【正文】 m?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(wù)就是根據(jù)被測參數(shù)的值或者中間結(jié)果，查出最終所需要的結(jié)果。分段插值分段點的選取可按實際曲線的情況靈活設(shè)定，既可以采用等距分段法，也可采用非等距分段法?，F(xiàn)構(gòu)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(gòu)造一個可代替這種函數(shù)關(guān)系的插值多項式 Pn(x)。 標(biāo)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(biāo)度變換是最常用的標(biāo)度變換方法，其前提條件是被測參數(shù)值與 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為線性關(guān)系。 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(dāng)采樣周期 T足夠小時 TRCf ??? 221 ??濾波算法的截止頻率為 fTT /?? 當(dāng)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。 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。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(jié)合。 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。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。 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(shù) 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(shù) 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。 研華 PCI1730數(shù)字量輸入 /輸出卡 3．?dāng)?shù)字量輸入 /輸出卡（ I/O卡） 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(shù) 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 。 板卡內(nèi)部通常設(shè)置一定的采樣緩沖器 ， 對采樣數(shù)據(jù)進行緩沖處理 ， 緩沖器的大小也是板卡的性能指標(biāo)之一 。 (3) 根據(jù)參數(shù) 表 選擇板卡輸入 /輸出通道的信號范圍、信號類型、采樣速度；根據(jù)系統(tǒng)的精度要求，選擇 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換芯片的字長。 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(shù) 數(shù)字量輸入示例： 由光電隔離器和總線緩沖器構(gòu)成 的 數(shù)字量輸入通道 1 1 91 81 61 41 297531 11 31 51 724687 4 L S 2 4 41 61 41 21 01 51 31 1913572468135724681 61 41 21 01 51 31 19S 0S 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7+ 5 V + 5 VT L P 5 2 1 4T L P 5 2 1 4R I1 k 8 1 k 8 光電耦合器 三態(tài)門緩沖器 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(shù) 2．?dāng)?shù)字量輸 出 通道 數(shù)字量輸出通道的任務(wù)是把計算機輸出的數(shù)字信號 (或開關(guān)信號 )傳送給開關(guān)器件 (如繼電器或指示燈 )，控制其通、斷或亮、滅，簡稱 DO(Digital Output)通道。 開關(guān)量 (數(shù)字量 ) 機械有觸點開關(guān)量 電子無觸點開關(guān)量 非電量開關(guān)量 不同的開關(guān)量要采用不同的變換方法。 有些工業(yè)過程的輸入?yún)?shù)是通過接近開關(guān)輸入，而控制采用繼電器或可控硅來完成，稱其為開關(guān)量輸入輸出。 ?雙 D/A轉(zhuǎn)換器： AD7528 ?4通道 D/A轉(zhuǎn)換器： AD7226 ?串行 D/A轉(zhuǎn)換器： DAC80 ?直接接收 BCD碼的 D/A轉(zhuǎn)換器： AD7525 ?輸出 420mA電流的 D/A： AD1420/1422 D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入端 : 不含數(shù)據(jù)鎖存器： 與計算機接口時要外加數(shù)據(jù)鎖存器。 可根據(jù)系統(tǒng)精度指標(biāo) δ ，估算所需 A/D的位數(shù) n 例 ： 要求系統(tǒng)誤差不大于 ％滿度值 (即 δ ＝ ％ )，則 ) 101(l og)101(l og 22 ????? ?n需采用 n為 14位的 A/D轉(zhuǎn)換器。 A/D轉(zhuǎn)換器從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出穩(wěn)定的數(shù)字量，需要一定的時間。滿刻度值只是個名義值，實際的 A／ D轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓值總比滿刻度值小 1/2n（ n為轉(zhuǎn)換器的位數(shù)）。 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(shù) 3. 模擬量輸入通道 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 ⑴ A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 分辨率 是衡量 A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化量的技術(shù)指標(biāo)，是數(shù)字量變化一個字所對應(yīng)模擬信號的變化量。 ?單端輸入 : CD4051是單端 8通道 。建立模擬量輸入通道的目的，通常是為了進行參數(shù)測量或數(shù)據(jù)采集。 缺點： 危險集中 DDC系統(tǒng) 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 DDC系統(tǒng)主機單元的結(jié)構(gòu)： 模板式 —— 主機板與模擬量輸入 /輸出模板、數(shù)字量輸入 /輸出模板通過總線母板連接。 ?PC/XT（ 62線） ?PC/AT或 ISA（ 62線 +36線） ?PCI（ 124線） ?PC104（ 104線） ?CompactPCI,VXI 外部總線 計算機之間，計算機與設(shè)備之間進行通信的總線。 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(shù) 1. 模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu) 傳 感 器 信 號 調(diào) 理多路模擬開關(guān)S / H A / D控 制 邏 輯計算機放 大 器傳 感 器傳 感 器信 號 調(diào) 理信 號 調(diào) 理…… 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(shù) ⑶ 采樣保持器 在 A/D轉(zhuǎn)換器工作期間采樣保持器一直保持著轉(zhuǎn)換開始時的輸入值，因而能抑制由放大器干擾帶來的轉(zhuǎn)換噪聲，提高模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的精確度和消除轉(zhuǎn)換時間的不準(zhǔn)確性。量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的，即提高分辨率可以減小量化誤差。適于數(shù)字電壓表類儀器采用。 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(shù) ⑷ A/D轉(zhuǎn)換器字長的選擇 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。同時在模擬量輸出通道中，為使各輸出通道得到一個平滑的模擬量輸出也必須保持一個恒定的值。 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(shù) 2． D/A轉(zhuǎn)換器字長的選擇 D/A轉(zhuǎn)換器輸出一般都通過功率放大器推動執(zhí)行機構(gòu)。因此，現(xiàn)場的電磁干擾會通過數(shù)字量輸入、輸出通道竄入計算機系統(tǒng)，故需要采用通道隔離技術(shù)。在計算機控制系統(tǒng)中， CPU 一般只接受 TTL電平，當(dāng)開關(guān)量變換后的信號為非 CPU所需電平時，則需要進行電平變換。因此，在接口設(shè)計處理中，一要放大，二要隔離 。 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(shù) /模塊的選擇