计算机控制系统PPT_3

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—计算机控制系统—

第三章 计算机控制系统中的控制策略 Control Strategy of Computer System

2012-10-6

第三章 计算机控制系统中的控制策略

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本章主要内容 数字滤波和数据处理 数字PID控制算法 基于数字PID控制的多回路控制系统

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第一节 Unit 1数字滤波和数据处理

Data Filtering and Data Processing

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第三章 计算机控制系统中的控制策略

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本节主要内容 采样数据的合理性判别及报警 数字滤波 数字处理 软测量简介

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第三章 计算机控制系统中的控制策略

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3-1 数字滤波和数据处理 进行数字滤波和处理的必要性– 计算机控制系统是采样系统 – 提高信号的可靠性

主要内容– 合理性的判别与滤波

– 进行线性化处理– 软测量的基本思想

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第三章 计算机控制系统中的控制策略

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3-1-1 采样数据的合理性判别及报警(1) 越限的限幅与报警

设某通道当前采样值为y(k) yL ≤y(k)≤yH 时; y(k)为当前采样有效值 y(k)>yH , 取 y(k)= yH (上限值),报警 y(k)<yL , 取 y(k)= yL (下限值),报警

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3-1-1 采样数据的合理性判别及报警(2) 对采样数据进行分析判断 分析判断的根据– –

过程机理等客观规律和操作经验 根据运算模块进行检查

常见的处理方法––

一般通道：有限次数后报警，停止在线程序 重要通道：设计故障诊断系统甚至容错系统

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3-1-2 数字滤波(又称软件滤波) 数字滤波的必要性及优点– 与RC滤波器结合使用，可抑制大多数引入

过程的干扰 – 不需要增加硬设备 – 稳定性好, 且一种滤波程序可以反复调用 – 使用灵活、方便, 便于修改

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3-1-2 数字滤波—平均值滤波法(1) 算术平均值滤波y (k )

m

1

m

y (k i)

i 1

其中算术平均的次数m值决定了信号的平滑度和灵 敏度。适用于对流量、压力及沸腾状液面一类信 号作平滑处理。

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3-1-2 数字滤波—平均值滤波法(2) 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 –也可以对多个采样周期的平均采样值 作递推滤波使用 递推运算时,为加快运算速度,可以利用 上一次计

算出的值,通过递推平均滤波算 式,计算出当前采样时刻的有效采样信号2012-10-6 第三章 计算机控制系统中的控制策略 10

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3-1-2 数字滤波—平均值滤波法(3) 加权递推平均滤波(滑动平均值滤波)基本思想：算术平均值滤波对每个采样值给出相 同的权重系数, 即1/m。若要增加新采样值在有 效信号中的比重, 提高系统对当前所受干扰的 灵敏度, 实际应用时, 可采用加权递推平均滤波, 其算式为y (k )

m 1

a i y (k i)m 1

常数 ai 的选取是多种多样的，满足 2012-10-6 第三章 计算机控制系统中的控制策略

i 0

ai 1

i 0

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3-1-2 数字滤波—中值滤波法(1) 中值滤波的基本原理 – 在某采样瞬间对被测参数连续采样3次,选择

大小居中的数据作为有效信号。 适用范围 – 能有效地去除由于偶然因素引起的波动或因 采样器的不稳定造成的误码等脉冲性干扰。 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，可结合使用。2012-10-6 第三章 计算机控制系统中的控制策略 12

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3-1-2 数字滤波—惯性滤波法(一阶滞后滤波) 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 dy 其中 Tf =RC,称为滤 T f y x dt 波时间常数 离散化后动态方程， T为采样周期, 得

y ( k ) ay ( k 1) (1 a ) x ( k )a T f /( T f T ) ,

0<a<1, 称为滤波系数。

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3-1-2 数字滤波—程序判断滤波 基本概念–

克服偶然的、大幅度的跳码干扰≤Δy0, 则 y(k)=y(k)

比较两个相邻采样瞬间采样值的大小|y(k)-y(k-1)| >Δy0, 则 y(k)=y(k-1)

关键

–

正确选择Δy0。故该法又叫限速(变化率)滤波 法

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3-1-2 数字滤波 各种滤波方法的特点与应用–平均值滤波适用于周期性干扰； –加权平均递推滤波适用于纯滞后较大

的过程； –中值滤波和程序判断滤波适用于偶然 出现的脉冲干扰； – 惯性滤波适用于高频干扰。2012-10-6 第三章 计算机控制系统中的控制策略 15

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3-1-3 数据处理 目的– 经过处理后，可直接引用采样数据。

常见的数据处理内容–

––

线性化处理：(1)孔板差压与流量 (2)热电偶的热电势与温度 校正运算：如温度补偿 测量值与工程量的转换： (1)线性值公式；(2) 开方值转换公式；(3)热电偶与热电阻公式第三章 计算机控制系统中的控制策略 16

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