东北大学自动化复习课件20信号数字化转换过程中误差分析与信号处理技术.pptVIP

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 2﹑理论计算采样周期造成的误差(6) 幅值误差为： 相位误差为： 2.1 信号数字化转换过程中的误差定量分析 3﹑采样周期造成的误差的理论计算与实际计算差别（1） 对比这种理论分析结果和实际计算结果，从中不难发 现不尽相同。也就是说，以理想采样函数为基础的理 论分析方法，在对实际的采样变量进行分析时，存有 一定的误差。 下面我们以m=2为例，来对这种理论计算的误差情况进 行分析。 实际计算的基波幅值和相位： 2.1 信号数字化转换过程中的误差定量分析 3﹑采样周期造成的误差的理论计算与实际计算差别（2） 比较条件 m=2。 实际计算的基波幅值和相位： 理论计算的基波幅值和相位： 采样函数的基波幅值误差和相位误差，与采样点和正 弦信号的相位无关，这与实际不符合。 2.1 信号数字化转换过程中的误差定量分析 3﹑采样周期造成的误差的理论计算与实际差别（3） 比较结论： 采用以理想采样函数为基础的理论分析方法，在对实际的采样变量进行分析时，存在一定的误差； 采样周期越大（或m越小），周期函数的幅值和相位误差越大； 随着采样频率的提高，即m增大，理论分析方法结果与实际计算结果趋同。 2.1 信号数字化转换过程中的误差定量分析 在计算机控制系统中，被采样的信号常常带有某些谐 波干扰分量，在传输中又会引进一些干扰信号，这样 的失真信号如不经处理，以恢复原信号，则会影响系统的性能指标，严重时甚至使系统无法正常工作。 2.2 数字信号的滤波处理技术 (一) ﹑均值滤波 在一个采样周期内，连续采样几个值，取其平均值作为实际测量值。均值滤波的数学表达式如下： 式中，Y为数字滤波器输出；Xi为第i次采样值；N为采样次数。 均值滤波法实质是对信号的平滑处理，其平滑程度取决于采样次数N。N越大计算结果越准确，但灵敏度降低，对N的取值应视具体情况，进行折中处理。 2.2 数字信号的滤波处理技术 (二) ﹑中值滤波 连续采样三次X1、X2、X3，去掉最大值和最小值， 取中间值作为本次采样值。其数学表达式如下： 如果X1≤X2≤X3，则中值滤波器输出为Y= X2。 中值滤波方法对去掉脉动性的干扰比较有效，但不 宜用于快速变化的变量的处理。 2.2 数字信号的滤波处理技术 (三) ﹑抗干扰中值滤波 外界的干扰信号中，常有脉冲型干扰信号，而且幅值 时小时大，为了消除这种瞬间的干扰信号，常采用抗 干扰中值滤波措施。其具体做法如下： 连续采样N次，得到N次采样值X1、X2…XN，将N次 采样值按数值由小到大排列为X1≤X2≤…≤XN，去 掉其中的最小值X1和最大值XN，然后对剩余的采样 值进行均值运算，其运算结果作为滤波器输出Y，其 计算公式为： 2.2 数字信号的滤波处理技术 (四) ﹑限幅滤波（1） 大的随机干扰或者采样电路的不稳定，使得采样的数据明 显偏离实际值，或者两次采样之间的变化很大，这时需要 利用限幅滤波方法。 限幅滤波法的基本思路是：根据被滤波信号的实际变化范 围及变化的频率，确定滤波器的参数，即信号的上、下极 限幅度及相邻采样点的信号变化极限，对被滤波信号进行 限幅。 2.2 数字信号的滤波处理技术 (四) ﹑限幅滤波（2） 对于一个采样值 ，限幅滤波器的输出 按下式处理： 和 为被滤波信号的最大和最小允许值，它们与被测信号 的变化范围有关； 与采样周期及被测信号的正常变化率有 关，实际应用中，这些参数需要根据具体情况而定。 2.2 数字信号的滤波处理技术 (五) ﹑惯性滤波 惯性滤波法是由连续域中的一阶惯性滤波器，经离散化处理后得到的。惯性滤波法的数学表达式为 滤波器当前时刻的输出值 是上次采样时刻输出值 与本次输入采样值的加权平均值， 就是 的权，称为滤波系数。 越大，则表示上次滤波器输出值在本次滤波器输