【正文】 。 4．簡述各種數(shù)字濾波方法的原理或算法及適用場合。 ☆ 軟件陷阱由三條指令構(gòu)成： NOP NOP LJMP ERR 。 當(dāng)程序彈飛到非程序區(qū)時，或彈飛的程序碰到冗余指令前已形成死循環(huán)，都會使冗余指令失去作用。解決這個問題還要靠軟件容錯技術(shù)，減少或消滅程序誤動作。 如：利用減法比較兩無符號數(shù)的大小程序（數(shù)放 A、B中）： 無指令冗余程序 ： CLR C SUBB A, B JC BBIG … … BBIG:NOP ….. 有指令冗余的情況： CLR C SUBB A, B NOP NOP JC BBIG … … BBIG:NOP ….. 指令冗余缺點(diǎn)： 降低指令執(zhí)行效率 指令冗余特點(diǎn)： ； ，使其很快納入程序軌道，但不能保證失控期間不干壞事，更不能保證程序納入正常軌道后太平無事。 實(shí)現(xiàn)方法： 在一些對程序流向起決定作用的 指令之前 插入兩條 NOP指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道。 ※ 當(dāng)程序彈飛到一單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌； ※ 當(dāng)程序彈飛到一雙字節(jié)指令上時（操作碼、操作數(shù)），有可能落到操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯； ※ 當(dāng)程序彈飛到一三字節(jié)指令上時（操作碼、操作數(shù)、操作數(shù)），因其有兩個操作數(shù)，從而繼續(xù)出錯機(jī)會更大 。前者有良好的抗 “ 毛刺 ”干擾能力，后者不耐干擾，當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時，它就會盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，也不管此時數(shù)據(jù)是否有效。只要有可能，其重復(fù)周期盡可能短些。 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù) (數(shù)字量 )信號輸入抗干擾措施 干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一特點(diǎn)，我們在采集某一開關(guān)量信號時， 可多次重復(fù)采集 ，直到連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)果完全一致方為有效。 在實(shí)際應(yīng)用中，究竟應(yīng)該選擇哪種數(shù)字濾波方法，應(yīng)視具體情況而定。 )n(y)n(x)α()n(yTTT)n(xTT T)n(ysffsfs 111 ????????? α 根據(jù)慣性濾波器的頻率特性，若濾波系數(shù) α越大，則帶寬越窄，濾波頻率也越低。 因此 ， 一定要按照實(shí)際情況來確定 Δy 0、yH及 yL， 否則 ， 非但達(dá)不到濾波效果 ， 反而會降低控制品質(zhì) 。 其中 Δy 0為兩次相鄰采樣值之差的可能最大變化量 。 也可采用 限速濾波 (亦稱限制變化率 ) ， 即 當(dāng) |y(n)y(n1)|≤Δy 0時 ， 則取 y(n)。也稱為 去脈沖干擾平均值濾波法 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 24 25 20 27 24 60 24 25 26 例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下： 序 號 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)）。如對溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)采用此法會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 2)中位值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來使用，濾波效果會更好。 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 中位值濾波法的原理是對被測參數(shù)連續(xù)采樣 m次(m≥3)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)。 2） 算術(shù)平均值濾波 ,每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即 1/N，在不同采樣時刻采集數(shù)據(jù)受到同樣重視；加權(quán)平均值濾波增加了采樣值在平均值中的比重。隨著 N的增大，平滑度提高，靈敏度降低。加權(quán)平均濾波算法為： ???Niii xCy1N為采樣次數(shù)； xi為第 i次采樣值； y為 N次采樣值的濾波輸出值； Ci為加權(quán)系數(shù) , 對 Ci選取要求： 11???NiiC （ 2） 加權(quán)平均值濾波 3）平均值濾波法一般適用于具有周期性干擾噪聲的信號，但對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號，濾波效果尚不理想。 ４ )數(shù)字濾波由于不用硬件設(shè)備 ， 各回路間不存在阻抗匹配等問題 ， 故可靠性高 ， 穩(wěn)定性好 。 數(shù)字濾波技術(shù) ２ )數(shù)字濾波可以對低頻信號 （ 如 ）實(shí)現(xiàn)濾波 ， 克服了模擬濾波器的缺陷 。故實(shí)質(zhì)上它是一種程序濾波。 （ 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，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。 （ 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)分析和動態(tài)仿真運(yùn)行，證明正確無誤后才可投入實(shí)際運(yùn)行。 軟件抗干擾技術(shù) （補(bǔ)充） （ 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)和糾正錯誤，容易修改和補(bǔ)充。輸出位數(shù)大于輸入位數(shù)的最好的處理方法是：將8位數(shù)左移兩位構(gòu)成 10位數(shù)， 10位數(shù)的最低兩位用“ 0”填充。 設(shè)輸入值存放在 IN_H和 IN_L內(nèi)存單元中 ， 轉(zhuǎn)換后的輸出值存放在 OUT內(nèi)存單元中 。 （ 1） 輸入位數(shù)大于輸出位數(shù) 當(dāng)輸入器件精度比輸出器件精度高時，如采用 10位 A/D轉(zhuǎn)換器采樣，而把處理后的 10位二進(jìn)制數(shù)通過 8位 D/A轉(zhuǎn)換器輸出，就會出現(xiàn)輸入位數(shù)大于輸出位數(shù)的情況。如果采用浮點(diǎn)數(shù)，運(yùn)算精度可以大大提高。 (1) 已知輸入信號的動態(tài)范圍 λ為轉(zhuǎn)換當(dāng)量（系統(tǒng)能分辨的模擬量的最小值） (2)已知分辨率 )1(l o g m i nm a x21 ? xxn ???)11(021 Dl o gn ?? 12110 ?? nD2. D/A轉(zhuǎn)換器的字長選擇 )λuu(n mi nma xl o g??? 121執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸入值為 umax 最小輸入值為 umin 靈敏度為 λ 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。 產(chǎn)生量化誤差的原因主要有以下幾個方面： (1) A/D轉(zhuǎn)換的量化效應(yīng) (2) 控制規(guī)律計算中的量化效應(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) 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。 所謂 舍入 是指 ， 當(dāng)被舍掉的余數(shù) ε大于或等于量化單位的一半時 ， 則最小有效位加 1；而當(dāng)余數(shù) ε小于量化單位的一半時 ， 則舍掉 ε。 舉例， 8位和 12位的 A/D轉(zhuǎn)換器，在 0~5V時通過A／ D轉(zhuǎn)換可計算出模擬電壓 x相當(dāng)于多少個整量化單位，即 : x=Lq+ε 式中 L為整數(shù)，對于余數(shù) ε(ε＜ q)可以用 截尾 或 舍入 來處理 。 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 。 完整的 PID控制模塊數(shù)據(jù)區(qū)除了上述各部分外 ， 還有工程單位代碼 、 采樣周期等 。 自動手動切換數(shù)據(jù)區(qū)需要存放軟手動控制量 SMV，軟開關(guān) SA／ SM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) HA／ HM狀態(tài)，以及手動操作器輸出 VM。當(dāng)從自動 (SA與 HA)切向硬手動 (HM)時，通過手動操作器電路，也能保證無擾動切換。這樣，一旦切向自動而 u(k1)又等于切換瞬間的手動控制量，這就保證了PID控制量的連續(xù)性。 所謂無平衡無擾動切換，是指在進(jìn)行手動到自動或自動到手動的切換之前，無須由人工進(jìn)行手動輸出控制信號與自動輸出控制信號之間的 對位平衡操作 ，就可以保證切換時不會對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動。 CMV SMV Us VM MV 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 ML≤MV≤MH， 再經(jīng) D／ A轉(zhuǎn)換器輸出 0～ 10mA DC或 4～ 20mA DC。 CMV SMV Us VM MV CMV SMV Us VM MV 1. 軟自動／軟手動 當(dāng)軟開關(guān) SA／ SM切向 SA位置時 ， 系統(tǒng)處于正常的自動狀態(tài) ， 稱為 軟自動 (SA)；反之 ， 切向 SM位置時 ，控制量來自操作鍵盤或上位計算機(jī) ， 此時系統(tǒng)處于計算機(jī)手動狀態(tài) ， 稱為 軟手動 (SM)。 輸出補(bǔ)償 自動手動切換技術(shù) 在正常運(yùn)行時，系統(tǒng)處于自動狀態(tài)；而在調(diào)試階段或出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)處于手動狀態(tài)。 軟開關(guān) FS／ NS狀態(tài)一般來自系統(tǒng)安全報警開關(guān) 。 輸出補(bǔ)償 4． 安全輸出 當(dāng)軟開關(guān) FS／ NS切向 NS位置時 ， 現(xiàn)時刻的控制量等于預(yù)置的安全輸出量 MS。 輸出補(bǔ)償 3． 輸出保持 當(dāng)軟開關(guān) FH／ NH切向 NH位置時 ， 此時刻的控制量 u(k)等于前一時刻的控制量 u(k1)， 也就是說 ，輸出控制量保持不變 。 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 。 輸出補(bǔ)償 變化率限制 輸出保持 安全輸出 輸出補(bǔ)償 輸出補(bǔ)償量 1．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 Uc=Uk； 當(dāng) OCM=1,代表加補(bǔ)償 ， 此時 Uc=Uk+OCV； 當(dāng) OCM=2,代表減補(bǔ)償 ，