【正文】 輸入輸出板卡 按總線形式分有 PCI、 ISA、 PC/10 VXI、USB等，采樣速率從 100KS/s、 250 KS/s 、 1MS/s到 10MS/s等，采樣位數(shù)有 8位、 12位、 16位等；有模擬量輸入卡、模擬量輸出卡、數(shù)字量輸入 /輸出卡和多功能卡等。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 32 路單端或 16 路差分模擬量輸入，或組合輸入方式，12位 A/D轉(zhuǎn)換分辨率， A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率可達(dá) 100 kHz，每個(gè)輸入通道的增益可編程，卡上有 4K采樣 FIFO緩沖器， 2500VDC 隔離保護(hù)，支持軟件、內(nèi)部定時(shí)器觸發(fā)或外部觸發(fā)。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 該卡使用了 AM9513芯片，能夠通過(guò) CPLD實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器功能。 N值決定了信號(hào)的平滑度和靈敏度。這樣，每進(jìn)行一次采樣，就可計(jì)算出一個(gè)新的平均值，從而加快了數(shù)據(jù)處理的速度。 若 把中值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來(lái)使用，濾波效果會(huì)更好，稱其為去極值平均值濾波法，也稱復(fù)合濾波法。 Δy 太大，各種干擾信號(hào)將“ 乘機(jī)而入 ” ，使系統(tǒng)誤差增大； Δy 太小，又會(huì)使某些有用信號(hào)被 “ 拒之門外 ” ，使計(jì)算機(jī)采樣效率變低。對(duì)于慢速隨機(jī)變化的參數(shù)，采用在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣求平均值的方法，濾波效果不太好。 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 一般情況下，算術(shù)平均濾波適用于周期性干擾；加權(quán)平均濾波和滑動(dòng)平均濾波的實(shí)時(shí)性更好；限幅 /限速濾波適用于大的偶然的脈沖干擾；去極值平均濾波既可濾去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī)干擾；慣性濾波能很好地消除周期性干擾和較寬頻率的隨機(jī)干擾信號(hào)。 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 例如，在用節(jié)流裝置和差壓變送器測(cè)量流量時(shí)，流量與差壓之間的關(guān)系為 被測(cè)流量的采樣過(guò)程 為 ⑴ 公式變換法 PKQ ??節(jié) 流 裝 置差 壓 變 送 器 A / D 轉(zhuǎn) 換 器 計(jì) 算 機(jī)ma xmi n ~ m a xm in ~ PP ?? m a xm in ~ NN被 測(cè) 流 量第 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 由于差壓變送器的輸出與輸入之間為線性關(guān)系， A/D轉(zhuǎn)換器亦為線性關(guān)系，因此壓差與 A/D采樣值之間為線性變換，即 節(jié) 流 裝 置差 壓 變 送 器 A / D 轉(zhuǎn) 換 器 計(jì) 算 機(jī)ma xmi n ~ m a xm in ~ PP ?? m a xm in ~ NN被 測(cè) 流 量)( m i nm a xm i nm a xm i nm i n PPNNNNPP xx ?????????而壓差與流量之間是非線性關(guān)系， 即 22 / KQP ??2m i n2m i n2m a xm i nm a xm i n )( QNNNNQ xx ?????當(dāng) 均為 0時(shí)， m inm in NQ 、m a xm a x NN xx ?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 在許多控制系統(tǒng)及智能化儀器中，一些參量往往是非線性參量，常常不便于計(jì)算和處理，而在實(shí)際測(cè)量和控制系統(tǒng)中，都允許有一定范圍的誤差。取三階多項(xiàng)式為 0122333 )( aRaRaRaRPt ?????并取 t=10,17,27,39這 4點(diǎn)為插值點(diǎn)，便可以得到 ???????????????????????012233012233012233012233aaaaaaaaaaaaaaaa2 3 4 6 9 8 ??a1 2 0 2 7 ?a2 8 0 4 ??a7 1 1 1 20 ?a 2 0 2 7 3 4 6 9 8 23 ????? RRRt一般來(lái)說(shuō)，增加插值點(diǎn)和多項(xiàng)式的次數(shù)能提高逼近精度。 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 舉例： 熱敏電阻溫度與電阻值 非線性關(guān)系 的分段線性化 方 法 根據(jù)表中數(shù)據(jù)，選取 t =10,15,25,30,40五個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)制成熱敏電阻特性及分段線性化圖，圖中曲線為熱敏電阻的負(fù)溫度 電阻特性，折線 L0、 L L L3代替或逼近曲線。查表程序的繁簡(jiǎn)程度及查詢時(shí)間的長(zhǎng)短，除與表格的長(zhǎng)短有關(guān)外，很重要的因素在于表格的排列方法。當(dāng)獲取某個(gè)采樣值后，先判斷采樣值的大小處于哪一折線段內(nèi)，然后就可按相應(yīng)段的線性化公式計(jì)算出標(biāo)度變換值。分段插值法是將被逼近的函數(shù)根據(jù)其變化情況分成幾段，然后將每一段區(qū)間分別用直線或拋物線去逼近。 插值原理 :假設(shè)被測(cè)參數(shù) y與傳感器的輸出值 x具有的函數(shù)關(guān)系為 y = f(x)，只知道在 n+1個(gè)相異點(diǎn)處的函數(shù)值為 : f(x0)=y0，f(x1)=y1， … ， f(xn)=yn。 標(biāo)度變換有許多不同的方法，取決于被測(cè)參數(shù)測(cè)量傳感器的類型，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的標(biāo)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 RC低通濾波器的差分形式 為 )()()1()( kxkyT kykyT f ???? T—— 采樣周期； Tf—— 濾波器時(shí)間常數(shù) )/( TTT f ???—— 濾波平滑系數(shù)， 10 ?? ?)1()1()()1()()( ????????? kykxkyTT TkxTT Tkyfff?? 一 般采樣周期 T遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于慣性時(shí)間 Tf，因此 α1 ，表明本次有效采樣值主要取決于以前的有效采樣值，而本次采樣值僅起到一些修正作用。 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 限速濾波法 的改進(jìn)： 設(shè)在順序采樣時(shí)刻 T T T3所采集的數(shù)據(jù)分別為 y y y3，則 當(dāng) |y2－ y1|≤Δy 時(shí)，取 y2作為采樣值； 當(dāng) |y2－ y1|＞ Δy 時(shí)，保留 y2，繼續(xù)采樣得 y3； 當(dāng) |y3－ y2|≤Δy 時(shí)，取 y3作為采樣值； 當(dāng) |y3－ y2|＞ Δy 時(shí)，則取 (y3+y2)/2作為采樣值。 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 6．限幅及限速濾波法 限幅可以剔除明顯不合理的數(shù)據(jù)。 對(duì)某一被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣 n次（ n一般取奇數(shù)），然后把 n次采樣值按順序排列，取其中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。一般采樣次數(shù)越靠后，加權(quán)系數(shù)越大，這樣可增加新的采樣值在平均值中所占的比重。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 有線傳輸介質(zhì) 1． 雙絞線電纜 雙絞線電纜（簡(jiǎn)稱雙絞線）是將一對(duì)或一對(duì)以上的雙絞線封裝在一個(gè)絕緣外套中而形成的一種傳輸介質(zhì)。 研華 PCI1720U模擬量輸出卡 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 16路數(shù)字量輸入和 16路數(shù)字量輸出 ， 高輸出驅(qū)動(dòng)能力和中斷能力 ， 具有 2500VDC高電壓隔離 I/O通道 。 板卡通常有單端輸入 、 差分輸入以及兩種方式組合輸入三種 。 (2) 根據(jù)需要，選擇輸入、輸出通道數(shù)，并應(yīng)留有一定的裕量，以備將來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)使用。 ⑸ 接口電路 協(xié)調(diào)通道的同步工作，向 CPU傳遞狀態(tài)信息并控制開(kāi)關(guān)量到 CPU的輸入。 CPU總線緩沖器電平變換電平變換整形變換整形變換信號(hào)變換信號(hào)變換接口邏輯開(kāi)關(guān)量開(kāi)關(guān)量數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu) 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 典型的開(kāi)關(guān)量輸入通道通常由以下幾部分組成： ⑴ 開(kāi)關(guān)量拾取電路 開(kāi)關(guān)量的拾取即將過(guò)程的開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換為電壓或電流的雙位邏輯值。特殊被控對(duì)象，可選更高分辨率的器件。電壓輸出型又有單極性輸出和雙極性輸出兩種。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 此外，考慮到 MUX、 S/H、 A/D組成的數(shù)據(jù)采集電路的總誤差是這三個(gè)組成部分的分項(xiàng)誤差的綜合值， 選擇元器件精度的一般規(guī)則 是：每個(gè)元器件的精度指標(biāo)應(yīng)優(yōu)于系統(tǒng)精度的10倍左右。 確定系統(tǒng)采樣周期的原則及相關(guān)知識(shí)，將在 細(xì)介紹。 ③ 轉(zhuǎn)換速率 ④ 滿刻度范圍 滿刻度范圍 是指 A/D轉(zhuǎn)換器所允許的最大輸入電壓范圍。 A／ D轉(zhuǎn)換器即是完成模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，在一般情況下，模擬量是指電壓。 ⑵ 多路開(kāi)關(guān) ?單向多路開(kāi)關(guān) :AD7501(8路 )、 AD7506(16路 )等； ?雙向多路外