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計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課件三-文庫吧資料

2025-05-18 16:13本頁面
  

【正文】 XL一 e點(diǎn)處來回?cái)[動(dòng)造成頻繁報(bào)警, e值 的大小可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體的被測(cè)參數(shù)設(shè)定 。當(dāng)被測(cè)值超越 XH+ e時(shí),才算越過上限報(bào)警值并設(shè)置相應(yīng)的越上限標(biāo)志(上限標(biāo)志位置 1),同時(shí)輸出越上限的 聲 、 光 報(bào)警;當(dāng)被測(cè)值下降到 XH- e 以下時(shí),則復(fù)位上限 ,這時(shí)應(yīng)撤消越上限標(biāo)志(上限標(biāo)志位清 0)及相應(yīng)的聲光報(bào)警。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 若 XK > XH,則 上限報(bào)警 ,否則判斷 XK < XL否?若是則 下限報(bào)警 ,否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 如下幾種形式: 上限報(bào)警 若 XK > XH,則發(fā)出上限報(bào)警,否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。 ( 2)比較采樣值和給定的上下限。 其方法就是把計(jì)算機(jī)的采集數(shù)據(jù)在進(jìn)行予處理 、 數(shù)字濾波 、 標(biāo)度變換 之后 , 與該參數(shù)的設(shè)定 上限 、 下限值 進(jìn)行比較 , 如果高于上限值或低于下限值則進(jìn)行報(bào)警 , 否則就作為采樣的正常值 , 進(jìn)行顯示和控制 。如此比較下去,則可逐次逼近要搜索的關(guān)鍵字,直到找到為止。 對(duì)分查表法 的具體做法是:先取數(shù)組的 中間值D n/2進(jìn)行查找,與要搜索的 X值進(jìn)行比較,若相等,則查到。在實(shí)際應(yīng)用中,很多表格都比較長(zhǎng),且難以用計(jì)算查表法進(jìn)行查找,但它們一般都滿足從大到小或從小到大的排列順序,如熱電偶mV℃ 分度表,流量測(cè)量中差壓與流量對(duì)照表等等。通常它適用于某些數(shù)值計(jì)算程序 、 功能鍵地址轉(zhuǎn)移程序 以及 數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序等。其關(guān)鍵在于找出一個(gè)計(jì)算表地址的公式,只要公式存在,查表的時(shí)間與表格的長(zhǎng)度無關(guān)。只要根據(jù)所給的數(shù)據(jù)元素 Xi ,通過一定的計(jì)算,求出元素 Xi所對(duì)應(yīng)的數(shù)值的地址,然后將該地址單元的內(nèi)容取出即可。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 2. 計(jì)算查表法 在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中,一般使用的表格都是線性表,它是若干個(gè)數(shù)據(jù)元素 X1, X2, … , Xn的集合,各數(shù)據(jù)元素在表中的排列方法及所占的存儲(chǔ)器單元個(gè)數(shù)都是一樣的。因?yàn)闊o序表格中所有各項(xiàng)的排列均無一定的規(guī)律,所以只能按照順序從第一項(xiàng)開始逐項(xiàng)尋找,直到找到所要查找的關(guān)鍵字為止。 1.順序查表法 順序查表法 是針對(duì)無序排列表格的一種方法。表格的排列不同,查表的方法也不盡相同。 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 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 排列方法。它是一種非數(shù)值計(jì)算方法,利用這種方法可以完成數(shù)據(jù)的補(bǔ)償、計(jì)算、轉(zhuǎn)換等各種工作。當(dāng)分段數(shù)多到線段縮成一個(gè)點(diǎn)時(shí),實(shí)際上就是另一種方法 —— 查表法。 同樣,分段數(shù)越多,線性化精度越高,軟件開銷也相應(yīng)增加。當(dāng)獲取某個(gè)采樣值 R后,先判斷 R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。為使計(jì)算簡(jiǎn)單,提高實(shí)時(shí)性,可采用 分段線性插值公式 或稱分段線性化的方法,即用多段折線代替曲線進(jìn)行計(jì)算。分段插值的 分段點(diǎn) 的選取可按實(shí)際曲線的情況靈活決定,既可以采用 等距分段法 ,又可采用 非等距分段法 。 為了提高逼近精度,且不占用過多的機(jī)時(shí),較好的方法是采用 分段插值法 。 一般來說, 增加插值點(diǎn) 和 多項(xiàng)式 的次數(shù)能提高逼近精度。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 顯然,插值點(diǎn)的選擇對(duì)于逼近的精度有很大的影響。現(xiàn)構(gòu)造一個(gè)三階多項(xiàng)式 P3( R )來逼近這種函數(shù)關(guān)系。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 下面用 熱敏電阻 測(cè)量溫度的例子來說明這一過程。其插值原理是: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。這時(shí)可以采用一種既計(jì)算簡(jiǎn)便又能滿足實(shí)際工程要求的近似表達(dá)式 ──插值多項(xiàng)式 來進(jìn)行標(biāo)度變換。與 線性 標(biāo)度變換公式一樣,由于Qo、 Qm、 N0、 Nm都是常數(shù),故以上三式可分別簡(jiǎn)化為編程用的標(biāo)度變換子程序公式。 可見,流體的流量與被測(cè)流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓力差的平方根成正比,于是得到測(cè)量流量時(shí)的標(biāo)度變換公式為 00m0x0mx )( QNNNNQ +???? (316) 式中: Q0 —— 差壓流量?jī)x表的下限值; Qm —— 差壓流量?jī)x表的上限值; Qx —— 被測(cè)液體的流量測(cè)量值; 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) N0 —— 差壓流量?jī)x表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量; Nm —— 差壓流量?jī)x表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量; Nx —— 差壓流量?jī)x表測(cè)得差壓值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。由于非線性參數(shù)的變化規(guī)律各不相同,故應(yīng)根據(jù)不同的情況建立不同的非線性變換式,但前提是它們的函數(shù)關(guān)系可用 解析式 來表示。 解:根據(jù)式 (310)已知, A0 = 200℃ , Am = 800℃ , Nx = CDH = (205)D, Nm = FFH = (255)D。這樣式 (39)可寫成: 0mx0mx ) ANNAAA +??? (310) 在很多測(cè)量系統(tǒng)中,儀表下限值 A0 = 0,此時(shí)進(jìn)一步簡(jiǎn)化為 mxmx NNAA ? (311) 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 式 (39)、 (310)和 (311)即為在不同情況下的線性標(biāo)度 變換公式 。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 式 (39)為線性標(biāo)度變換的通用公式,其中 A0, Am,N0, Nm對(duì)某一個(gè)具體的被測(cè)參數(shù)與輸入通道來說都是常數(shù),不同的參數(shù)有著不同的值。 線性式變換 線性標(biāo)度變換 是最常用的標(biāo)度變換方式,其前提條件是傳感器的 輸出信號(hào) 與被測(cè)參數(shù)之間呈 線性關(guān)系 ,如圖 317所示。一般而言,輸入通道中的 放大器 、 A/D轉(zhuǎn)換器 基本上是線性的,因此,傳感器的輸入輸出特性就大體上決定了 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 這個(gè)函數(shù)關(guān)系的不同表達(dá)形式,也就決定了不同的標(biāo)度變換方法。C。比如,最小值 00H應(yīng)變換對(duì)應(yīng)為 0℃ 、最大值 FFH應(yīng)變換對(duì)應(yīng)為 1200℃ 。圖 316為標(biāo)度變換原理圖,這是一個(gè)溫度測(cè)控系統(tǒng),某種熱電偶傳感器把現(xiàn)場(chǎng)中的溫度 0 ~1200℃ 轉(zhuǎn)變?yōu)?0 ~ 48mV信 號(hào),經(jīng)輸入通道中的運(yùn)算放大器放大到 0 ~ 5V,再由 8位 A/D轉(zhuǎn)換成 00~FFH的數(shù)字量,這一系列的轉(zhuǎn)換過程是由輸入通道的 硬件電路 完成的。 返回本節(jié) 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 標(biāo)度變換算法 生產(chǎn)中的各種參數(shù)都有著不同的 量綱 和 數(shù)值 ,但在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采集、 A/D轉(zhuǎn)換 過程中已變?yōu)闊o量綱的數(shù)據(jù),當(dāng)系統(tǒng)在進(jìn)行顯示、記錄、打印和報(bào)警等操作時(shí),必須把這些測(cè)得的數(shù)據(jù)還原為相應(yīng)量綱的物理量,這就需要進(jìn)行 標(biāo)度變換 。 ( 3) 可對(duì)低頻信號(hào) ( 如 ) 實(shí)現(xiàn)濾波 。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 和模擬濾波裝置相比 , 數(shù)字濾波有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn): ( 1) 數(shù)字濾波通過程序?qū)崿F(xiàn) , 不需硬件設(shè)備 , 系統(tǒng)的可靠性較高 。在實(shí)際應(yīng)用中,究竟采用不采用、以及采用哪一種數(shù)字濾波,都應(yīng)視具體情況而定。顯然,該算法比較簡(jiǎn)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(jī)干擾信號(hào) 。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 慣性濾波器的程序編制可按式 (37)進(jìn)行。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 通常,采樣周期 T 足夠小,則 a ≈T / Tf ,濾波算法的截止頻率為 TaRCf ???? 221 ( 38) 當(dāng)采樣周期 T一定時(shí),濾波系數(shù) a 越小,數(shù)字濾波器的截止頻率 f 就越低。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 將式 (35)寫成差分方程 )()()1()(kxkyTkykyT f ?+?? ( 36) 整理后得 )1()1()()1()()( ??+??+++? kyakaxkyTTTkxTTTkyfff( 37) 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 式中: y(k)—— 第 k次采樣的濾波輸出值; x(k) — — 第 k次采樣的濾波輸入值,即第 k 次采樣值 y(k1)—— 第 (k1)次采樣的濾波輸出值 。由于大的時(shí)間常數(shù)及高精度的 RC電路不易制作,所以硬件 RC 濾波器不可能對(duì)極低頻率的信號(hào)進(jìn)行 濾波 。常用的 RC濾波器的 傳遞函數(shù) 是 STSXSYf+? 1 1)( )( ( 35) 其中, Tf=RC是濾波器的濾波時(shí)間常數(shù),其大小直接關(guān)系到濾波效果。 限幅濾波對(duì)隨機(jī)干擾或采樣器不穩(wěn)定引起的失真有良好的濾波效果。 限幅濾波 就是把兩次相鄰的采樣值相減,求其增量的絕對(duì)值,再與兩次采樣所允許的最大差值 ?Y 進(jìn)行比較,如果小于或等于 ?Y,表示本次采樣值 y(k)是真實(shí)的,則取 y(k)為有效采樣值;反之, y(k)是不真實(shí)的, 則取上次采樣值y(k ? 1)作為本次有效采樣值。 中值濾波 對(duì)緩變過程中的偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效,而對(duì)快速變化過程 (如流量 )的信號(hào)采樣則不適用。本算法為取中值,故采樣次數(shù) m應(yīng)為奇數(shù),一般 3~5次即可。 而滑動(dòng)平均濾波算法的最大優(yōu)勢(shì)就是實(shí)時(shí)性好,提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度?;瑒?dòng)平均濾波是在每個(gè)采樣周期只采樣一次,將這一次采樣值和過去的若干次采樣值一起求平均,所得結(jié)果即為 有效采樣值 。 4.滑動(dòng)平均濾波 前三種的平均濾波算法有一個(gè) 共同點(diǎn) :即每取得一個(gè)有效采樣值必須連續(xù)進(jìn)行若干次 采樣 。 ???miii yCky1)(( 33) 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 式中,第 m 次為最新值, C C … 、 Cm 為加權(quán)系數(shù),先小后大,且均為小于 1但總和等于 1的小數(shù),即滿足下式 C1 + C2 + … + Cm ? 1 Cm Cm1 … C1 0 C C … 、 Cm 的取值應(yīng)視具體情況選取 ,并通過調(diào)試確定。為協(xié)調(diào)兩者關(guān)系,可采用 加權(quán)平均濾波 。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 3. 加權(quán)平均濾波 算術(shù)平均濾波 和 去極值平均濾波 都存在 平滑性 和 靈敏度的矛盾 。 在編制算法程序時(shí) ,為便于用移位來代替除法求得平均值, m2應(yīng)取 8等,故 m取 10等。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 算術(shù)平均濾波 不能將明顯的偶然的脈沖干擾消除,只是把其平均到采樣結(jié)果中,從而降低了 測(cè)量精度 。 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) ? 從以上分析結(jié)果可以看出,算術(shù)平均值濾波對(duì)周期性干擾有良好的抑制效果,對(duì)脈沖性干擾的的濾波效果并不理想,存在測(cè)量誤差。一般情況下, 流量信號(hào) 可取 10左右 , 壓力信號(hào) 可取 4左右 ,溫度、成分等緩變信號(hào)可取 2甚至不進(jìn)行算術(shù)平均。 1. 算術(shù)平均濾波 算術(shù)平均值濾波的目的是尋找一個(gè) Y值,使其與各個(gè)采樣值間的偏差的平方和 E為最小,即 ( 31) 第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 算術(shù)平均濾波是在采樣周期 T內(nèi),對(duì)測(cè)量信號(hào) x進(jìn)行 N次采樣, 把 N個(gè)采樣值相加后的算術(shù)平均值作為本次的有效采樣值,即采樣次數(shù) N值決定了信號(hào)的平滑度和靈敏度。 平均值濾波就是 對(duì)多個(gè)采樣值 進(jìn)行 平均算法 ,這是 消除隨機(jī)誤差 最常用的方法。 總之,數(shù)字濾波與硬件濾波器相比優(yōu)點(diǎn)甚多,因此得到了普遍的應(yīng)用。另外,數(shù)字濾波可以對(duì)各種干擾信號(hào),甚至極低頻率的信號(hào)進(jìn)行濾波。這種濾波方法只是根據(jù)預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序,實(shí)質(zhì)上是 一種程序?yàn)V波 。 因此,為了提高系統(tǒng)性能,達(dá)到準(zhǔn)確的測(cè)量與控制, 一般情況下還需要進(jìn)行 數(shù)字濾波 。 圖310 定時(shí)器中斷程序流程框圖 關(guān)中斷計(jì)數(shù)單元加18s定時(shí)到否?觸發(fā)INTO重新加載數(shù)據(jù)開中斷否是開 始 返 回第三章 常用控制程序設(shè)計(jì) 定時(shí)器中斷程序程序清單: TIME0: CLR EA ; 關(guān)中斷 INC 30H MOV A,30H XRL A,50H ; 判斷是否到 8秒 JZ S_8 ; 8秒定時(shí)到 , 轉(zhuǎn)至 S_8 AJMP RECOUN ; 未到 8秒 , 繼續(xù)計(jì)時(shí) S_8: SETB ; 觸發(fā)外部中斷 0 NOP CLR NOP RECOUN: MOV TH0,3CH MOV TL0,0B0H ; 設(shè)
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