第7章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).ppt

1、第七章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),7.1 程序設(shè)計(jì)技術(shù) 7.2 人機(jī)接口（HMI/SCADA）技術(shù) 7.3 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 7.4 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn) 7.5 系統(tǒng)的有限字長數(shù)值問題 7.6 軟件抗干擾技術(shù),軟件是工業(yè)控制機(jī)的程序系統(tǒng)，它可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 所謂應(yīng)用軟件就是面向控制系統(tǒng)本身的程序，它是根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，由用戶自己設(shè)計(jì)的。,7.1 程序設(shè)計(jì)技術(shù),7.1.1 模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 7.1.2 面向過程與面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì) 7.1.3 高級(jí)語言I/O控制臺(tái)編程,7.1.1 模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì),1.模塊化程序設(shè)計(jì) 2.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì),一個(gè)完整的程序設(shè)計(jì)過程可以用左圖

2、來說明。 首先要分析用戶的要求，這大約占整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作量的10%； 然后編寫程序的說明，這大約也占10%； 接著進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)與編碼，這大約占30%左右，其中設(shè)計(jì)與編碼幾乎各占15%； 最后進(jìn)行測試和調(diào)試，這要花費(fèi)整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作量的40%以上。,1.模塊化程序設(shè)計(jì),（1）自底向上模塊化設(shè)計(jì) 首先對最低層模塊進(jìn)行編碼、測試和調(diào)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。這種方法是匯編語言設(shè)計(jì)常用的方法。 （2）自頂向下模塊化設(shè)計(jì) 首先對最高層進(jìn)行編碼、測試和調(diào)試。為了測試這些最高層模塊，可以用“結(jié)點(diǎn)”來代替還未編碼的較低層模塊，這些“結(jié)點(diǎn)”的輸入和輸出滿足程序的說明部分要求，但功

3、能少得多。 該方法一般適合用高級(jí)語言來設(shè)計(jì)程序。,2.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì),只用三種基本的控制結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)任何單入口單出口的程序。這三種基本的控制結(jié)構(gòu)是“順序”、“選擇”、“循環(huán)”。如右圖所示。,7.1.2 面向過程與面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì),1.面向過程的程序設(shè)計(jì)及其局限性 2.面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì) 以上兩種方法在概念上存在以下主要區(qū)別： （1）模塊與對象 （2）過程調(diào)用和消息傳遞 （3）類型和類 （4）靜態(tài)鏈接和動(dòng)態(tài)鏈接,7.1.3 高級(jí)語言I/O控制臺(tái)編程,對于PC總線工業(yè)控制機(jī)，我們以Turbo C為例來說明其訪問I/O端口的編程。Turbo C通常有庫函數(shù)，允許直接訪問I/O端口，頭文件conio

4、.h中定義了I/O端口例程。 例如： a=inportw(0 x210) b=inportb(0 x220) 第一條指令表示將端口210H的16位二進(jìn)制數(shù)(一個(gè)字)輸入給變量a，第二條指令表示將端口220H的8位二進(jìn)制數(shù)(一個(gè)字節(jié))輸入給變量b。在C語言中，0 x起頭的是16進(jìn)制數(shù)。 又如： outportw(0 x230,0 x3435) outportb(0 x240,0 x26) 第一條指令表示將二字節(jié)數(shù)3435H輸出到端口230H中，第二條指令表示將單字節(jié)數(shù)26H輸出到端口240H中。,7.2 人機(jī)接口（HMI/SCADA）技術(shù),7.2.1 HMI/SCADA的含義 7.2.2 基于工

5、業(yè)控制組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面 7.2.3 基于VB/VC+語言設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面,7.2.1 HMI/SCADA的含義,HMI（Human Machine Interface）廣義的解釋就是“使用者與機(jī)器間溝通、傳達(dá)及接收信息的一個(gè)接口”。一般而言，HMI系統(tǒng)必須有幾項(xiàng)基本的能力： 實(shí)時(shí)資料趨勢顯示 歷史資料趨勢顯示 自動(dòng)記錄資料 警報(bào)的產(chǎn)生與記錄 報(bào)表的產(chǎn)生與打印 圖形接口控制,凡是具有系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能的軟件，都可稱為 SCADA (Supervisor Control And Data Acqusition) 軟件。SCADA軟件和硬件設(shè)備的連接方式主要可歸納為三種： (1) 標(biāo)準(zhǔn)通

6、訊協(xié)議。 (2) 標(biāo)準(zhǔn)的資料交換接口。 (3) 綁定驅(qū)動(dòng)(Native driver)。,7.2.2 基于工業(yè)控制組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面,1控制組態(tài) 2圖形生成系統(tǒng) 3顯示組態(tài),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)功能可分為兩個(gè)主要方面，即硬件組態(tài)和軟件組態(tài)。 硬件組態(tài)常以總線式(PC總線或STD總線)工業(yè)控制機(jī)為主進(jìn)行選擇和配置。 工業(yè)控制組態(tài)軟件是標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、商品化的通用過程控制軟件 。 組態(tài)工作是在組態(tài)軟件支持下進(jìn)行的，組態(tài)軟件主要包括：控制組態(tài)、圖形生成系統(tǒng)、顯示組態(tài)、IO通道登記、單位名稱登記、趨勢曲線登記、報(bào)警系統(tǒng)登記、報(bào)表生成系統(tǒng)共8個(gè)方面的內(nèi)容。,1.控制組態(tài),控制算法的組態(tài)生成在軟件上

7、可以分為兩種實(shí)現(xiàn)方式： 一種方式是采用模塊宏的方式，即一個(gè)控制規(guī)律模塊(如PID運(yùn)算)對應(yīng)一個(gè)宏命令(子程序)，在組態(tài)生成時(shí)，每用到一個(gè)控制模塊，則組態(tài)生成控制算法，產(chǎn)生的執(zhí)行文件中就將該宏所對應(yīng)的算法換入執(zhí)行文件。 另一種常用的方式是將各控制算法編成各個(gè)獨(dú)立的可以反復(fù)調(diào)用的功能模塊，對應(yīng)每一模塊有一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義了該控制算法所需要的各個(gè)參數(shù)。因此，只要這些參數(shù)定義了，控制規(guī)律就定了。有了這些算法模塊，就可以生成絕大多數(shù)的控制功能。,2.圖形生成系統(tǒng),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面越來越多地采用圖形顯示技術(shù)。圖形畫面主要是用來監(jiān)視生產(chǎn)過程的狀況，并可通過對畫面上對象的操作，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程

8、的控制。 圖形畫面一般有兩種即靜態(tài)畫面(或背景畫面)和動(dòng)態(tài)畫面。 靜態(tài)畫面一般用來反映監(jiān)視對象的環(huán)境和相互關(guān)系，它的顯示是不隨時(shí)間的變化的。 動(dòng)態(tài)畫面一般用以反映被監(jiān)視對象和被控對象的狀態(tài)和數(shù)值等，它在顯示過程中是隨現(xiàn)場被監(jiān)控對象的變化而變化的。在生成圖形畫面時(shí)，不但要有靜態(tài)畫面，而且還要有“活”的部分即動(dòng)態(tài)畫面。,3.顯示組態(tài),(1)選擇模擬顯示表 (2)定義模擬顯示表 (3)顯示登記法 (4)IO通道登記 (5)單位名稱登記 (6)趨勢曲線登記 (7)報(bào)警系統(tǒng)登記 (8)報(bào)表生成系統(tǒng),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的畫面顯示一般分為三級(jí)即總貌畫面、組貌畫面、回路畫面。若想構(gòu)成這些畫面，就要進(jìn)行顯示組態(tài)操作

9、。 顯示組態(tài)操作包括選擇模擬顯示表、定義顯示表及顯示登記方法等操作。,(1)選擇模擬顯示表 由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)顯示畫面常采用各種模擬顯示表來顯示測量值、設(shè)定值和輸出值，因此，顯示組態(tài)一般可用6種模擬顯示表，即調(diào)節(jié)控制表、報(bào)警顯示表、閥位操作表、監(jiān)視操作表、比率設(shè)定表、流量累計(jì)表。,返回,返回,（2）選擇了回路的模擬顯示表后，尚須對顯示表的每一個(gè)參數(shù)進(jìn)行確定，并在畫面上設(shè)定相應(yīng)的值。,(3)顯示登記法 顯示登記法是進(jìn)入系統(tǒng)顯示登記畫面。選擇過程控制站站號(hào)及工作方式；登記控制組號(hào)、組名，該組員的回路號(hào)，進(jìn)行分組登記操作；顯示表登記(登記每一個(gè)控制回路所用的模擬顯示表)；將顯示登記文件存入后備文件或

10、打印。,（4）IO通道登記 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能支持多種類型的信號(hào)輸入和輸出。從生產(chǎn)過程來看，每一輸入輸出都有不同的名稱和意義，因此需將輸入輸出定義成特定的含義，這就是IO通道登記。IO通道主要是模擬量IO和開關(guān)量IO等通道。,（5）單位名稱登記 對系統(tǒng)各種畫面中需要顯示的工程單位名稱采用登記的方法，可使用中英文一切符號(hào)，登記生成自己特有的單位名稱，主要登記編號(hào)和單位名。,系統(tǒng)的硬盤中保存有三種趨勢曲線數(shù)據(jù)，即當(dāng)天的、昨天的和歷史的數(shù)據(jù)。 當(dāng)天的趨勢曲線數(shù)據(jù)，系統(tǒng)以一定的周期將數(shù)據(jù)保存起來。到第二天就 將當(dāng)天的數(shù)據(jù)覆蓋昨天的數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)是當(dāng)你需要某天的數(shù)據(jù)時(shí)，從硬盤拷貝到軟盤保存起來。 趨勢曲線

11、的規(guī)格主要有：趨勢曲線幅數(shù)、趨勢曲線每幅條數(shù)、每條時(shí)間、顯示精度。趨勢曲線登記表的內(nèi)容主要有：幅號(hào)、幅名、編號(hào)、顏色、曲線名稱、來源、工程量上限和下限。,（6）趨勢曲線登記,返回,報(bào)警顯示畫面分成三級(jí)即報(bào)警概況畫面、報(bào)警信息畫面、報(bào)警畫面。 報(bào)警概況畫面是第一級(jí)，它顯示系統(tǒng)中所有報(bào)警點(diǎn)的名稱和報(bào)警次數(shù)； 報(bào)警信息畫面是第二級(jí)，它是第一級(jí)畫面的展開與細(xì)化，可調(diào)出相應(yīng)報(bào)警信息畫面，即可觀察到報(bào)警時(shí)間，消警時(shí)間，報(bào)警點(diǎn)名稱和報(bào)警原因等； 報(bào)警畫面是第三級(jí)，可調(diào)出與報(bào)警點(diǎn)相應(yīng)的各顯示畫面，包括總貌畫面、組畫面、回路畫面、趨勢曲線畫面等。 為了完成報(bào)警登記，還要填寫登記表。內(nèi)容包括：編號(hào)、名稱、原因類型

12、、原因參數(shù)、畫面類型、畫面參數(shù)。,(7)報(bào)警系統(tǒng)登記,返回,（8）報(bào)表生成系統(tǒng) 報(bào)表生成系統(tǒng)用于系統(tǒng)的報(bào)表及打印輸出。因而報(bào)表系統(tǒng)主要功能是定義各種報(bào)表的數(shù)據(jù)來源、運(yùn)算方式以及報(bào)表打印格式和時(shí)間特性。,返回,7.2.3 基于VB/VC+語言設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面,1.Visual Basic 2.VC+,如何為單片機(jī)選擇合適的人機(jī)界面,1、單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)

13、傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。,2、單片機(jī)開發(fā)出來的產(chǎn)品，能否得到用戶的青睞，除了基本的功能以外，還需要一個(gè)友好的人機(jī)交互過程（簡稱人機(jī)界面）。單片機(jī)與人交流的發(fā)展過程，從發(fā)光二極管的亮滅-筆段數(shù)碼管-點(diǎn)陣數(shù)碼管-黑白點(diǎn)陣液晶屏。高端的MCU擺脫了黑白屏，輕松駕馭絢麗的彩色人機(jī)界面。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)不了彩色屏，但是開發(fā)產(chǎn)品

14、技巧能彌補(bǔ)單片機(jī)的天生缺陷，使得單片機(jī)開發(fā)出的產(chǎn)品也可以是友好的彩色界面。 如何為自己的單片機(jī)選擇合適的人機(jī)界面呢？ 市面上縱多的產(chǎn)品中，可以歸結(jié)為三種比較成熟的產(chǎn)品：智能彩色顯示終端（有些帶VGA的）、組態(tài)人機(jī)界面和單板電腦。三種產(chǎn)品都可以使單片機(jī)開發(fā)出一個(gè)非常友好的界面產(chǎn)品，但各有優(yōu)勢和缺點(diǎn)。,一智能彩色顯示終端： 產(chǎn)品開發(fā)難度：3 單片機(jī)技術(shù)要求：5 開發(fā)周期：4 效果： 先把需要顯示的圖片存放到顯示終端，單片機(jī)通過串口發(fā)送簡單的指令，控制顯示終端顯示指定的圖片、裁剪圖片顯示、畫出各種圖形、文字以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些復(fù)雜的圖像處理只需要單片機(jī)靈活發(fā)出機(jī)靈即可。簡單說，單片機(jī)主動(dòng)發(fā)出指令，顯示

15、終端按指令執(zhí)行顯示。帶觸摸屏，可以替代了機(jī)械按鈕，按鈕可以通過用戶上傳小塊圖片標(biāo)示。有些智能顯示終端還帶VGA輸出，單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)VGA顯示器，真瀟灑。把工程做成多個(gè)頁面跳轉(zhuǎn)更換配合觸摸屏按鈕，效果可以媲美銀行的ATM終端。,二組態(tài)人機(jī)界面： 產(chǎn)品開發(fā)難度：2 單片機(jī)技術(shù)要求：3 開發(fā)周期：2 效果：4有相當(dāng)一部分搞單片機(jī)開發(fā)人員沒有聽說過組態(tài)人機(jī)界面，那是因?yàn)榻M態(tài)人機(jī)觸摸屏一般搭配PLC一起使用在工控自動(dòng)化行業(yè)，極大地簡化了工程流程和縮短了工程開發(fā)時(shí)間。既然組態(tài)人機(jī)有這個(gè)優(yōu)勢，我們搞單片機(jī)開發(fā)產(chǎn)品也可以利用起來。開發(fā)過程，現(xiàn)在電腦安裝組態(tài)軟件，拖動(dòng)需要顯示的控件組合起來，如需要顯示的數(shù)據(jù)變量

16、和漸變的曲線、模擬儀表、密碼登陸權(quán)限、報(bào)警模塊、模擬生產(chǎn)流程等等。工程可以做成多個(gè)頁面跳轉(zhuǎn)，編譯后下載到觸摸屏上就可以使用。,單片機(jī)如何使用觸摸屏實(shí)現(xiàn)呢？其實(shí)單片機(jī)能不能主動(dòng)發(fā)只能去控制觸摸屏的，這個(gè)是與顯示終端最大的差異。工作原理，組態(tài)觸摸屏不停的發(fā)指令，單片機(jī)僅作回復(fù)，并且按照雙方協(xié)定執(zhí)行動(dòng)作，而觸摸屏則會(huì)按照單片機(jī)狀態(tài)顯示。單片機(jī)需要加入通訊協(xié)議，這個(gè)協(xié)議是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的modbus-RTU,移植到單片機(jī)也很簡單，當(dāng)然自己按照通訊標(biāo)準(zhǔn)寫也可以。萬事具備了，東風(fēng)也有了，單片機(jī)的人機(jī)換面完美，但是能很好配合單片機(jī)使用的組態(tài)人機(jī)界面的產(chǎn)品不多，我印象中，廣州市微嵌計(jì)算機(jī)科技有限公司開發(fā)的組態(tài)觸摸屏

17、合適單片機(jī)，提供移植好的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的源代碼，稍微改動(dòng)就能滿足自己的工程，效果還不錯(cuò)。,三單板電腦： 產(chǎn)品開發(fā)難度：5 單片機(jī)技術(shù)要求：3 開發(fā)周期：5 效果：5 市場上單板電腦帶的系統(tǒng)一般有WINCE和LINUX。從單片機(jī)如何顯示完美人機(jī)界面的角度出發(fā)，WINCE單板電腦占很大優(yōu)勢，使用WINCE的習(xí)慣跟平時(shí)的WINDOWS一樣。 用戶可以選擇自己精通的開發(fā)語言進(jìn)行應(yīng)用程序界面的開發(fā)，就現(xiàn)在而言，wince單板電腦支持的開發(fā)語言還是比較豐富的，包括VC+,C#,VB,EVC和.NET等語言。使用單板電腦開發(fā)界面會(huì)比上面兩種產(chǎn)品難度高，但是可以有很好的效果，畫面任意變化，集成了網(wǎng)絡(luò)功能，可以做

18、數(shù)據(jù)后臺(tái)處理，復(fù)雜的處理系統(tǒng)。,7.3 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù),7.3.1 誤差自動(dòng)校準(zhǔn) 7.3.2 線性化處理和非線性補(bǔ)償 7.3.3 標(biāo)度變換方法 7.3.4 越限報(bào)警處理,傳感器把生產(chǎn)過程的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后用AD轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，讀入計(jì)算機(jī)中。 對于這樣得到的數(shù)據(jù)，一般要進(jìn)行一些預(yù)處理，其中最基本的處理有線性化處理、標(biāo)度變換和誤差自動(dòng)校準(zhǔn)。,7.3.1 誤差自動(dòng)校準(zhǔn),定義：系統(tǒng)誤差是指在相同條件下，經(jīng)過多次測量，誤差的數(shù)值(包括大小符號(hào))保持恒定，或按某種已知的規(guī)律變化的誤差。 特點(diǎn)：在一定的測量條件下，其變化規(guī)律是可以掌握的，產(chǎn)生誤差的原因一般也是知道的。 方法：偏移校準(zhǔn)

19、在實(shí)際中應(yīng)用最多，并且常采用程序來實(shí)現(xiàn)，稱為數(shù)字調(diào)零。 調(diào)零電路的實(shí)現(xiàn)：在測量時(shí)，先把多路輸入接到所需測量的一組輸入電壓上進(jìn)行測量，測出這時(shí)的輸入值為x1,然后把多路開關(guān)的輸入接地，測出零輸入時(shí)AD轉(zhuǎn)換器的輸出為x0，用x1減去x0即為實(shí)際輸入電壓x。 除了數(shù)字調(diào)零外，還可以采用偏移和增益誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)。,1.全自動(dòng)校準(zhǔn),采用這種方法測得的V與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，與V和R的精度也無關(guān)。這樣可大大提高測量精度，降低對電路器件的要求。,2.人工自動(dòng)校準(zhǔn),人工自動(dòng)校準(zhǔn)的原理是由人工在需要時(shí)接入標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測量，把測得的數(shù)據(jù)存貯起來，供后使用。一般人工自動(dòng)校準(zhǔn)只測一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)yR，零

20、信號(hào)的補(bǔ)償由數(shù)字調(diào)零來完成。設(shè)數(shù)字調(diào)零后測出的數(shù)據(jù)分別為xR(接校準(zhǔn)輸入yR時(shí))和x(接被測輸入y時(shí))，則可按下式來計(jì)算y。,如果在校準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算并存放yRxR的值，則測量校準(zhǔn)時(shí)，只需行一次乘法即可。 人工自動(dòng)校準(zhǔn)特別適于傳感器特性隨時(shí)間會(huì)發(fā)生變化的場合。如常用的濕敏電容等濕度傳感器。,7.3.2 線性化處理和非線性補(bǔ)償,1鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系 2熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系 3孔板差壓與流量的關(guān)系 4氣體體積流量的非線性補(bǔ)償,7.3.3 標(biāo)度變換方法,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在讀入被測模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，往往要轉(zhuǎn)換成操作人員所熟悉的工程值。這是因?yàn)楸粶y量對象的各種數(shù)據(jù)的量綱與AD轉(zhuǎn)換的輸入值是

21、不一樣的。例如，壓力的單位為Pa，流量的單位為m3h，溫度的單位為等。這些參數(shù)經(jīng)傳感器和AD轉(zhuǎn)換后得到一系列的數(shù)碼，這些數(shù)碼值并不一定等于原來帶有量綱的參數(shù)值，它僅僅對應(yīng)于參數(shù)值的大小，故必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能運(yùn)算、顯示或打印輸出，這種轉(zhuǎn)換就是標(biāo)度變換。 標(biāo)度變換有各種類型，它取決于被測參數(shù)的傳感器的類型，應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求來選用適當(dāng)?shù)臉?biāo)度變換方法。 1線性變換公式 2公式轉(zhuǎn)換法 3其它標(biāo)度變換法,1.線性變換公式 Y=(Ymax-Ymin)(X-Nmin)(Nmax-Nmin)+Ymin Y表示參數(shù)測量值，Ymax表示參數(shù)量程最大值，Ymin表示參數(shù)量程最小值，Nmax表示 Ymax

22、對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換后的輸入值，Nmin表示量程起點(diǎn)Ymin對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換后的輸入值，X表示測量值Y對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換值。 2.公式轉(zhuǎn)換法 有些傳感器測出的數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)不是線性關(guān)系，它們有著由傳感器和測量方法決定的函數(shù)關(guān)系，并且這些函數(shù)關(guān)系可用解析式來表示，這時(shí)我們可采用直接按解析式來計(jì)算。 3.其它標(biāo)度變換法 許多非線性傳感器并不象上面講的流量傳感器那樣，可以寫出一個(gè)簡單的公式，或者雖然能夠?qū)懗?，但?jì)算相當(dāng)困難。這時(shí)可采用多項(xiàng)式插值法，也可以用線性插值法或查表進(jìn)行標(biāo)度變換。,7.3.4 越限報(bào)警處理,越限報(bào)警是工業(yè)控制過程常見而又實(shí)用的一種報(bào)警形式，它分為上限報(bào)警、下限報(bào)警及上下限報(bào)警。如果需要判

23、斷的報(bào)警參數(shù)是xn，該參數(shù)的上下限約束值分別是xmax和xmin，則上下限報(bào)警的物理意義如下： (1)上限報(bào)警 若xnxmax，則上限報(bào)警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。 (2)下限報(bào)警 若xnxmin，則下限報(bào)警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。 (3)上下限報(bào)警 若xnxmax，則上限報(bào)警，否則對下式做判別； xnxmin否?若是則下限報(bào)警，否則繼續(xù)原定操作。 根據(jù)上述規(guī)定，程序可以實(shí)現(xiàn)對被控參數(shù)y、偏差e以及控制量u進(jìn)行上下限檢查。,7.4 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn),7.4.1 給定值和被控量處理 7.4.2 偏差處理 7.4.3 控制算法的實(shí)現(xiàn) 7.4.4 控制量處理 7.4.5 自動(dòng)/手動(dòng)切換技術(shù),數(shù)字控

24、制器算法的工程實(shí)現(xiàn)中，應(yīng)注意的問題，由以下五部分給出 :,7.4.1 給定值和被控量處理,1.給定值處理 給定值處理包括選擇給定值SV和給定值變化率限制SR兩部分。 通過選擇軟開關(guān)CLCR，可以構(gòu)成內(nèi)給定狀態(tài)或外給定狀態(tài)；通過選擇軟開關(guān)CASSCC，可以構(gòu)成串級(jí)控制或SCC控制。 (1)內(nèi)給定狀態(tài) 當(dāng)軟開關(guān)CLCR切向CL位置時(shí)，選擇操作員設(shè)置的給定值SVL。這時(shí)系統(tǒng)處于單回路控制的內(nèi)給定狀態(tài)，利用給定值鍵可以改變給定值。,(2)外給定狀態(tài) 當(dāng)軟開關(guān)CLCR切向CR位置時(shí)，給定值來自上位計(jì)算機(jī)、主回路或運(yùn)算模塊。這時(shí)系統(tǒng)處于外給定狀態(tài)。在此狀態(tài)下，可以實(shí)現(xiàn)以下兩種控制方式。 SCC控制:當(dāng)軟開

25、關(guān)CASSCC切向SCC位置時(shí)，接收來自上位計(jì)算機(jī)的給定值SVS，以便實(shí)現(xiàn)二級(jí)計(jì)算機(jī)控制。 串級(jí)控制:當(dāng)軟開關(guān)CASSCC切向CAS位置時(shí)，給定值SVS來自主調(diào)節(jié)模塊，實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制。 (3)給定值變化率限制 為了減少給定值突變對控制系統(tǒng)的擾動(dòng)，防止比例、積分飽和，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制，需要對給定值的變化率SR加以限制。變化率的選取要適中，過小會(huì)使響應(yīng)變慢，過大則達(dá)不到限制的目的。 綜上所述，在給定值處理中，共具有三個(gè)輸入量(SVL，SVC，SVS)，兩個(gè)輸出量(SV，CSV)，兩個(gè)開關(guān)量(CLCR，CASSCC)，一個(gè)變化率(SR)。為了便于PID控制程序調(diào)用這些量，需要給每個(gè)PID控制模塊提供一段

26、內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，來存儲(chǔ)以上變量。,2.被控量處理,為了安全運(yùn)行，需要對被控量PV進(jìn)行上下限報(bào)警處理,即: 當(dāng)PVPH(上限值)時(shí)，則上限報(bào)警狀態(tài)(PHA)為“1”； 當(dāng)PVPL(下限值)時(shí)，則下限報(bào)警狀態(tài)(PLA)為“1”。 當(dāng)出現(xiàn)上、下限報(bào)警狀態(tài)(PHA，PLA)時(shí)，它們通過驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出聲或光，以便提醒操作員注意。為了不使PHAPLA的狀態(tài)頻繁改變，可以設(shè)置一定的報(bào)警死區(qū)(HY)。 為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制，需要對參與控制的被控量的變化率PR加以限制。變化率的選取要適中，過小會(huì)使響應(yīng)變慢，過大則達(dá)不到限制的目的。 被控量處理數(shù)據(jù)區(qū)存放一個(gè)輸入量PV，三個(gè)輸出量PHA、PLA和CPV，四個(gè)參數(shù)PH、PL、

27、HY和PR。,7.4.2 偏差處理,偏差處理分為計(jì)算偏差、偏差報(bào)警、非線性特性和輸入補(bǔ)償四部分，如下圖所示。 1計(jì)算偏差：根據(jù)正反作用方式(DR)計(jì)算偏差DV， 當(dāng)DR=0，代表正作用，此時(shí)偏差DV=CPV-CSV； 當(dāng)DR=1，代表反作用，此時(shí)偏差DV=CSV-CPV； 2偏差報(bào)警 ： 對于控制要求較高的對象，不僅要設(shè)置被控制量PV的上、下限報(bào)警，而且要設(shè)置偏差報(bào)警。 當(dāng)偏差絕對值|DV|DL時(shí)，則偏差報(bào)警狀態(tài)DLA為“1”。,3輸入補(bǔ)償 根據(jù)輸入補(bǔ)償方式ICM狀態(tài)，決定偏差DVC與輸入補(bǔ)償量ICV之間的關(guān)系，即 當(dāng)ICM=0，代表無補(bǔ)償，此時(shí)CDV=DVC； 當(dāng)ICM=1，代表加補(bǔ)償，此時(shí)

28、CDV=DVC+ICV; 當(dāng)ICM=2，代表減補(bǔ)償，此時(shí)CDV=DVC-ICV; 當(dāng)ICM=3，代表置換補(bǔ)償，此時(shí)CDV=ICV。 利用加、減輸入補(bǔ)償，可以分別實(shí)現(xiàn)前饋控制和純滯后補(bǔ)償(Smith)控制。 4非線性特性 為了實(shí)現(xiàn)非線性PID控制或帶死區(qū)的PID控制，設(shè)置了非線性區(qū)-A至+A和非線性增益K，非線性特性如圖所示。即 當(dāng)K=0時(shí)，則為帶死區(qū)的PID控制； 當(dāng)0K1時(shí)，則為非線性PID控制； 當(dāng)K=1時(shí)，則為正常的PID控制。 偏差處理數(shù)據(jù)區(qū)共存放一個(gè)輸入補(bǔ)償量 ICV，兩個(gè)輸出量DLA和CDV，兩個(gè)狀態(tài)量DR 和ICM，以及四個(gè)參數(shù)DL、-A、+A和K。,7.4.3 控制算法的實(shí)現(xiàn),

29、在自動(dòng)狀態(tài)下，需要進(jìn)行控制計(jì)算，即按照各種控制算法的差分方程，計(jì)算控制量U，并進(jìn)行上、下限限幅處理。 以PID控制算法為例，當(dāng)軟開關(guān)DVPV切向DV位置時(shí)，則選用偏差微分方式；當(dāng)軟開關(guān)DVPV切向PV位置時(shí)，則選用測量(即被控量)微分方式。 在PID計(jì)算數(shù)據(jù)區(qū)，不僅要存放PID參數(shù)(KP或，TI，TD)和采控制周期T，還要存放微分方式DVPV、積分分離值，控制量上限限值MH和下限限值ML，以及控制量UK。為了進(jìn)行遞推運(yùn)算，還應(yīng)保存歷史數(shù)據(jù)，如e(k-1)、e(k-2)和u(k-1)。,7.4.4 控制量處理,在輸出控制量UK以前，還應(yīng)經(jīng)過各項(xiàng)處理和判斷，以便擴(kuò)展控制功能，實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)操作。 1

30、輸出補(bǔ)償：根據(jù)輸出補(bǔ)償方式OCM的狀態(tài)，決定控制量UK與輸出補(bǔ)償量OCV之間的關(guān)系，即： 當(dāng)OCM=0,代表無補(bǔ)償，此時(shí)Uc=Uk； 當(dāng)OCM=1,代表加補(bǔ)償，此時(shí)Uc=Uk+OCV； 當(dāng)OCM=2,代表減補(bǔ)償，此時(shí)Uc=Uk-OCV; 當(dāng)OVM=3，代表置換補(bǔ)償，此時(shí)Uc=OCV. 利用輸出和輸入補(bǔ)償，可以擴(kuò)大實(shí)際應(yīng)用范圍，靈活組成復(fù)雜的數(shù)字控制器，以便組成復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)。,2變化率限制：為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作，需要對控制量的變化率MR加以限制。變化率的選取要適中，過小會(huì)使操作緩慢，過大則達(dá)不到限制的目的。 3輸出保持：當(dāng)軟開關(guān)FHNH切向NH位置時(shí)，現(xiàn)時(shí)刻的控制量u(k)等于前一時(shí)刻的控制量

31、u(k-1)，也就是說，輸出控制量保持不變。當(dāng)軟開關(guān)FHNH切向FH位置時(shí)，又恢復(fù)正常輸出方式。軟開關(guān)FHNH狀態(tài)一般來自系統(tǒng)安全報(bào)警開關(guān)。 4安全輸出：當(dāng)軟開關(guān)FSNS切向NS位置時(shí)，現(xiàn)時(shí)刻的控制量等于預(yù)置的安全輸出量MS。當(dāng)軟開關(guān)FSNS切向FS位置時(shí)，又恢復(fù)正常輸出方式。軟開關(guān)FSNS狀態(tài)一般來自系統(tǒng)安全報(bào)警開關(guān)。 控制量處理數(shù)據(jù)區(qū)需要存放輸出補(bǔ)償量OCV和補(bǔ)償方式OCM，變化率限制值MR，軟開關(guān)FHNH和FSNS，安全輸出量MS，以及控制量CMV。,7.4.5 自動(dòng)手動(dòng)切換技術(shù),在正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)；而在調(diào)試階段或出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)。下圖為自動(dòng)/手動(dòng)切換處理框圖。

32、1.軟自動(dòng)軟手動(dòng) 當(dāng)軟開關(guān)SASM切向SA位置時(shí)，系統(tǒng)處于正常的自動(dòng)狀態(tài)，稱為軟自動(dòng)(SA)；反之，切向SM位置時(shí)，控制量來自操作鍵盤或上位計(jì)算機(jī)，此時(shí)系統(tǒng)處于計(jì)算機(jī)手動(dòng)狀態(tài)，稱為軟手動(dòng)(SM)。一般在調(diào)試階段，采用軟手動(dòng)(SM)方式。,圖 自動(dòng)/手動(dòng)切換處理框圖,2.控制量限幅 為了保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作在有效范圍內(nèi)，需要對控制量Us進(jìn)行上、下限限幅處理，使得MLMVMH，再經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器輸出010mADC或420mADC。 3.自動(dòng)手動(dòng) 對于一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可采用手動(dòng)操作器作為計(jì)算機(jī)的后備操作。當(dāng)切換開關(guān)處于HA位置時(shí)，控制量MV通過DA輸出，此時(shí)系統(tǒng)處于正常的計(jì)算機(jī)控制方式，稱為自動(dòng)狀態(tài)(

33、HA狀態(tài))；反之，若切向HM位置，則計(jì)算機(jī)不再承擔(dān)控制任務(wù)，由運(yùn)行人員通過手動(dòng)操作器輸出010mADC或420mADC信號(hào)，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作，這稱為手動(dòng)狀態(tài)(HM狀態(tài))。,4.無平衡無擾動(dòng)切換 所謂無平衡無擾動(dòng)切換，是指在進(jìn)行手動(dòng)到自動(dòng)或自動(dòng)到手動(dòng)的切換之前，無須由人工進(jìn)行手動(dòng)輸出控制信號(hào)與自動(dòng)輸出控制信號(hào)之間的對位平衡操作，就可以保證切換時(shí)不會(huì)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動(dòng)。 為了實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無平衡操作無擾動(dòng)切換，在手動(dòng)(SM或HM)狀態(tài)下，盡管并不進(jìn)行PID計(jì)算，但應(yīng)使給定值(CSV)跟蹤被控量(CPV)，同時(shí)也要把歷史數(shù)據(jù)，如e(k-1)和e(k-2)清零，還要使u(k-1)跟

34、蹤手動(dòng)控制量(MV或VM)。這樣，一旦切向自動(dòng)而u(k-1)又等于切換瞬間的手動(dòng)控制量，這就保證了PID控制量的連續(xù)性。當(dāng)然，這一切需要有相應(yīng)的硬件電路配合。 當(dāng)從自動(dòng)(SA與HA)切向軟手動(dòng)(SM)時(shí)，只要計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序工作正常，就能自動(dòng)保證無擾動(dòng)切換。當(dāng)從自動(dòng)(SA與HA)切向硬手動(dòng)(HM)時(shí)，通過手動(dòng)操作器電路，也能保證無擾動(dòng)切換。 從輸出保持狀態(tài)或安全輸出狀態(tài)切向正常的自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，同樣需要進(jìn)行無擾動(dòng)切換，為此可采取類似的措施，不再贅述。 自動(dòng)手動(dòng)切換數(shù)據(jù)區(qū)需要存放軟手動(dòng)控制量SMV，軟開關(guān)SASM狀態(tài)，控制量上限限值(MH)和下限限值(ML)，控制量MV，切換開關(guān)HAHM狀態(tài)，以及

35、手動(dòng)操作器輸出VM。,以上討論了PID控制程序的各部分功能及相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)。完整的PID控制模塊數(shù)據(jù)區(qū)除了上述各部分外，還有被控量量程上限RH和量程下限RL，工程單位代碼、采樣(控制)周期等。該數(shù)據(jù)區(qū)是PID控制模塊存在的標(biāo)志，可把它看作是數(shù)字PID控制器的實(shí)體。只有正確地填寫PID數(shù)據(jù)區(qū)后，才能實(shí)現(xiàn)PID控制系統(tǒng)。 采用上述數(shù)字控制器，不僅可以組成單回路控制系統(tǒng)，而且可以組成串級(jí)、前饋、純滯后補(bǔ)償(Smith)等復(fù)雜控制系統(tǒng)，對于后面兩種系統(tǒng)還應(yīng)增加補(bǔ)償器運(yùn)算模塊。利用該控制模塊和各種功能運(yùn)算模塊的組合，可以組成各種控制系統(tǒng)來滿足生產(chǎn)過程控制的要求。,7.5 系統(tǒng)的有限字長數(shù)值問題,7.5.1

36、 量化誤差來源 7.5.2 A/D、D/A及運(yùn)算字長的選擇,7.5.1 量化誤差來源,1.量化誤差 量化單位q,也就是機(jī)內(nèi)數(shù)的最小單位。 舉例，8位和12位的A/D轉(zhuǎn)換器，在05V時(shí)的q通過AD轉(zhuǎn)換可計(jì)算出模擬電壓x相當(dāng)于多少個(gè)整量化單位，即:x=Lq+,式中L為整數(shù)，對于余數(shù)(q)可以用截尾或舍入來處理 。 所謂截尾就是舍掉數(shù)值中小于q的余數(shù)(q)，其截尾誤差t為：t=xt-x，式中x為實(shí)際數(shù)值，xt為截尾后的數(shù)值。顯然-qt0。 所謂舍入是指，當(dāng)被舍掉的余數(shù)大于或等于量化單位的一半時(shí)，則最小有效位加1；而當(dāng)余數(shù)小于量化單位的一半時(shí)，則舍掉。這時(shí)舍入誤差為r=xr-x，式中x為實(shí)際數(shù)值，xr

37、舍入后的數(shù)值。顯然，-q/2rq/2。,2.量化誤差來源,從下圖可以看出，產(chǎn)生量化誤差的原因主要有以下幾個(gè)方面： (1)A/D轉(zhuǎn)換的量化效應(yīng) (2)控制規(guī)律計(jì)算中的量化效應(yīng)。 (3)控制參數(shù)的量化效應(yīng) (4)D/A轉(zhuǎn)換的量化效應(yīng),7.5.2 A/D、D/A及運(yùn)算字長的選擇,1.A/D轉(zhuǎn)換器的字長選擇 2.D/A轉(zhuǎn)換器的字長選擇 3.運(yùn)算的字長選擇,1.A/D轉(zhuǎn)換器的字長選擇,為把量化誤差限制在所允許的范圍內(nèi)，應(yīng)使A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的字長。確定字長要考慮的因素是：輸入信號(hào)x的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率。 (1)輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍 為轉(zhuǎn)換當(dāng)量 (2)分辨率,2.D/A轉(zhuǎn)換器的字長選擇,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸入值為

38、umax 最小輸入值為umin 靈敏度為,3.運(yùn)算的字長選擇,由8位或12位A/D變換器采集數(shù)據(jù)之后，為了保證運(yùn)算精度，在CPU內(nèi)幾乎毫無例外的至少采用16位字長運(yùn)算。運(yùn)算精度不僅取決于字長，而且還取決于采用定點(diǎn)數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)。如果采用浮點(diǎn)數(shù)，運(yùn)算精度可以大大提高。 不管采用定點(diǎn)還是浮點(diǎn)數(shù)，輸入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)0至1對應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的全0至全1；輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)0至1對應(yīng)D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字位狀態(tài)的全0至全1。,7.6 軟件抗干擾技術(shù),1.測控系統(tǒng)軟件的基本要求,（1）易理解、易維護(hù),指軟件系統(tǒng)容易閱讀和理解，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤，容易修改和補(bǔ)充。,（2）實(shí)時(shí)性,要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。,

39、（3）可測試性,兩方面含義：其一是比較容易制定出測試準(zhǔn)則，并根據(jù)這些準(zhǔn)則對軟件進(jìn)行測試；其二軟件設(shè)計(jì)完成后，首先在模擬環(huán)境下運(yùn)行，經(jīng)過靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)仿真運(yùn)行，證明正確無誤后才可投入實(shí)際運(yùn)行。,（4）準(zhǔn)確性,算法選擇、位數(shù)選擇等要符合要求。,（5）可靠性,最重要的指標(biāo)之一，兩方面含義：第一是運(yùn)行參數(shù)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，軟件能可靠運(yùn)行并給出準(zhǔn)確結(jié)果，即軟件應(yīng)具有自適應(yīng)性；第二是工業(yè)環(huán)境極其惡劣，干擾嚴(yán)重，軟件必須保證在嚴(yán)重干擾條件下也能可靠運(yùn)行。,2.軟件抗干擾研究的主要內(nèi)容,(1)采用軟件的方法抑制疊加在輸入輸出信號(hào)上噪聲影響，如模擬輸入信號(hào)的數(shù)字濾波技術(shù)；,(2)由于干擾而使程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序

40、亂飛或陷入死循環(huán)，采取使程序納入正規(guī)的措施，如指令冗余、軟件陷阱、“看門狗”技術(shù)等；,(3)發(fā)現(xiàn)程序失控后，解決系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的方法，如重要信息的恢復(fù)，系統(tǒng)重入的條件等；,(3)數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。,7.6.1 數(shù)字濾波技術(shù),所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號(hào)中的比重。故實(shí)質(zhì)上它是一種程序?yàn)V波。,與模擬濾波器相比，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):,(1)數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。,(2)數(shù)字濾波可以對頻率很低(如0.01HZ)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。,主要數(shù)

41、字濾波算法：算術(shù)平均值法、中位值濾波法、限幅濾波法、慣性濾波法,1.算術(shù)平均值法,第術(shù)平均值法是對輸入的N個(gè)采樣數(shù)據(jù)xi(i=1N)，尋找這樣一個(gè)y，使y與各采樣值間的偏差的平方和為最小，使,由一元函數(shù)求極值原理可得：,例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：,序 號(hào) 采樣值,采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。,采用算術(shù)平均值濾波后，其采樣值為：,Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+ 26+23)/10=28,干擾被平均到采樣值中去了,3）、平均值濾波法一般適用于具有周期性干擾噪聲的信號(hào)，但對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號(hào)，濾波效果尚不理想。,特點(diǎn)：,1）、N值決定了信號(hào)平滑度和靈敏度。隨

42、著N的增大，平滑度提高，靈敏度降低。應(yīng)該視具體情況選擇N，以便得到滿意的濾波效果。,2）、對每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即1/N。在不同采樣時(shí)刻采集數(shù)據(jù)受到同樣重視。實(shí)際上某些場合需要增加新采樣值在平均值中的比重，可采用加權(quán)平均值濾波法。濾波公式為：Y=R0Y0+ R1Y1+ R2Y2+ RmYm。,算術(shù)平均濾波法的程序流程圖如圖7-3所示。 如圖7-4所示，輸入的真實(shí)信號(hào)是階躍信號(hào)，當(dāng)受到如圖（b）所示的有規(guī)律的干擾時(shí)，算術(shù)平均濾波法能很好的濾除這種干擾，但是當(dāng)受到如圖（c）所示的脈沖性干擾時(shí)，這種方法就不能取得良好的濾波效果了。從分析結(jié)果可以看出，算術(shù)平均濾波法對周期性干擾有良好的抑制效

43、果，對脈沖性干擾的濾波效果并不理想，存在測量誤差。,圖7-3 算術(shù)平均濾波法程序流程圖 圖7-4 算術(shù)平均濾波法效果示意圖,為了新近的采樣值具有重要的影響，而較早的采樣值的影響較小，這樣每次采樣值會(huì)根據(jù)其作用不同分配不同的權(quán)，它們在濾波輸出結(jié)果中會(huì)占不同的比例。把各次采樣值乘以權(quán)，再求和，此方法就是加權(quán)算術(shù)平均濾波，即 （7-5） 式中，x（i）是第i個(gè)采樣值，N是采樣次數(shù)，是N個(gè)采樣值的加權(quán)算術(shù)平均值;r0，r1，r2，rN -1為加權(quán)系數(shù)，一般 式（7-5）稱為加權(quán)算術(shù)平均值濾波算法。 加權(quán)平均濾波法程序流程如圖6-5所示。,圖7-5 加權(quán)平均濾波法程序流程圖,2.中位值濾波法,中位值濾波

44、法的原理是對被測參數(shù)連續(xù)采樣m次(m3)且是奇數(shù)，并按大小順序排列；再取中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。,特點(diǎn):中位值濾波法對脈沖干擾信號(hào)等偶然因素引發(fā)的干擾有良好的濾波效果。如對溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)采用此法會(huì)收到良好的濾波效果；對流量、速度等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位值濾波法,中位值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來使用，濾波效果會(huì)更好。即在每個(gè)采樣周期，先用中位值濾波法得到m個(gè)濾波值，再對這m個(gè)濾波值進(jìn)行算術(shù)平均，得到可用的被測參數(shù)。也稱為去脈沖干擾平均值濾波法.,例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：,序 號(hào) 采樣值,采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。,采用去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為：25,對1、2、3次采樣中位值濾波后值：24 對4、5、6次采樣中位值濾波后值：27 對7、8、9次采樣中位值濾波后值：25,3.限幅濾波法,由于大的隨機(jī)干擾或采樣器的不穩(wěn)定，使得采樣數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值太遠(yuǎn)，為此采用上、下限限幅，即 當(dāng)y(n)yH時(shí)，則取y(n)=yH(上限值)； 當(dāng)y(n)yL時(shí)，則取y(n)=yL(下限值)； 當(dāng)yLy(n)yH時(shí)，則取y(n)。 而且采用限速(亦稱限制變化率)，即 當(dāng)|y(n)-y(n-1)|y0時(shí)，則取y(n); 當(dāng)|y(n)-y(n-1)|y0時(shí)，