過程控制數據處理方法第1頁，課件共31頁，創作于2023年2月

在工業控制系統中,常存在干擾源,如溫度、磁場等，使采樣值偏離真實值。 對于出現的各種干擾信號，常通過一定的計算程序，對多次采樣信號構成的數據系列進行平滑加工，提高有用信號所占的比例，減少乃至消除各種干擾和噪音，保證系統工作的可靠性。7.1數字濾波技術第2頁，課件共31頁，創作于2023年2月

（1）無需增加任何硬設備。（2）系統可靠性高，不存在阻抗匹配問題。（3）可多通道共享，從而降低了成本。（4）可以對頻率很低(如0.01Hz)的信號進行濾波。（5）使用靈活、方便，可根據需要選擇不同的濾波方法，或改變濾波器的參數。正因為數字濾波器具有上述優點，所以在計算機控制系統中得到廣泛的應用。1、數字濾波器的優點第3頁，課件共31頁，創作于2023年2月2．數字濾波的方法數字濾波的幾種常用方法：（1）程序判斷濾波（2）中值濾波（3）算術平均值濾波（4）加權平均值濾波（5）滑動平均值濾波（6）RC低通數字濾波（7）復合數字濾波第4頁，課件共31頁，創作于2023年2月7.1.1程序判斷濾波

程序判斷濾波的方法，便是根據生產經驗，確定出相鄰兩次采樣信號之間可能出現的最大偏差△Y。若超過此偏差值，則表明該輸入信號是干擾信號，應該去掉；如小于此偏差值，可將信號作為本次采樣值。 程序判斷濾波根據濾波方法的不同，可分為限幅濾波和限速濾波兩種。第5頁，課件共31頁，創作于2023年2月1．限幅濾波方法：|Y（k）-Y(k-1)|≤△Y,則Y（k）=Y（k），取本次采樣值|Y（k）-Y(k-1)|＞△Y,則Y（k）=Y（k-1），取上次采樣值式中，Y（k）——第k次采樣值；

Y(k-1)——第(k-1)次采樣值；

△Y——相鄰兩次采樣值所允許的最大偏差，其大小取決于采樣周期T及Y值的變化動態響應。第6頁，課件共31頁，創作于2023年2月適用范圍：主要用于變化比較緩慢的參數，如溫度、物位等測量系統。使用注意事項： 最大允許誤差△Y的選取，Y太大，各種干擾信號將“乘機而入”，使系統誤差增大；Y太小，又會使某些有用信號被“拒之門外”，使計算機采樣效率變低。因此，門限值△Y的選取是非常重要的。通常可根據經驗數據獲得，必要時，也可由實驗得出。微機控制技術第7頁，課件共31頁，創作于2023年2月

限幅濾波是用兩次采樣值來決定采樣結果，而限速濾波則用三次采樣值來決定采樣結果。設t1、t2、t3所采集的參數分別為Y(1)、Y(2)、Y(3)，那么當|Y(2)-Y(1)|≤△Y時，Y(2)輸入計算機當|Y(2)-Y(1)|＞△Y時，繼續采樣取得Y(3)

當|Y(3)-Y(2)|≤△Y時，則取Y(3)輸入計算機當|Y(3)-Y(2)|＞△Y時，則取（Y(3)+Y(2)）/2輸入計算機在實際使用中，可用[|Y(1)-Y(2)|+|Y(2)—Y(3)]/2取代△Y。 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性。2．限速濾波微機控制技術第8頁，課件共31頁，創作于2023年2月限速濾波程序流程圖微機控制技術第9頁，課件共31頁，創作于2023年2月設Y（1）、Y（2）、Y（3）三次采樣值分別存放在SUM為首地址的內存單元中，濾波結果存放在RESULT單元中。ORG8000HPRODT2:MOVA,20H;送Y1到ACLRC;SUBBA,21H;計算Y1-Y2JNCLOOP1;CPLA;取絕對值

INCA;LOOP1:MOV23H,A;|Y1-Y2|送23H單元

MOVA,21H;取Y2送ACLRC;SUBBA,22H;求Y2-Y3JNCLOOP2;CPLA;取絕對值

INCA;LOOP2:MOV24H,A;|Y2-Y3|送24HADDA,23H;求ΔYRRCA;MOVLIMIT,A;(|Y1-Y2|+|Y2-Y3|)/2到LIMIT單元

MOVA,23H;CJNEA,LIMIT,DONE1;AJMPDONE2;|Y1-Y2|=ΔY，轉DONE2DONE1:JCDONE2;|Y1-Y2|<ΔY，轉DONE2 MOVA,24H;取|Y2-Y3|到ACJNEA,LIMIT,DONE4;AJMPDONE5;|Y2-Y3|=ΔY，轉DONE5DONE4:JC

DONE5;|Y2-Y3|<ΔY，轉DONE5AJMPDONE6;|Y2-Y3|>ΔY，轉DONE6DONE5:MOVA,22H;|Y2-Y3|<ΔY,取Y3AJMPDONE3;DONE6:MOVA,21H;取(|Y2+Y3|)/2ADDA,22H;RRCA;AJMPDONE3;DONE2:MOVA,21H;|Y1-Y2|<ΔY,取Y2DONE3:RETLIMITEQU30H第10頁，課件共31頁，創作于2023年2月方法：在各個采樣值中，尋找一個Ｙ(Ｋ)，使該值與各采樣值間偏差的平方和為最小．7.1.2算術平均值濾波第11頁，課件共31頁，創作于2023年2月

適用范圍：

算術平均濾波主要用于對壓力、流量等周期脈動的采樣值進行平滑加工，但對脈沖性干擾的平滑作用尚不理想。因而它不適用于脈沖性干擾比較嚴重的場合。采樣次數N，取決于平滑度和靈敏度。隨著N值的增大，平滑度將提高，靈敏度降低。通常對流量參數濾波時，N取12次，對壓力取4次，至于溫度，如無噪聲干擾可不平均。微機控制技術第12頁，課件共31頁，創作于2023年2月7.1.４加權平均值濾波在算術平均值濾波的基礎上，將Ｎ次采樣值取不同的權值，然后再相加，稱為加權平均值法。第13頁，課件共31頁，創作于2023年2月7.1.5滑動平均值濾波無論是算術平均值濾波還是加權平均值濾波都需要采集Ｎ個數據，然后求平均值，由于需要采樣Ｎ次，所以需要時間長，檢測速度慢。滑動平均值濾波克服了這一缺點實現方法：在ＲＡＭ區建立一個Ｎ字節的數據緩沖區按順序放入Ｎ個采樣數據每采進一個新數據，就將最早采集的那個去掉求包括新采樣數據的Ｎ個采樣值的算術平均值或滑動平均值X2X3…Xn-1XnXn+1X１X２…Xn-2Xn-1XnX3X4…Xn-1XnXn+2第１次濾波第２次濾波：采入新數據，最早數據被擠出第３次濾波第14頁，課件共31頁，創作于2023年2月

由于傳感器所提供的信號變化范圍很寬（從微伏到伏），為了提高測量精度，智能化測量儀表應能自動轉換量程。 特別是在多回路檢測系統中，當各回路的參數信號不一樣時，必須提供各種量程的放大器，才能保證送到計算機的信號一致（0～5V）。變送器A/D轉換器0~5V0~50mV變送器0~5V50mV~500mv變送器0~5V500mV~5V7.3.1量程自動轉換第15頁，課件共31頁，創作于2023年2月

由于這種變送器造價比較貴，系統也比較復雜。現在已經研制出一種可編程增益放大器（ProgrammableGainAmplifier），簡稱PGA。其放大倍數可根據需要用程序進行控制。集成PGAPGA101、PGA102、PGA202/203組合型PGA運算放大器+CD4051儀器放大器+PGA102隔離放大器+PGA102可編程增益放大器第16頁，課件共31頁，創作于2023年2月

以PGAl02為例說明這種電路的原理及應用，其他與此類似。1、集成PGA由①腳和②腳的電平來選擇增益為1，10或100。第17頁，課件共31頁，創作于2023年2月增益選擇表輸入增益①腳②腳×10×100VIN1G=100VIN2G=1010VIN3G=10001無效無效11注：邏輯0：0V≤V≤0.8V

邏輯1：2V≤V≤+VCC

邏輯電壓是相對于③腳的。第18頁，課件共31頁，創作于2023年2月2、組合型PGA1）采用多路開關的可編程增益運算放大器微機控制技術改變輸入到CD4051選擇輸入端C，B，A的數字，即可使R0～R78個電阻中的一個接通。這8個電阻的阻值可根據放大倍數的要求，由公式AV＝l+2R8／Ri來求得，從而可得到不同的放大倍數。第19頁，課件共31頁，創作于2023年2月2、組合型PGA2）增益可編程儀用放大器微機控制技術第20頁，課件共31頁，創作于2023年2月2、組合型PGA3）增益可編程隔離放大器微機控制技術隔離放大器ISO122P和PGA102組成隔離型可編程放大器，ISO150為有隔離性能的雙向數字耦合器，其輸入端接到微型計算機的地址總線上，經隔離后接PGA102的1、2端子上，即可改變增益。第21頁，課件共31頁，創作于2023年2月傳感器變送器8位A/D轉換器CPU顯示被測物理量值傳感器輸出信號(mv)0~5V00~FFH被測物理量值

在微機過程控制系統中，生產中的各個參數都有著不同的數值和量綱，所有這些參數都經過變送器轉換成A/D轉換器所能接收的0～5V統一電壓信號，又由A/D轉換成00～FFH（8位）的數字量。為進一步進行顯示、記錄、打印以及報警等操作，必須把這些數字量轉換成不同的單位，以便操作人員對生產過程進行監視和管理。這就是所謂的標度變換。7.3.2線形參數標度變換第22頁，課件共31頁，創作于2023年2月前提：被測值與A/D轉換結果成線形關系公式：1、線形參數標度變換公式第23頁，課件共31頁，創作于2023年2月線形參數標度變換公式通用公式：

若使測量下限A0對應的A/D采樣值N0=0則公式可以簡化為：在很多儀表中測量下限A0=0，則它對應的N0=0，公式可以進一步簡化為：第24頁，課件共31頁，創作于2023年2月計算機實現標度變換一般公式當N0=0時當A0=0，N0=0時

第25頁，課件共31頁，創作于2023年2月例題：某壓力測量儀表的量程為400Pa~1200Pa，采用8位A/D轉換器，設某采樣周期計算機中經采樣及數字濾波后的數字量為ABH，求此時的壓力值。（假設Am對應的Nm=255D，A0對應的N0=0）

第26頁，課件共31頁，創作于2023年2月P22722題

某梯度爐溫度變化范圍為０～1600攝氏度，經溫度變送器輸出電壓為1～5Ｖ，再經ADC0809轉換，ADC0809的轉換范圍為0～5Ｖ，試計算當采樣值為9BH時，所對應的梯度爐溫度是多少？（假設Am對應的Nm=255D

）第27頁，課件共31頁，創作于2023年2月7.3.3非線形參數標度變換公式變換法查表