii liiib zc zd zda ze zf z L那么數(shù)字

17、控制器那么數(shù)字控制器 就可以看成由就可以看成由 串聯(lián)而成，如圖串聯(lián)而成，如圖8-4所示。所示。 ( )D z)(),(),(21zDzDzDj為了計算為了計算 ，可以先求出可以先求出 ，然后通過迭代方法，然后通過迭代方法求出求出 ，最后求出最后求出 。 ( )u k1( )u k2( )uk( )u k【例【例8.1】 設數(shù)字控制器設數(shù)字控制器試用串聯(lián)程序法實現(xiàn)試用串聯(lián)程序法實現(xiàn)D(z)表達式，畫出串聯(lián)程序法的框圖。表達式，畫出串聯(lián)程序法的框圖。 2222.50.5( )0.10.02zzD zzz解：解：將將D(z)變?yōu)樽優(yōu)?1121122.50.5(20.5) (1)20.51( )(85

18、)0.10.02(0.1) (0.2)10.110.2zzzzzzD zzzzzzz可以寫出子脈沖傳遞函數(shù)可以寫出子脈沖傳遞函數(shù)D1(z)、D2(z)，分別為，分別為11120.5( )(86)10.1zD zz1211( )(87)10.2zD zz由式（由式（8-6）和式（）和式（8-7）可得）可得111111111( )2 ( )0.5 ( )0.1( )(88)( )( )( )0.2( )U ZE ZE Z ZU Z ZU ZU ZU Z ZU Z Z由式（由式（8-8）可得差分方程組為）可得差分方程組為1111( )2 ( )0.5 (1)0.1 ( )( )( )(1)0.2 (

19、1)u ke ke ku ku ku ku ku k由式（由式（8-5）可畫出串聯(lián)程序法的原理框圖，如圖）可畫出串聯(lián)程序法的原理框圖，如圖8-5所示。所示。3）并聯(lián)程序法）并聯(lián)程序法對于數(shù)字控制器對于數(shù)字控制器D(z)，若能寫成部分分式形式，可以將其化，若能寫成部分分式形式，可以將其化簡為多個一階或二階脈沖傳遞函數(shù)相加的形式。簡為多個一階或二階脈沖傳遞函數(shù)相加的形式。01( )( )jiiD zdD z 式中，式中， 通?？梢员硎緸椋和ǔ？梢员硎緸椋?111201121111( )( )( )11jliijii liiib zc zD zD zD zDda zd ze z L 那么數(shù)字控制器那

20、么數(shù)字控制器D (z)就可以看成由就可以看成由D1(z)，D2(z)，Dj (z)并聯(lián)而成，如圖并聯(lián)而成，如圖8-6所示。所示。( )iD z先求出先求出 然后通過求和的方法求出求出然后通過求和的方法求出求出 12( ),( ),u kuk L L( )u k【例【例8-2】 設數(shù)字控制器設數(shù)字控制器 2221( )56zzD zzz試用并聯(lián)程序法實現(xiàn)試用并聯(lián)程序法實現(xiàn)D(z)表達式，畫出并聯(lián)程序法的框圖。表達式，畫出并聯(lián)程序法的框圖。解：解：對對D(z)進行因式分解，以部分分式形式表示。進行因式分解，以部分分式形式表示。22( )2114( )1( )5623U zzzD zE zzzzz

21、由上式可得差分方程組如下：由上式可得差分方程組如下： 12233( )( )( )(1)2(1)( )4 (1)3(1)u ke ku ke ku ku ke ku k 根據(jù)該方程組可得并聯(lián)程序法的原理框圖，如圖根據(jù)該方程組可得并聯(lián)程序法的原理框圖，如圖8-7所示。所示。8.2.3 控制系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)軟件控制系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)軟件1. 組態(tài)軟件的含義組態(tài)軟件的含義組態(tài)（組態(tài)（Configuration）的含義是使用軟件工具，按用戶的需）的含義是使用軟件工具，按用戶的需要對計算機資源進行組合，達到應用的目的。組態(tài)的過程可以要對計算機資源進行組合，達到應用的目的。組態(tài)的過程可以看作是軟件裝配的過程，軟

22、件提供了各種看作是軟件裝配的過程，軟件提供了各種“零部件零部件”供用戶選供用戶選擇，如輸入功能塊、輸出功能塊、控制功能塊、運算功能塊、擇，如輸入功能塊、輸出功能塊、控制功能塊、運算功能塊、子圖、動態(tài)點、動態(tài)控件、操作點、操作顯示窗口、通用畫面子圖、動態(tài)點、動態(tài)控件、操作點、操作顯示窗口、通用畫面（如總貌、組、點、趨勢畫面）模板和打印模板等。（如總貌、組、點、趨勢畫面）模板和打印模板等。 常用的工業(yè)組態(tài)軟件有美國商業(yè)組態(tài)軟件公司常用的工業(yè)組態(tài)軟件有美國商業(yè)組態(tài)軟件公司W(wǎng)onderware的的Intouch， Rock-Well公司的公司的Rsview32，德國西門子公司的，德國西門子公司的Win

23、CC等。國內的組態(tài)軟件有北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有等。國內的組態(tài)軟件有北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司的限公司的MCGS、北京三維力控科技有限公司的力控、北京亞、北京三維力控科技有限公司的力控、北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王以及臺灣研華的控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王以及臺灣研華的GENIE等。等。2. 開放軟件開放軟件 計算機控制系統(tǒng)的對外開放除了提供硬件接口（如計算機控制系統(tǒng)的對外開放除了提供硬件接口（如RS-232，RS-485和網(wǎng)絡）之外，還需要有對外開放的軟件接口或與其他和網(wǎng)絡）之外，還需要有對外開放的軟件接口或與其他軟件通信的接口。例如工業(yè)軟件通信的接口。例如工業(yè)PC機常用的軟件

24、接口有以下四種：機常用的軟件接口有以下四種：1）DDE動態(tài)數(shù)據(jù)交換（動態(tài)數(shù)據(jù)交換（dynamic data exchange，DDE）是兩個同時運）是兩個同時運行的程序之間建立行的程序之間建立client/server（客戶（客戶/服務器）連接關系，所服務器）連接關系，所建立的數(shù)據(jù)連接通道是雙向的，即建立的數(shù)據(jù)連接通道是雙向的，即client方既可以讀取方既可以讀取server方方的數(shù)據(jù)，也可以修改的數(shù)據(jù)，也可以修改server方的數(shù)據(jù)。一個程序可以同時是方的數(shù)據(jù)。一個程序可以同時是client方和方和server方，當然可以只是其中一方。方，當然可以只是其中一方。2）OLE 對象連接嵌入（對

25、象連接嵌入（object link embedding，OLE）的初始）的初始含義是一個程序引用另一個程序中的某個對象時，直接用指含義是一個程序引用另一個程序中的某個對象時，直接用指針指向該對象，而不必將被引用對象拷貝到程序中。針指向該對象，而不必將被引用對象拷貝到程序中。 OLE的含義擴展后制定了規(guī)范的接口，并產(chǎn)生了構件對的含義擴展后制定了規(guī)范的接口，并產(chǎn)生了構件對象模型（象模型（component object model，COM）、分布式構件對）、分布式構件對象模型（象模型（distributed COM，DCOM）和）和Active X技術，使得技術，使得程序之間交換數(shù)據(jù)有了更高效的手

26、段。程序之間交換數(shù)據(jù)有了更高效的手段。3) OPC 用于過程控制的用于過程控制的OPC（OLE for process control）是）是OLE的的擴展，為工業(yè)控制設備硬件和應用軟件之間提供了數(shù)據(jù)訪問和擴展，為工業(yè)控制設備硬件和應用軟件之間提供了數(shù)據(jù)訪問和通信接口的標準。通信接口的標準。4) ODBC 開放的數(shù)據(jù)庫連接（開放的數(shù)據(jù)庫連接（open data base connectivity，ODBC）規(guī)定了開放數(shù)據(jù)庫互連的標準，其目的是實現(xiàn)異構數(shù)據(jù)庫的互規(guī)定了開放數(shù)據(jù)庫互連的標準，其目的是實現(xiàn)異構數(shù)據(jù)庫的互連。支持連。支持ODBC標準的數(shù)據(jù)庫都提供基于自己數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)標準的數(shù)據(jù)庫都提供

27、基于自己數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（data base management system，DBMS）的）的ODBC接口程序。接口程序。這樣支持這樣支持ODBC標準的應用程序通過標準的應用程序通過DBMS的的ODBC接口程序，接口程序，就可以直接訪問就可以直接訪問DBMS中的數(shù)據(jù)項，進行讀寫操作。中的數(shù)據(jù)項，進行讀寫操作。 數(shù)據(jù)庫支持結構化查詢語言（數(shù)據(jù)庫支持結構化查詢語言（structured query language，SQL），這是一種數(shù)據(jù)庫訪問語言。盡管不同數(shù)據(jù)庫的），這是一種數(shù)據(jù)庫訪問語言。盡管不同數(shù)據(jù)庫的SQL語語法不盡相同，但都支持標準版本的法不盡相同，但都支持標準版本的SQL。ODBC就

28、是建立在標就是建立在標準版本準版本SQL之上的，通過之上的，通過ODBC和和SQL就可以編寫獨立于任何就可以編寫獨立于任何DBMS的數(shù)據(jù)庫訪問程序。的數(shù)據(jù)庫訪問程序。8.3 計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術8.3.1 軟件抗干擾技術軟件抗干擾技術1. 數(shù)字濾波數(shù)字濾波 在控制系統(tǒng)的輸入輸出通道中，采用某種計算方法對通道在控制系統(tǒng)的輸入輸出通道中，采用某種計算方法對通道的信號進行數(shù)字處理，以削弱或濾除干擾噪聲，這就是數(shù)字的信號進行數(shù)字處理，以削弱或濾除干擾噪聲，這就是數(shù)字濾波方法。濾波方法。 數(shù)字濾波技術的優(yōu)點：數(shù)字濾波技術的優(yōu)點：（1）因為用程序濾波，數(shù)字濾波只是一個計

29、算過程，無需）因為用程序濾波，數(shù)字濾波只是一個計算過程，無需硬件，且可多通道共享一個濾波器硬件，且可多通道共享一個濾波器(多通道共同調用一個濾波多通道共同調用一個濾波子程序子程序)，從而降低了成本。，從而降低了成本。（2）各回路之間不存在阻抗匹配、特性波動、非一致性等）各回路之間不存在阻抗匹配、特性波動、非一致性等問題。模擬濾波器在頻率很低時較難實現(xiàn)的問題，不會出現(xiàn)問題。模擬濾波器在頻率很低時較難實現(xiàn)的問題，不會出現(xiàn)在數(shù)字濾波器的實現(xiàn)過程中，故可靠性高，穩(wěn)定性好。在數(shù)字濾波器的實現(xiàn)過程中，故可靠性高，穩(wěn)定性好。（3）可以對頻率很低的信號）可以對頻率很低的信號(如如0.01Hz以下以下)進行濾波

30、，這是進行濾波，這是模擬濾波器做不到的。模擬濾波器做不到的。（4）只要適當改變數(shù)字濾波程序有關參數(shù)，就能方便的改）只要適當改變數(shù)字濾波程序有關參數(shù)，就能方便的改變?yōu)V波特性，因此數(shù)字濾波使用時方便靈活。變?yōu)V波特性，因此數(shù)字濾波使用時方便靈活。1）程序判斷濾波）程序判斷濾波方法：根據(jù)經(jīng)驗確定出兩次采樣輸入信號可能出現(xiàn)的最大偏差方法：根據(jù)經(jīng)驗確定出兩次采樣輸入信號可能出現(xiàn)的最大偏差x，若相鄰兩次采樣信號的差值大于，若相鄰兩次采樣信號的差值大于x，則表明該采樣信號是，則表明該采樣信號是干擾信號，應去掉；若小于干擾信號，應去掉；若小于x，則該信號作為本次采樣信號。，則該信號作為本次采樣信號。A:限幅濾波

31、限幅濾波 如果前后兩次采樣的實際增量如果前后兩次采樣的實際增量 ，則認為是，則認為是正常的，否則認為是干擾造成的，這種情況下用上次的采樣正常的，否則認為是干擾造成的，這種情況下用上次的采樣代替本次采樣。即：代替本次采樣。即：1kkxxx 111,;,.kkkkkkkxxxxyxxxx 這種方法適用于變化比較緩慢的參數(shù)，如溫度、物位等測量這種方法適用于變化比較緩慢的參數(shù)，如溫度、物位等測量系統(tǒng)。使用時關鍵問題是最大允許誤差系統(tǒng)。使用時關鍵問題是最大允許誤差x的選取。的選取。x是相鄰兩是相鄰兩個采樣值的最大允許增量，其數(shù)值可根據(jù)個采樣值的最大允許增量，其數(shù)值可根據(jù)x的最大變化速率的最大變化速率Vm

32、ax及采樣周期及采樣周期T確定，即確定，即 maxxVT B：限速濾波：限速濾波 ，若，若 ；則認為本次采樣有效；否；則認為本次采樣有效；否則再重新采樣一次，得則再重新采樣一次，得 ；如果；如果 ,則則 作濾波輸出；相反，就以作濾波輸出；相反，就以 和和 算術平均值作為濾波算術平均值作為濾波輸出。即：輸出。即： 1kkkxxxkxx 1kx1kkxxx 1kx1kxkx1111,;,;,.kkkkkkkkkkkxxxxxxxxyxxxxx （再次采樣） 2 這種方法抑制帶有隨機性的干擾，適用于變化比較緩慢這種方法抑制帶有隨機性的干擾，適用于變化比較緩慢的參數(shù)的參數(shù),如溫度、液位。關鍵問題仍是如

33、溫度、液位。關鍵問題仍是 的確定。的確定。 值太大，值太大，干擾會乘機而入，干擾會乘機而入， 值太小，會使某些有用信號被拒之門外，值太小，會使某些有用信號被拒之門外，使采樣效率變低。使采樣效率變低。 值往往需要經(jīng)過大量的觀測和實驗才能值往往需要經(jīng)過大量的觀測和實驗才能確定。確定。xxxx2）算術平均濾波）算術平均濾波 方法：算術平均濾波就是連續(xù)采樣方法：算術平均濾波就是連續(xù)采樣n次，把次，把n次采樣結果的算次采樣結果的算術平均值作為本次濾波器的輸出。即：術平均值作為本次濾波器的輸出。即：11nkkiiyxn濾波效果主要取決于采樣次數(shù)濾波效果主要取決于采樣次數(shù)n，n越大，結果越準確，濾波越大，結

34、果越準確，濾波效果越好，但計算時間也越長，系統(tǒng)的靈敏度要下降效果越好，但計算時間也越長，系統(tǒng)的靈敏度要下降,通常，通常，流量流量n=12；壓力壓力n=14。這種濾波方法適用于對壓力、流量等。這種濾波方法適用于對壓力、流量等周期脈動的采樣值進行平滑加工，但對脈沖性干擾的平滑作用周期脈動的采樣值進行平滑加工，但對脈沖性干擾的平滑作用不理想，不宜用于脈沖性干擾較嚴重的場合。因此這種方法只不理想，不宜用于脈沖性干擾較嚴重的場合。因此這種方法只適用于慢變信號。適用于慢變信號。 3）滑動平均濾波）滑動平均濾波 滑動平均濾波法把滑動平均濾波法把N個測量數(shù)據(jù)看成一個隊列，隊列的長度個測量數(shù)據(jù)看成一個隊列，隊列

35、的長度固定為固定為N，每進行一次新的采樣，把測量結果放入隊尾，而去，每進行一次新的采樣，把測量結果放入隊尾，而去掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，這樣在隊列中始終有掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，這樣在隊列中始終有N個個“最新最新”的的數(shù)據(jù)，對這數(shù)據(jù)，對這n個數(shù)據(jù)求算術平均值，得到的數(shù)據(jù)也可以較有效個數(shù)據(jù)求算術平均值，得到的數(shù)據(jù)也可以較有效地減小隨機誤差。地減小隨機誤差。101Nnn iiXXN 其中其中 為第為第n次采樣經(jīng)濾波后的輸出；次采樣經(jīng)濾波后的輸出； 為未經(jīng)濾波的為未經(jīng)濾波的第次采樣值；第次采樣值；N為滑動平均項數(shù)。為滑動平均項數(shù)。 nXn iX 這種方法的特點是平滑度高，靈敏度低；對于周期性干擾這種方法

36、的特點是平滑度高，靈敏度低；對于周期性干擾有良好的抑制作用，但對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用差。有良好的抑制作用，但對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用差。4）加權平均濾波）加權平均濾波 上述各種平均濾波法中，每次采樣在平均結果中的比重是均上述各種平均濾波法中，每次采樣在平均結果中的比重是均等的，即等的，即1/N。用這樣的濾波算法，對于時變信號會引入滯后，。用這樣的濾波算法，對于時變信號會引入滯后，N越大，滯后越嚴重。為了增強最后一次（或某一次）在平均越大，滯后越嚴重。為了增強最后一次（或某一次）在平均結果中的比重，以增強實時性，可采用加權平均濾波結果中的比重，以增強實時性，可采用加權平均濾波

37、。增加新的采樣數(shù)據(jù)在滑動平均中的比重，以提高系統(tǒng)對當前采增加新的采樣數(shù)據(jù)在滑動平均中的比重，以提高系統(tǒng)對當前采樣值的靈敏度，即對不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權。通常越接樣值的靈敏度，即對不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權。通常越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權取得越大，以提高系統(tǒng)對當前采樣值的靈近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權取得越大，以提高系統(tǒng)對當前采樣值的靈敏度。這種方法可以根據(jù)需要，突出信號的某一部分，抑制信敏度。這種方法可以根據(jù)需要，突出信號的某一部分，抑制信號的另一部分。號的另一部分。 具體方法是在算術平均濾波基礎上，對不同時刻的采樣值賦具體方法是在算術平均濾波基礎上，對不同時刻的采樣值賦以不同的加權因子。即：以不同的加

38、權因子。即：1nkiiiyx 其中其中 ，且，且 。 01i11nii該方法適用于系統(tǒng)純延遲時間常數(shù)較大而采樣周期較短的情況。該方法適用于系統(tǒng)純延遲時間常數(shù)較大而采樣周期較短的情況。該方法實現(xiàn)的關鍵在于加權因子的選取。一般是愈新的采樣值該方法實現(xiàn)的關鍵在于加權因子的選取。一般是愈新的采樣值賦以較大的比重，以迅速反應系統(tǒng)當前所受干擾的嚴重程度。賦以較大的比重，以迅速反應系統(tǒng)當前所受干擾的嚴重程度。5）中值濾波）中值濾波 方法：中值濾波是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣方法：中值濾波是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣n次次( ，n為奇數(shù)為奇數(shù))，取采樣值居中者作為濾波器的輸出。一般，取采樣值居中者作為濾波器的輸出。一

39、般，n取取3或或5。對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣。對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣n次（一般次（一般n應為奇數(shù)），然后將應為奇數(shù)），然后將這些采樣值進行排序，選取中間值為本次采樣值。這些采樣值進行排序，選取中間值為本次采樣值。 3n 適用：濾除由于偶然因素引起采樣值波動的脈沖干擾，對變化適用：濾除由于偶然因素引起采樣值波動的脈沖干擾，對變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果，但不適用于快速變化的過程緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果，但不適用于快速變化的過程參數(shù)。參數(shù)。6）慣性濾波）慣性濾波 硬件硬件RC濾波器的缺點：難以實現(xiàn)抑制低頻干擾濾波器的缺點：難以實現(xiàn)抑制低頻干擾大時間常數(shù)大時間常數(shù)的的RC網(wǎng)絡不易制作。因為

40、增大網(wǎng)絡的網(wǎng)絡不易制作。因為增大網(wǎng)絡的R值會引起信號較大幅值衰值會引起信號較大幅值衰減，而增大減，而增大C值，則使電容的漏電和等效串聯(lián)電感也隨之增大，值，則使電容的漏電和等效串聯(lián)電感也隨之增大，影響濾波效果。影響濾波效果。 方法：模擬方法：模擬RC濾波器電路如圖濾波器電路如圖8-9所示。設采樣周期為所示。設采樣周期為T,離離散化后有散化后有dyRCyxdx1kkkkyyRCyxT1kkkRCTyyxRCTRCT令濾波平滑系數(shù)：令濾波平滑系數(shù)： 顯然平滑系數(shù)小于顯然平滑系數(shù)小于1，則，則RCRCT1(1)kkkyyx此式即為慣性濾波算法，其中的此式即為慣性濾波算法，其中的根據(jù)實際情況確定。根據(jù)實

41、際情況確定。2. 冗余技術冗余技術 所謂冗余，也稱容錯技術或故障掩蓋技術，就是為了保證整所謂冗余，也稱容錯技術或故障掩蓋技術，就是為了保證整個系統(tǒng)在局部發(fā)生故障時能夠正常工作，而在系統(tǒng)中設置一些個系統(tǒng)在局部發(fā)生故障時能夠正常工作，而在系統(tǒng)中設置一些備份部件，一旦故障發(fā)生便啟動備份部件投入工作，使系統(tǒng)保備份部件，一旦故障發(fā)生便啟動備份部件投入工作，使系統(tǒng)保持正常工作。持正常工作。1）硬件冗余）硬件冗余 2）信息冗余技術）信息冗余技術3）指令冗余）指令冗余 在程序中人為地插入一些空操作指令在程序中人為地插入一些空操作指令NOP或將有效的單字或將有效的單字節(jié)指令重復書寫，此即指令冗余技術。由于空操作

42、指令為單字節(jié)指令重復書寫，此即指令冗余技術。由于空操作指令為單字節(jié)指令，且對計算機的工作狀態(tài)無任何影響，這樣就會使失控節(jié)指令，且對計算機的工作狀態(tài)無任何影響，這樣就會使失控的程序在遇到該指令后，能夠調整其的程序在遇到該指令后，能夠調整其 PC 值至正確的軌道，使值至正確的軌道，使后續(xù)的指令得以正確地執(zhí)行。后續(xù)的指令得以正確地執(zhí)行。3. 軟件陷阱技術軟件陷阱技術 指令冗余使跑飛的程序安定下來是有條件的，首先跑飛的程指令冗余使跑飛的程序安定下來是有條件的，首先跑飛的程序必須落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余指令。當跑飛的程序序必須落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余指令。當跑飛的程序落到非程序區(qū)落到非程序區(qū)

43、(如如EPROM中未使用的空間、程序中的數(shù)據(jù)表格中未使用的空間、程序中的數(shù)據(jù)表格區(qū)區(qū))時，對此情況采取的措施就是設立軟件陷阱。時，對此情況采取的措施就是設立軟件陷阱。軟件陷阱，就是在非程序區(qū)設置攔截措施，使程序進入陷阱，軟件陷阱，就是在非程序區(qū)設置攔截措施，使程序進入陷阱，即通過一條引導指令，強行將跑飛的程序引向一個指定的地址，即通過一條引導指令，強行將跑飛的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。如果我們把這在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。如果我們把這段程序的入口標號稱為段程序的入口標號稱為ERROR的話，軟件陷阱即為一條的話，軟件陷阱即為一條 JMP E

44、RROR指令。為加強其捕捉效果，一般還在它前面加上兩條指令。為加強其捕捉效果，一般還在它前面加上兩條NOP指令，因此真正的軟件陷阱是由指令，因此真正的軟件陷阱是由3條指令構成：條指令構成：NOPNOPJMP ERROR4. 程序運行監(jiān)視系統(tǒng)程序運行監(jiān)視系統(tǒng)1）Watchdog Timer工作原理工作原理2）Watchdog Timer實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法 在在CPU正常工作時，每隔一定時間正常工作時，每隔一定時間(小于小于X5045的定時時間的定時時間)運行一次這個訪問程序，運行一次這個訪問程序，X5045就不會產(chǎn)生溢出脈沖。一旦就不會產(chǎn)生溢出脈沖。一旦CPU陷入死循環(huán)，不再執(zhí)行該程序也即不對陷入

45、死循環(huán)，不再執(zhí)行該程序也即不對 X5045進行訪問，進行訪問，則則X5045就會在就會在RESET端輸出寬度端輸出寬度100ms400ms的正脈沖，足的正脈沖，足以使以使CPU復位。復位。5. 編寫軟件的其他注意事項編寫軟件的其他注意事項1）盡量采用單字節(jié)指令，以減少因干擾而程序亂飛的機率。）盡量采用單字節(jié)指令，以減少因干擾而程序亂飛的機率。2）慎用堆棧。）慎用堆棧。 3）屏蔽中斷是受）屏蔽中斷是受CPU內部中斷允許控制寄存器控制的中斷。內部中斷允許控制寄存器控制的中斷。不可屏蔽中斷不受不可屏蔽中斷不受CPU內部中斷允許控制寄存器控制。系統(tǒng)受內部中斷允許控制寄存器控制。系統(tǒng)受到干擾時，很有可能

46、使中斷允許控制寄存器失效，從而使中斷到干擾時，很有可能使中斷允許控制寄存器失效，從而使中斷關閉。因此，關閉。因此，“看門狗看門狗”發(fā)生的故障信號應接入發(fā)生的故障信號應接入CPU的不可屏的不可屏蔽中斷輸入端蔽中斷輸入端NMI。MCS-51單片機沒有不可屏蔽中斷控制方單片機沒有不可屏蔽中斷控制方式，式，“看門狗看門狗”電路輸出的故障信號應接復位信號電路輸出的故障信號應接復位信號RESET端。端。4）微機系統(tǒng)所采用的可編程）微機系統(tǒng)所采用的可編程I/O芯片，如芯片，如8255、8251等，原則等，原則上在上電啟動后初始化一次即可。但工作模式控制字可能因噪上在上電啟動后初始化一次即可。但工作模式控制字

47、可能因噪聲干擾等原因受到破壞，使系統(tǒng)輸入聲干擾等原因受到破壞，使系統(tǒng)輸入/輸出狀態(tài)發(fā)生混亂。因此，輸出狀態(tài)發(fā)生混亂。因此，在應用過程中，每次用到這種接口時，都要對有關功能重新設在應用過程中，每次用到這種接口時，都要對有關功能重新設定一次，確保接口的可靠工作。定一次，確保接口的可靠工作。8.3.2 系統(tǒng)誤差的校正系統(tǒng)誤差的校正1系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差1）恒定系統(tǒng)誤差：指在某些測量條件改變時，其絕對值和）恒定系統(tǒng)誤差：指在某些測量條件改變時，其絕對值和符號保持不變的誤差。校驗儀表時標準表存在的固有誤差、儀符號保持不變的誤差。校驗儀表時標準表存在的固有誤差、儀表的基準誤差等；表的基準誤差等；2）變化系統(tǒng)誤

48、差：指在測量條件改變時，其絕對值和符號）變化系統(tǒng)誤差：指在測量條件改變時，其絕對值和符號按照一定規(guī)律變化的誤差。儀表的零點和放大倍數(shù)的漂移、溫按照一定規(guī)律變化的誤差。儀表的零點和放大倍數(shù)的漂移、溫度變化而引入的誤差等；度變化而引入的誤差等；3）非線性系統(tǒng)誤差：使用測試儀器時，總希望得到線性的）非線性系統(tǒng)誤差：使用測試儀器時，總希望得到線性的輸入輸出關系，但實際上，很多變量與測量轉換所獲得的電信輸入輸出關系，但實際上，很多變量與測量轉換所獲得的電信號（往往因傳感器的特性是非線性的）都呈非線性關系。例如號（往往因傳感器的特性是非線性的）都呈非線性關系。例如熱電偶在測溫中產(chǎn)生的毫伏信號與溫度之間為非

49、線性關系，紙熱電偶在測溫中產(chǎn)生的毫伏信號與溫度之間為非線性關系，紙漿濃度變送器在測量中輸出的電流信號與紙漿濃度之間是非線漿濃度變送器在測量中輸出的電流信號與紙漿濃度之間是非線性關系，等等。性關系，等等。 由于傳感器、測量電路、放大器等不可避免地存在溫度漂由于傳感器、測量電路、放大器等不可避免地存在溫度漂移和時間漂移，所以會給儀器引入零位誤差和增益誤差。移和時間漂移，所以會給儀器引入零位誤差和增益誤差。 這些漂移和增益波動誤差屬于系統(tǒng)誤差，必須先建立系統(tǒng)這些漂移和增益波動誤差屬于系統(tǒng)誤差，必須先建立系統(tǒng)誤差模型，再根據(jù)模型通過自動校準技術削弱該系統(tǒng)誤差。誤差模型，再根據(jù)模型通過自動校準技術削弱該

50、系統(tǒng)誤差。 2零位誤差的校正方法零位誤差的校正方法 在每一個測量周期或中斷正常的測量過程中，把輸入接地在每一個測量周期或中斷正常的測量過程中，把輸入接地(即使輸入為零即使輸入為零)，此時整個測量輸入通道的輸出即為零位輸出，此時整個測量輸入通道的輸出即為零位輸出N0(一般其值不為零一般其值不為零) ；再把輸入接基準電壓；再把輸入接基準電壓VR測得數(shù)據(jù)測得數(shù)據(jù) NR，并將并將N0和和NR存于內存；然后輸入接存于內存；然后輸入接Vx ，測得，測得 Nx ，則測量結，則測量結果可用下式計算出來。果可用下式計算出來。 ()VRVN xNoxNNoR3增益誤差的自動校正方法增益誤差的自動校正方法 其基本思

51、想是測量基準參數(shù)，建立誤差校正模型，確定并存其基本思想是測量基準參數(shù)，建立誤差校正模型，確定并存儲校正模型參數(shù)。在正式測量時，根據(jù)測量結果和校正模型求儲校正模型參數(shù)。在正式測量時，根據(jù)測量結果和校正模型求取校正值，從而消除誤差。取校正值，從而消除誤差。 需要校正時，先將開關接地，所測數(shù)據(jù)為需要校正時，先將開關接地，所測數(shù)據(jù)為X0，然后把開關接到，然后把開關接到VR，所測數(shù)據(jù)為，所測數(shù)據(jù)為X1，存儲，存儲X0和和X1，得到校正方程：，得到校正方程： 10YA XA1100001/()/()RRAVX XAV XX X這種校正方法測得信號與放大器的漂移和增益變化無關，降這種校正方法測得信號與放大器

52、的漂移和增益變化無關，降低了對電路器件的要求，達到與低了對電路器件的要求，達到與VR等同的測量精度，但增等同的測量精度，但增加了測量時間。加了測量時間。 我們要設法找到一個函數(shù)我們要設法找到一個函數(shù) ，使，使 在在 處與處與 相等，此即為插值問題。滿足這個條件的函數(shù)相等，此即為插值問題。滿足這個條件的函數(shù) 稱為的插稱為的插值函數(shù)，值函數(shù)， 稱為插值節(jié)點。有了稱為插值節(jié)點。有了 ，在以后的計算中可以，在以后的計算中可以用用 在區(qū)間在區(qū)間 上近似代替上近似代替 8.3.3 非線性處理非線性處理0011 1(,),(,),(,), , nnnxyxyxyxa b 設設有有組組離離散散點點：和和未未知

53、知函函數(shù)數(shù)，0011(), (), ()nng xyg xyg xy并并有有：( )f x( )f x(0,1)ix inL()ig x( )f xix( )f x( )f x , a b( )g x在插值法中，在插值法中， 有多種選擇方法，由于多項式是最容易計算有多種選擇方法，由于多項式是最容易計算的一類函數(shù)，一般選取的一類函數(shù)，一般選取 為為n次多項式，這種插值方法叫做次多項式，這種插值方法叫做代數(shù)插值，或多項式插值。代數(shù)插值，或多項式插值。( )f x( )f x因此，所謂代數(shù)插值，就是用一個因此，所謂代數(shù)插值，就是用一個n次多項式次多項式1110( )nnnnf xa xaxa xaL

54、去逼近去逼近 ，使，使 在節(jié)點在節(jié)點 處滿足處滿足 ( )g x( )f xix()()0,1,iiif xg xyinL對于前述對于前述 組離散數(shù)據(jù)，系數(shù)組離散數(shù)據(jù)，系數(shù) 應滿足的方程組為應滿足的方程組為 1n 10,naa aL1111000001111 1011111110nnnnnnnnnnnnnnnna xaxa xaya xaxa xaya xaxa xayLLLL要用已知的要用已知的 去求解方程組，即可求得去求解方程組，即可求得 從而得到此即為求出插值多項式的最基本的方法。對于每一從而得到此即為求出插值多項式的最基本的方法。對于每一個信號的測量數(shù)值個信號的測量數(shù)值 就可近似地實時

55、計算出被測量就可近似地實時計算出被測量 ( ,) (0,1)iix yinL(0,1)ia inLix()()iiiyg xf x1.線性插值線性插值 從一組數(shù)據(jù)從一組數(shù)據(jù) 中選取兩個有代表性的點中選取兩個有代表性的點 和和 ，然后根據(jù)插值原理，求出插值方程然后根據(jù)插值原理，求出插值方程 ( ,)iix y00(,)xy11(,)x y1001100110( )xxxxf xyya xaxxxx上式中的待定系數(shù)：上式中的待定系數(shù)：101001010,yyaaya xxx并用插值函數(shù)并用插值函數(shù) 代替未知非線性函數(shù)代替未知非線性函數(shù) ( )f x( )g x當當 取在非線性特性曲線或數(shù)組的兩端點

56、取在非線性特性曲線或數(shù)組的兩端點A，B時，線性插值的幾何意義就如圖時，線性插值的幾何意義就如圖8-13所示。所示。 0011(,) ( ,)xyx y、在上圖所示的線性插值中，當在上圖所示的線性插值中，當 時，時， 與與 一般一般不相等，存在擬合誤差不相等，存在擬合誤差 : ,ixa b()if x()ig xiV( )( )iiiVf xg x，121inL， ，若在若在x的全部取值區(qū)間的全部取值區(qū)間 上始終有上始終有 ，則直線方程，則直線方程 就是滿足允許誤差的插值方程。用線性插值法校正系統(tǒng)誤差時，就是滿足允許誤差的插值方程。用線性插值法校正系統(tǒng)誤差時，只需將測量值只需將測量值 x代入插值

57、方程代入插值方程 進行計算，就得到進行計算，就得到被測量被測量y的校正值。的校正值。 , a biV10( )f xa xa10( )f xa xa2.拋物線插值（二階插值）拋物線插值（二階插值） 當傳感器校準曲線某部分當傳感器校準曲線某部分很彎時，如仍用線性插值法，很彎時，如仍用線性插值法，則產(chǎn)生很大誤差則產(chǎn)生很大誤差 。這時可適。這時可適當提高當提高f(x)的階次，嘗試用拋的階次，嘗試用拋物線插值來解決。物線插值來解決。 120201010010210122021xxxxxxxxxxxxf xyyyxxxxxxxxxxxx 提高插值多項式的次數(shù)可以提高校正精度?？紤]到實時計算提高插值多項式的次數(shù)可以提高校正精度。考慮到實時計算這一情況，多項式的次數(shù)一般不宜取得太高，當多項式的次數(shù)這一情況，多項式的次數(shù)一般不宜取得太高，當多項式的次數(shù)在允許范圍內仍不能滿足校正精度要求時，可以采用分段插值在允許范圍內仍不能滿足校正精度要求時，可以采用分段插值法。法。3.分段插值法分段插值