【正文】 過程輸入輸出通道技術 4．脈沖量輸入 /輸出板卡 工業(yè)控制現(xiàn)場有許多高速的脈沖信號 ， 如旋轉(zhuǎn)編碼器 、 流量檢測信號等 ， 這些都要用脈沖量輸入板卡或一些專用測量模塊進行測量 。此外，該卡還提供 8個 16位計數(shù)器通道，并具有 8通道可編程時鐘資源， 8路TTL數(shù)字量輸出 /8路 TTL數(shù)字量輸入，最高輸入頻率達20MHz，有多種時鐘可以選擇，可編程計數(shù)器輸出，同時有計數(shù)器門選通功能。 1）非屏蔽雙絞線 2）屏蔽雙絞線 無線傳輸介質(zhì) 有線傳輸介質(zhì) ** 信息傳輸介質(zhì) ** 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 數(shù)字濾波 就是在計算機中通過軟件按照某種算法對輸入信號進行平滑加工等處理，以減少干擾在有用信號中的比重，提高信號的真實性。應視具體情況選取 N，以便得到滿意的濾波效果。這種濾波方法可以根據(jù)需要突出信號的某一部分來抑制信號的另一部分。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 滑動平均值濾波 法 滑動算術平均值濾波 滑動加權平均值濾波。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 4．中值濾波法 中值濾波對于去掉偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈動干擾比較有效。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 這種方法既可以去掉脈沖干擾，又可以對采樣進行平滑加工，在快、慢速系統(tǒng)中都能削弱干擾，提高控制質(zhì)量。但剔除后只能用上、下限值替代，有時效果不太好，更好的辦法是限幅與限速濾波相結合。因此，門限值 Δy 的選取是非常重要的。 改進限速濾波是一種折衷的方法，既照顧了采樣的實時性，又顧及了采樣值變化的連續(xù)性。在這種情況下，通常采用動態(tài)濾波法，如一階滯后濾波。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 當采樣周期 T足夠小時 TRCf ??? 221 ??濾波算法的截止頻率為 fTT /?? 當采樣周期一定時，濾波系數(shù) α 越小，數(shù)字濾波器的截止頻率就越低。在實際應用中，是否需要采用以及采用何種數(shù)字濾波，都應視具體情況而定。 標度變換 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 線性參數(shù)標度變換是最常用的標度變換方法，其前提條件是被測參數(shù)值與 A/D轉(zhuǎn)換結果為線性關系。因此，應找出一種既方便，又能滿足實際功能要求的數(shù)據(jù)處理方法?，F(xiàn)構造一個 n次多項式 去逼近函數(shù) y = f(x) ① 多項式插值法 0111)( axaxaxaxP nnnnn ????? ?? ?令 ????????????????????????????nnnnnnnnnnnnnnnnyaxaxaxayaxaxaxayaxaxaxa01111011111100011010????可求出 n+1個待定系數(shù) a0， a1， … ， an，從而構造一個可代替這種函數(shù)關系的插值多項式 Pn(x)。但同時會增加計算時間 。分段插值分段點的選取可按實際曲線的情況靈活設定，既可以采用等距分段法，也可采用非等距分段法。 0L1L2L3t2t 1t0t 0R1R2R3R電 阻 R溫 度 t 4t4R3L熱敏電阻溫度 電阻特性及分段線性化圖 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 假設信號調(diào)理電路和 A/D轉(zhuǎn)換均為線性變換。在本例中的線性化公式為 )( 1111 ???? ?????iiiiixix ttNNNNtt ixi NNN ??? 1第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 若采用 m段折線逼近傳感器非線性特性曲線，則其 線性化及標度變換程序流程圖 為 線 性 化 及 標 度 變 換 子 程 序讀 入 A / D 采 樣 值 N xN x = N1?N x = N2?N x = Nm?i = 1i = 2i = m)(1111 ?????????iiiiixixttNNNNtt輸 出 tx返 回過 載 處 理YNYYNN第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 查表法 就是把事先計算或測得的數(shù)據(jù)按照一定順序編制成表格，查表程序的任務就是根據(jù)被測參數(shù)的值或者中間結果，查出最終所需要的結果。 查表方法 順序查表法 計算查表法 對分查表法 表格排列 有序表 無序表 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字 PID控制技術 本章結束！ 。 ③ 查表法 使用查表法 一般 需要較大的存儲空間 ，要考慮硬件配置，此外還 要考慮查表速度。 將坐標 Niti事先存在 RAM中。為了計算簡單，提高實時性，可采用分段線性插值公式或稱分段線性化法，即用多段折線代替曲線進行計算。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 為了提高逼近精度，且不占用過多的機時，較好的方法是采用分段插值法。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)構造一個三階多項式 P3(x)來逼近這種函數(shù)關系。 ⑵ 其它標度變換方法 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 多項式插值法是用一個 N次多項式來代替某種非線性函數(shù)關系的方法。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 解： 根據(jù)題意，已知 Ymin=400Pa， Ymax=1200Pa， Nx=ABH=171D，選 Nmax=FFH=255D， Nmin=0，則 由 公式 )(936)4001200(255171400)( m i nm a xm a xm i n PaYYNNYY x ???????答： 此時的壓力值 為 936Pa. 一般而言，非線性參數(shù)的變化規(guī)律各不相同，故標度變換公式亦需根據(jù)各自的具體情況建立。為進一步進行顯示、記錄、打印以及報警等操作，必須把這些數(shù)字量轉(zhuǎn)換成工程單位，以便操作人員對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和管理，這就是所謂的 標度變換 。 該算法比較簡單，比起平均值濾波法要快，能很好地消除周期性干擾和較寬頻率的隨機干擾信號。為此，可以模仿硬件 RC濾波器的特性參數(shù)，用軟件實現(xiàn) 。常用的 RC低通濾波器的傳遞函數(shù)為 算術平均值濾波法屬于靜態(tài)濾波，主要適用于變化比較快的參數(shù)，如壓力、流量等。 若 |y(n)y(n1)|≤Δy ，則取 y(n)= y(n)； 若 |y(n)y(n1)| Δy ，則取 y(n)= y(n1)。使用時，關鍵問題是 Δy 的選取，其大小取決于采樣周期 T和信號 y的正常變化率。 )143(.. .21 ????? Nxxx N)2/(). ..( 132 ????? ? NxxxY N若 則 由于大的隨機干擾或采樣器的不穩(wěn)定，使得采樣數(shù)據(jù)偏離實際值太遠，為此，可采用上、下限限幅，即 當 y(n)≥y H時，則取 y(n)=yH (上限值 )； 當 y(n)≤y L時，則取 y(n)=yL(下限值 )； 當 yLy(n)yH時，則取 y(n)。 n值一般取 35即可。因而它不適用于脈沖性干擾比較嚴重的場合。 權系數(shù)為 先在 RAM中建立一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，依順序存放 N個采樣數(shù)據(jù)，每采進一個新數(shù)據(jù)，就將最早采集的數(shù)據(jù)丟掉，而后求包括新數(shù)據(jù)在內(nèi)的 N個數(shù)據(jù)的算術平均值或加權平均值。 )(1)(1ixNkyNi???為了提高濾波效果，將各個采樣值取不同的比重，然后再相加求平均值 ， 加權平均式為 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 )()(1ixkyNii??? ?11???Nii?10 ?? i?加權系數(shù)