第6章控制系统的数据处理技术 92p.pptVIP

第6章 控制系统的数据处理技术 主要内容 程序设计技术 测量数据的预处理技术 查表与数据排序技术 软件抗干扰技术 程序设计技术 一、程序设计的步骤与方法 1、程序设计步骤 一个完整的程序设计过程由几部分组成。 (1)拟定设计任务书 (2)建立数学模型并确定算法 (3)程序的总体设计及其流程图 (4)编写源程序 (5)源程序的编译与调试 (6)系统软件的整体运行与测试 (7)总结归纳进一步编写程序说明文件 2、程序设计方法 程序设计时一般遵循模块化与结构化的程序设 计思想。 （1）模块化程序设计 概念：把一个较长的复杂的程序分成若干个功能模块或子程 序，每个功能模块执行单一的功能，每个模块单独设计、编 程、调试，最终组合在一起形成系统程序。 优点： 缺点： 两种思路： 自底而上 自顶向下 （2）结构化程序设计方法 结构化程序设计的概念最早由Dijkstra E W提出。1965年他在一次会议上指出：“可以从高级语言中取消GOTO 语句”，“程序的质量与程序中所包含的GOTO语句的数量成反比”。1966年的Bohm C 和Jacopini G证明了只用三种基本的结构就能实现任何单入口单出口的程序。这三种基本的控制结构是“顺序”、“选择”、“循环”。 1．嵌入式组态软件 （1）嵌入式系统组成：嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统，以及应用软件系统。 （2）常见嵌入式计算机：单板计算机(SBC)、PC104计算机和饼干机(3.5英寸工业单板计算机 )。 运行于Windows CE ,DeltaOS （3）嵌入式计算机优点： 1）功耗低、可靠性高。 2）功能强大，具有很高的性能价格比。 3）实时性强，支持多任务。 4）占用空间小，效率高。 测量数据预处理技术 在计算机控制系统中，数据采集是最基本的一种模式。一般是通过传感器、变送器把生产过程的各种物理参数转换成电信号，然后经A/D通道或DI通道，把数字量送入计算机中。计算机在对这些数字量进行显示和控制之前，还必须根据需要进行相应的数据处理。 数据处理离不开数值计算，而最基本的数值计算为四则运算。由于控制系统中遇到的现场环境不同，采集的数据种类与数值范围不同，精度要求也不一样，各种数据的输入方法及表示方法也各不相同。因此，为了满足不同系统的需要，设计出了许多有效的数据处理技术方法，如预处理，数字滤波，标度变换，查表和越限报警等。 测量数据预处理技术 对测量数据的预处理是计算机控制系统数据处理的基础，这包括数字调零技术、系统校准技术. 数字调零 零点偏移是造成系统误差的主要原因之一，因此零点的自动调整在实际应用中最多，常把这种用软件程序进行零点调整的方法称为数字调零。 数字调零电路如图所示。在测量输入通道中，CPU分时巡回采集1路校准电路与n路传感变送器送来的电压信号。首先是第0 路的校准信号即接地信号，理论上电压为零的信号，经放大电路、A/D转换电路进入CPU的数值应当为零，而实际上由于零点偏移产生了一个不等于零的数值，这个值就是零点偏移值N0；然后依次采集1、2、… n路，每次采集到的数字量N1、N2、… Nn值就是实际值与零点偏移值N0之和。计算机要进行的数字调零就是做一次减法运算，使（Ni- N0）的差值成为本次测量的实际值。很显然，采用这种方法，可去掉放大电路、A/D转换电路本身的偏移及随时间与温度而发生的各种漂移的影响，从而大大降低对这些电路器件的偏移值的要求，降低硬件成本。 测量数据预处理技术 一、系统误差的自动校准 1、全自动校准 1）原理： 2、人工自动校准 全自动校准只适合于基准参数是电信号的场合，且不能校正由传感器引入的误差，为此，可采用人工校准的方法。 人工自动校准不是自动定时校准，而是由人工在需要时接入标准的参数进行校准测量，并将测量的参数存储起来以备以后使用。人工校准一般只测一个标准输入信号yR，零信号的补偿由数字调零来完成。 1．铂热电阻的阻值与温度的关系 Pt100铂热电阻适用于测量-200℃~850℃全部或部分范围测温， 主要特性是测温精度高，稳定性好。 Pt100阻值与温度的关系分为两段：-200~0℃和0~800℃， 其对应关系为： -200~0℃范围内 0~800℃范围内 2. 热电偶热电势与温度的关系非线性关系 铜—康铜热电偶 铁—康铜热电偶 镍铬—镍铝热电偶 在过程控制中，由于由传感器等检测元件测得的电信号与被检测的物理参数之间往往存在非线性关系，例如，温度测量中，热电偶输出的热电势信号与温度之间的关系是非线性的。为了得到均匀的显示刻度，希望系统的输出与输入有线性关系，往往采用非线性补偿方法，将非线性关系转化为线性关系。 硬件补偿：