计算机控制技术与系统 课件 05 数据处理与控制策略.pptx

1第5章

数据处理与控制策略DataProcessingControlStrategy

2数字滤波和数据处理数字控制器的设计技术数控技术基础数字PID控制算法常规控制方案先进控制方案本章主要内容

35.1数字滤波和数据处理数字滤波数据处理DataFilteringandDataProcessing

4进行数字滤波和处理的必要性存在外部干扰：温度、电场、磁场；采样系统多次转换（主观+客观），信号会掺杂噪声；直接测得数据可能不可用。数字滤波在计算机中利用某种计算方法对原始输入数据进行数学处理，去掉原始数据中掺杂的噪声数据，提高信号的真实性，获得最具有代表性的数据集合。数据处理通过数字滤波得到比较真实的被测参数，有时不能直接使用，还需要做某些处理，如合理性判别、补偿或校正运算、线性化处理等。

55.1.1数字滤波概述在软件中对采集到的数据进行消除干扰的处理；目的是进一步消除附加在数据中的干扰，使采集数据能真实反映现场实际情况，提高信号可靠性。优点不需增加硬件设备，只需在计算机得到采样数据后，执行预定滤波算法程序即可达到滤波目的；稳定性好，一种滤波程序可以反复调用，使用方便灵活。常用数字滤波方法平均值滤波法、中值滤波法、惯性滤波法、程序判断滤波法

65.1.1数字滤波—1.平均值滤波法(1)算术平均值滤波对一点数据连续采样多次，计算算术平均值，以平均值作为该点采样结果；可减少系统随机干扰对采集结果的影响。m值决定信号平滑度和灵敏度。适用于对流量、压力及沸腾状液面等周期性采样信号作平滑处理。m的选取参考：流量(8/16),压力(4/8),温度、成分(2)。

75.1.1数字滤波—1.平均值滤波法实现方法可以在一个采样瞬间对一个测点多次采样后,计算出其平均值；也可对多个采样周期的平均采样值作递推滤波。递推算式为加快运算速度,可利用上一次计算值,通过递推平均滤波算式得到当前采样时刻的递推平均值。

85.1.1数字滤波—1.平均值滤波法(2)加权平均滤波算术平均值滤波对每个采样值给出相同的权重系数1/m；若要增加新采样值在平均值中比重,提高系统对当前所受干扰的灵敏度,可采用加权平均滤波,算式为ai为加权系数，体现各次采样值在平均值中所占比例。这种滤波方法可根据需要突出信号某一部分，抑制信号另一部分。适用于纯滞后较大、采样周期短的过程。平均值滤波法：不适用于脉冲性干扰比较严重的场合。

95.1.1数字滤波—2.中值滤波法中值滤波的基本原理对某一参数连续采样n(奇数)次,把n次的采样值从小到大或从大到小排队,再取中间值作为本次采样值。适用范围对于去掉由于偶然因素引起的波动或采样器不稳定造成的误差所引起的脉动干扰比较有效；若变量变化比较慢，则采用中值滤波效果比较好。实际使用时，n值要选择适当，若选择过小，可能起不到去除干扰的作用，n过大，会造成采样数据的时延过大，造成系统性能变差。一般取n为3-5次。

105.1.1数字滤波—2.中值滤波法平均值滤波:对具有周期性干扰噪声的信号比较有效中值滤波法:对偶然出现的脉冲干扰信号有良好的滤波效果二者结合：连续采样n次，并按大小排序，从首尾各舍掉1/3个大数和小数，再将剩余的1/3个大小居中的数据进行算术平均，作为本次采样的有效数据；去掉最大值和最小值，将余下的(n-2)个采样值算术平均。静态滤波：适用于快速变量

115.1.1数字滤波—3.惯性滤波法动态滤波：适用于慢速随机变量惯性滤波法基本概念用软件实现RC低通滤波器功能,动态方程为其中Tf=RC，称为滤波时间常数离散化后动态方程，T为采样周期,得0＜a＜1,称为滤波系数。

125.1.1数字滤波—4.程序判断滤波法基本概念根据生产经验，确定两次采样输入信号可能出现的最大偏差Δy当采样信号由于随机干扰，使得采样数据偏离实际值较远，可以采用程序判断滤波。随机干扰：大功率用电设备启停、尖峰干扰、误检测、变送器不稳定引起的严重失真等。一般分两类限幅滤波限速滤波

135.1.1数字滤波—4.程序判断滤波法（1）限幅滤波把两次相邻的采样值相减，求出其增量（以绝对值表示），然后与两次采样允许的最大偏差Δy0比较，若小于或等于Δy0取本次采样值，若大于Δy0仍取上次采样值。即|y(k)-y(k-1)|≤Δy0,则y(k)=y(k)Δy0,则y(k)=y(k-1)

145.1.1数字滤波—4.程序判断滤波法（2）限速滤波限速滤波可用三次采样值来决定采样结果当|y(k)-y(k-1)|Δy时，再采样一次，取得y(k+1)根据|y(k+1)-y(k)|与Δy的关系决定