数据处理技术课件-002

第7章数据处理技术本章要点:引宣1,测量数据的预处理技术2,常用的几种数字滤波方法3.标度变换算法4.查表方法5.本章小结6.思考题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AD通道或D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,査表和越限报警等。7.1测量数据预处理技术对测量数据的予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、系统校准技术以及输入、输出数据的极性与字长的予处理技术7.1.1系统误差的自动校准在控制系统的测量输入通道中,一般均存在放大器等器件的零点偏移和漂移,会造成放大电路的增益误差及器件参数的不稳定等现象,它们都会影响测量数据的准确性,这些误差都属于系统误差。它的特点是在一定的测量条件下,其变化规律是可以掌握的,产生误差的原因一般也是知道的。因此,系统误差是可通过适当的技术方法来确定并加以校正的,一般采丿软件程序进行处理,即可对这些系统误差进行自动校准1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。多路开关前置放大器模数转换器计算机ADCPU图7-1数字调零电路数字调零电路如图7-1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、AD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№;然后依次采集1、2、…,n路,每次采集到的数字量M1、N、…Mh值就是实际值与零点偏移值№之和。计算机要进行的数字调零就是做次减法运算,使(N-M)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、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。2.系统校准上述数字调零不能校正由传感器本身引入的误差。为了克服这种缺点,可采用系统校准处理技术。系统校准的原理与数字调零差不多,只是把测量电路扩展到包括现场的传感器,而且不是在每次采集数据时都进行校准,而是在需要时人工接入标准参数进行校准测量,把测得的数据存储起来,供以后实际测量使用。一般自动校准系统只测一个标准输入信号R,零点漂移的补偿仍由数字调零来完成。设数字调零后测得标准输入信号VR的数据为NR测得实际被测输设数字调零后测得标准输入信号R的数据为MR,而测得实际被测输入信号V时的数据为N,则可按如下校准式来计算v。V(7-1)系统校准特别适于传感器特性随时间会发生变化的场合。如电容式湿度传感器,其输入输出特性会随着时间而发生变化,一般一年以上变化会大于精度容许值,这时可每隔一段时间(例如3个月或6个月),用其它精确方法测出这时的湿度值,然后把它作为校准值输入测量系统。在实际测量湿度时,计算机将自动用该输入值来校准以后的测量值12数据极性的预处理控制系统中处理的信号很多是双极性的,如温度压力、位置、角度信号等。这就要求在实施控制时,不仅要考虑信号的幅度,还要考虑到信号的极性为此,在对AD转换后的数据和DA转换前的数据进行处理前,必须根据数据的极性先进行预处理,才能保证得到正确的结果。系统中有的输入信号是单极性的,而输出信号则要求是双极性的,如流量、压力等控制回路;有的则是要求输入和输出信号都是双极性的,如位置、角度等控制回路。下面就这两种情况分别加以讨论。1.输入、输出信号同为双极性在输入、输出都是双极性信号的控制系统中,程处理的输入和输出数据不仅反映信号幅度的大小,也反映信号的极性。假设信号的变化范围为5V~+5V,信号经AD转换得到的数字量为00H~FFH数字量的最高位D7表示信号的极性。当D7=0时,表示输入信号为负极性,即数字量00H~7FH表示-5V~0V的模拟信号;当D7=1时,表示输入信号为正极性即数字量7FH~FFH表示0V~+5V的模拟信号。在由双极性信号组成的闭环定值控制系统中,设给定信号为月,采样输入信号为z,则偏差值E=R-z。因为R和z的值对应的是双极性信号,所以偏差值E也是双极性信号,因此在参加运算前也必须进行预处理才能保证最终结果的正确。预处理的规则:如果偏差值的绝对值大于80H(此为无符号数),则偏差信号取最大值,即信号极性。负时取00H,信号极性为正时取FFH。否则,将运算结果直接作为偏差信号。2.输入、输出信号分为单双极性在控制系统中,有时会出现输入信号和给定信号是单极性的,即数字量00H~FFH对应同极性的信号,如0~+5V;而输出信号则要求是双极性的,即数字量00