第8章计算机控制系统的应用软件报告.ppt

习题8 l.软件的含义是什么？软件与硬件相比有哪些特点？ 2.软件设计的一般方法有哪些？它们有什么特点？ 3. 已知数字控制器的脉冲传递函数为D(z)=(z2+1.2z+0.5 )/(2z2+1.4z-2)试用以下三种方法实现D(z)，求出对应的差分方程，并画出对应的实现方框原理图。(1)直接程序法：(2)串联程序法：(3)并联程序法。 4.软件抗干扰技术都有哪些？各有何特点。 5.简述零位误差的校正方法。 6.简述插值算法的基本原理。 7．某温度控制系统采用8位ADC，测量范围为10~100℃，传感器采样并经滤波和非线性校正后的数字量为28H，试对其进行标度变换求出所对应的温度值。 4）加权平均滤波 上述各种平均滤波法中，每次采样在平均结果中的比重是均等的，即1/N。用这样的滤波算法，对于时变信号会引入滞后，N越大，滞后越严重。为了增强最后一次（或某一次）在平均结果中的比重，以增强实时性，可采用加权平均滤波 。 增加新的采样数据在滑动平均中的比重，以提高系统对当前采样值的灵敏度，即对不同时刻的数据加以不同的权。通常越接近现时刻的数据，权取得越大，以提高系统对当前采样值的灵敏度。这种方法可以根据需要，突出信号的某一部分，抑制信号的另一部分。 具体方法是在算术平均滤波基础上，对不同时刻的采样值赋以不同的加权因子。即： 其中 ，且 。 该方法适用于系统纯延迟时间常数较大而采样周期较短的情况。该方法实现的关键在于加权因子的选取。一般是愈新的采样值赋以较大的比重，以迅速反应系统当前所受干扰的严重程度。 5）中值滤波 方法：中值滤波是对某一被测参数连续采样n次( ，n为奇数)，取采样值居中者作为滤波器的输出。一般，n取3或5。对某一被测参数连续采样n次（一般n应为奇数），然后将这些采样值进行排序，选取中间值为本次采样值。 适用：滤除由于偶然因素引起采样值波动的脉冲干扰，对变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果，但不适用于快速变化的过程参数。 6）惯性滤波 硬件RC滤波器的缺点：难以实现抑制低频干扰——大时间常数的RC网络不易制作。因为增大网络的R值会引起信号较大幅值衰减，而增大C值，则使电容的漏电和等效串联电感也随之增大，影响滤波效果。 方法：模拟RC滤波器电路如图8-9所示。设采样周期为T,离散化后有 令滤波平滑系数： 显然平滑系数小于1，则 此式即为惯性滤波算法，其中的α根据实际情况确定。 2. 冗余技术 所谓冗余，也称容错技术或故障掩盖技术，就是为了保证整个系统在局部发生故障时能够正常工作，而在系统中设置一些备份部件，一旦故障发生便启动备份部件投入工作，使系统保持正常工作。 1）硬件冗余 2）信息冗余技术 3）指令冗余 在程序中人为地插入一些空操作指令NOP或将有效的单字节指令重复书写，此即指令冗余技术。由于空操作指令为单字节指令，且对计算机的工作状态无任何影响，这样就会使失控的程序在遇到该指令后，能够调整其 PC 值至正确的轨道，使后续的指令得以正确地执行。 3. 软件陷阱技术 指令冗余使跑飞的程序安定下来是有条件的，首先跑飞的程序必须落到程序区，其次必须执行到冗余指令。当跑飞的程序落到非程序区(如EPROM中未使用的空间、程序中的数据表格区)时，对此情况采取的措施就是设立软件陷阱。 软件陷阱，就是在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，即通过一条引导指令，强行将跑飞的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。如果我们把这段程序的入口标号称为ERROR的话，软件陷阱即为一条 JMP ERROR指令。为加强其捕捉效果，一般还在它前面加上两条NOP指令，因此真正的软件陷阱是由3条指令构成： NOP NOP JMP ERROR 4. 程序运行监视系统 1）Watchdog Timer工作原理 2）Watchdog Timer实现方法 在CPU正常工作时，每隔一定时间(小于X5045的定时时间)运行一次这个访问程序，X5045就不会产生溢出脉冲。一旦CPU陷入死循环，不再执行该程序也即不对 X5045进行访问，则X5045就会在RESET端输出宽度100ms~400ms的正脉冲，足以使CPU复位。 5. 编写软件的其他注意事项 1）尽量采用单字节指令，以减少因干扰而程序乱飞的机率。 2）慎用堆栈。 3）屏蔽中断是受CPU内部中断允许控制寄存器控制的中断。不可屏蔽中断不受CPU内部中断允许控制寄存器控制。系统受到干扰时，很有可能使中断允许控制寄存器失效，从而使中断关闭。因此，“看门狗”发生的故障信号应接入CPU的不可屏蔽中断输入端