第四章测量数据处理优秀PPT.ppt

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1、第四章测量数据处理第四章测量数据处理第一页，本课件共有68页4 测量数据处理测量数据处理原始测量数据原始测量数据A/D转换转换微机内部先预处理微机内部先预处理显示或输出显示或输出数据处理算法数据处理算法第二页，本课件共有68页4.测量数据处理测量数据处理4.1 零位和灵敏度的误差校正零位和灵敏度的误差校正4.2 量程自动切换量程自动切换4.3 超限自动报警超限自动报警4.4 标度变换标度变换4.5 非线性校正算法非线性校正算法4.6 数字滤波数字滤波第三页，本课件共有68页4.1零位和灵敏度的误差校正零位和灵敏度的误差校正软件校正方法软件校正方法理想的线性测试系统理想的线性测试系统输出读数输出

2、读数被测真值被测真值该通道的标称灵敏度该通道的标称灵敏度或增益或增益 第四页，本课件共有68页软件校正方法软件校正方法实际的线性测试系统实际的线性测试系统存在存在“零位误差零位误差”和和“灵敏度误差灵敏度误差”“零位误差零位误差”x”x0 0输入输入y y为为零时的输出零时的输出 指实际灵敏度指实际灵敏度k k与标与标称灵敏度称灵敏度k k0 0的偏差的偏差 第五页，本课件共有68页软件校正方法软件校正方法测量误差测量误差（系统误差）（系统误差）误差值误差值真值真值系统误差系统误差系统误差系统误差第六页，本课件共有68页软件校正方法软件校正方法误差校正算法误差校正算法？根据式根据式根据式根据式

3、4 41 12 2推导推导推导推导第七页，本课件共有68页软件校正方法软件校正方法误差校正算法误差校正算法被测系统被测系统被测系统被测系统X X1 1Y Y1 1被测系统被测系统被测系统被测系统X X2 2Y Y2 2 第八页，本课件共有68页软件校正方法软件校正方法误差校正算法误差校正算法被测系统被测系统被测系统被测系统X X0 00 0简简简简化化化化第九页，本课件共有68页软件校正方法软件校正方法标准标准输入输入输入为输入为零零被测被测量量第十页，本课件共有68页硬件校正方法硬件校正方法零位调整电路零位调整电路传感器调零电路传感器调零电路 许多传感器都设置了专门的调零电路，许多传感器都设

4、置了专门的调零电路，当被测非电量当被测非电量为零而传感器的输出不为零为零而传感器的输出不为零，可调整调零电路中的调可调整调零电路中的调零电位器实现调零。零电位器实现调零。第十一页，本课件共有68页硬件校正方法硬件校正方法电桥调零电路电桥调零电路 传感器常采用电桥作为测量电路传感器常采用电桥作为测量电路为保证被测参数为零时，电桥输出也为零。设置为保证被测参数为零时，电桥输出也为零。设置了调零电位器。了调零电位器。图中为调零电位器，调整它可图中为调零电位器，调整它可图中为调零电位器，调整它可图中为调零电位器，调整它可使温度为使温度为使温度为使温度为0 0时，电桥输出电时，电桥输出电时，电桥输出电时

5、，电桥输出电压为零压为零压为零压为零第十二页，本课件共有68页硬件校正方法硬件校正方法放大器输入偏移调零电路放大器输入偏移调零电路 放大器输入电压放大器输入电压放大器输入电压放大器输入电压为前级测量电路的零位输出。为前级测量电路的零位输出。调整目的调整目的调整目的调整目的：保证放大器输出电压：保证放大器输出电压：保证放大器输出电压：保证放大器输出电压U U0 0在在在在x=0 x=0时为零时为零时为零时为零K K第十三页，本课件共有68页硬件校正方法硬件校正方法A/D转换器调零电路转换器调零电路若若A/D的输入高端：被测电压的输入高端：被测电压Ux低端：调零电路提供偏移电压低端：调零电路提供偏

6、移电压UaU b,则有则有S S传感器和传感器和传感器和传感器和A/DA/D转换之前模拟电路的总灵敏度，转换之前模拟电路的总灵敏度，转换之前模拟电路的总灵敏度，转换之前模拟电路的总灵敏度，q qA/DA/D转换器的量化单位，即转换器的量化单位，即转换器的量化单位，即转换器的量化单位，即N=1N=1所对应的模拟电压。所对应的模拟电压。所对应的模拟电压。所对应的模拟电压。第十四页，本课件共有68页AD590调零电路调零电路第十五页，本课件共有68页灵敏度调整的硬件实现灵敏度调整的硬件实现 调整传感器本身的灵敏度调整传感器本身的灵敏度调整传感器电桥电源电压调整传感器电桥电源电压调整放大器放大倍数调整

7、放大器放大倍数最常用。最常用。调整调整A/D转换器的基准电压转换器的基准电压注意：在零点和灵敏度都发生漂移的情况下，通注意：在零点和灵敏度都发生漂移的情况下，通常是先调零，后调灵敏度。常是先调零，后调灵敏度。第十六页，本课件共有68页4.2 量程自动切换量程自动切换量程量程指检测系统测量上限指检测系统测量上限x max和测量下限和测量下限xmin之代数之代数差，即：差，即：量程自动切换量程自动切换使测量过程自动迅速地选择在最佳量程上使测量过程自动迅速地选择在最佳量程上既能防止数据溢出和系统过载，又能保证一定的既能防止数据溢出和系统过载，又能保证一定的测量精度。测量精度。传统：手动传统：手动切换

8、切换第十七页，本课件共有68页两个问题：两个问题：1、如何才能知道什么时候该量程切换？、如何才能知道什么时候该量程切换？2、怎么实现量程切换？、怎么实现量程切换？4.2 量程自动切换量程自动切换第十八页，本课件共有68页4.2 量程自动切换量程自动切换量程切换的依据量程切换的依据 第十九页，本课件共有68页4.2 量程自动切换量程自动切换 量程切换的依据量程切换的依据不能使数据溢出，要求不能使数据溢出，要求不能使数据溢出，要求不能使数据溢出，要求或或或或第二十页，本课件共有68页4.2 量程自动切换量程自动切换相对误差相对误差要求：要求：要求：要求：或或或或第二十一页，本课件共有68页4.2

9、量程自动切换量程自动切换量程判别条件量程判别条件 第二十二页，本课件共有68页4.2 量程自动切换量程自动切换模拟判别的方法模拟判别的方法窗口比较器。图窗口比较器。图421，通常取：通常取：通常取：通常取：过量程过量程过量程过量程 欠量程欠量程欠量程欠量程 第二十三页，本课件共有68页4.2 量程自动切换量程自动切换数字判别的方法数字判别的方法1、高位检测法、高位检测法读取读取A/D转换数据的高两位或高三位：转换数据的高两位或高三位：若都为若都为若都为若都为“1”“1”，则，则，则，则“过量程过量程过量程过量程”，若都为若都为“0”，则，则“欠量程欠量程”。2 2、A/DA/D自检测法自检测法

10、自检测法自检测法A/DA/D自身提供自身提供自身提供自身提供“过量程过量程过量程过量程”和和和和“欠量程欠量程欠量程欠量程”指示信号。指示信号。指示信号。指示信号。第二十四页，本课件共有68页量程切换的方法量程切换的方法 程控放大器和程控衰减器程控放大器和程控衰减器 量程（上限）值量程（上限）值量程（上限）值量程（上限）值 第二十五页，本课件共有68页量程切换的方法量程切换的方法 改变量程值方法改变量程值方法改变改变改变改变E E改变改变改变改变S S改变改变改变改变KK最常用最常用最常用最常用 改变改变改变改变K的常用电路的常用电路的常用电路的常用电路数控放大器数控放大器数控放大器数控放大器

11、由多路开关由多路开关由多路开关由多路开关MUXMUX和放大器构成（和放大器构成（和放大器构成（和放大器构成（a a）。）。）。）。程控衰减器程控衰减器程控衰减器程控衰减器由多路开关由多路开关由多路开关由多路开关MUXMUX和电阻分压网络构成。和电阻分压网络构成。和电阻分压网络构成。和电阻分压网络构成。MUXMUX用作用作用作用作“量程切换开关量程切换开关量程切换开关量程切换开关”。第二十六页，本课件共有68页量程切换的程序量程切换的程序编程原则编程原则若判别结果是若判别结果是“欠量程欠量程”，则切换到较小的量程，则切换到较小的量程即降一个量程；即降一个量程；若判别结果是若判别结果是“超量程超量

12、程”，则切换到较大的量程，则切换到较大的量程即升一个量程；即升一个量程；若判别结果是既不若判别结果是既不“欠量程欠量程”也不也不“超量程超量程”，则不进行量程切换；则不进行量程切换；若已经达到最小量程或最大量程，也不再进行量若已经达到最小量程或最大量程，也不再进行量程切换。程切换。通常一开始应先选用最大量程进行测量，以避免通常一开始应先选用最大量程进行测量，以避免仪器过载或损坏。仪器过载或损坏。图图4 42 23 3第二十七页，本课件共有68页4.3 超限自动报警超限自动报警重要参数重要参数上下限检查上下限检查报警报警程序设计：比较方法程序设计：比较方法采样、数字滤波以及标度变换、比较采样、数

13、字滤波以及标度变换、比较第二十八页，本课件共有68页上限上限处理处理下限下限处理处理第二十九页，本课件共有68页越限报警系统设计实例越限报警系统设计实例锅炉报警系统锅炉报警系统P1口各位功能分配口各位功能分配报警参数：水位报警参数：水位(X1)、炉温、炉温(X2)、蒸汽压力下限、蒸汽压力下限(X3)；报警点：水位上、下限、温度上、下限和蒸汽下限。报警点：水位上、下限、温度上、下限和蒸汽下限。报警方式：当各参数均正常、无报警时绿灯亮，报警方式：当各参数均正常、无报警时绿灯亮，当某参数过限发出报警信号，鸣笛并使相应指示灯当某参数过限发出报警信号，鸣笛并使相应指示灯亮。亮。第三十页，本课件共有68页

14、锅炉报警电路原理图锅炉报警电路原理图 第三十一页，本课件共有68页软件设计控制报警软件设计控制报警报警参数和标志存放地址的分配：报警参数和标志存放地址的分配：设一个报警标志单元如设一个报警标志单元如20H单元，无报警时单元，无报警时20H清清0，有报警时，有报警时20H置置“1”；水位、温度、压力三个参数采样值分别存放在水位、温度、压力三个参数采样值分别存放在SAMP为首地址的内存单元中；为首地址的内存单元中；5个报警点分别存放在个报警点分别存放在30H34H内部内部RAM中。中。水位上、下限用水位上、下限用MAX1、MIN1表示；温度上、下表示；温度上、下限用限用MAX2、MIN2表示，蒸汽

15、压力用表示，蒸汽压力用MIN3表示，表示，依次存于依次存于30H34H单元。单元。第三十二页，本课件共有68页第三十三页，本课件共有68页4.4 标度变换标度变换标度变换标度变换为能从显示器上直接读取带有被测量量纲的数值为能从显示器上直接读取带有被测量量纲的数值所进行必要的变换。所进行必要的变换。普通万用表上电流、电压刻度普通万用表上电流、电压刻度普通万用表上电阻刻度普通万用表上电阻刻度第三十四页，本课件共有68页第三十五页，本课件共有68页硬件实现硬件实现-模拟显示模拟显示线性、非线性线性、非线性线性模拟仪表线性模拟仪表非线性模拟仪表非线性模拟仪表测量通道测量通道不包含任何非线性环不包含任何

16、非线性环节节包含非线性环节包含非线性环节表头指针偏转角表头指针偏转角 与被测量与被测量x x的关的关系系线性关系线性关系非线性关系非线性关系表盘刻度表盘刻度线性均匀刻度线性均匀刻度非线性非均匀刻度非线性非均匀刻度标定方法标定方法两点定标两点定标多点定标：多点定标：加多个标准输入量加多个标准输入量x x1 1,x,x2 2,x,xn n，在，在表头指针偏转表头指针偏转 1 1,2 2，n n所指度所指度盘处各刻一刻线，并在刻线处依次盘处各刻一刻线，并在刻线处依次标出标出x x1 1,x,x2 2,x,xn n的值。的值。典型实例典型实例普通万用表上电流、普通万用表上电流、电压刻度电压刻度普通万用

17、表上电阻刻度普通万用表上电阻刻度第三十六页，本课件共有68页硬件实现硬件实现-模拟显示模拟显示非线性校正电路非线性校正电路 若串接非线性校正电路的传输函数是被校正若串接非线性校正电路的传输函数是被校正非线性环节传输函数的反函数，则刻度盘就非线性环节传输函数的反函数，则刻度盘就可采用线性刻度。可采用线性刻度。开方器开方器开方器开方器实例实例实例实例差压式流量计的指针偏角与流量差压式流量计的指针偏角与流量差压式流量计的指针偏角与流量差压式流量计的指针偏角与流量QQ成非线性关系成非线性关系成非线性关系成非线性关系 第三十七页，本课件共有68页硬件实现硬件实现-数字显示数字显示线性通道线性通道从从A/

18、D转换结果转换结果Di得到被测量的数值得到被测量的数值Ni第三十八页，本课件共有68页硬件实现硬件实现-数字显示数字显示线性通道线性通道S S S S传感器灵敏度传感器灵敏度传感器灵敏度传感器灵敏度(即被测量转换成电压的转换系数即被测量转换成电压的转换系数即被测量转换成电压的转换系数即被测量转换成电压的转换系数)；E E E EA/DA/DA/DA/D转换器满量程输入电压；转换器满量程输入电压；转换器满量程输入电压；转换器满量程输入电压；DFSDFSDFSDFSA/DA/DA/DA/D转换器满量程输出数字。转换器满量程输出数字。转换器满量程输出数字。转换器满量程输出数字。实现标实现标实现标实现

19、标度度度度变换变换变换变换的条件：的条件：的条件：的条件：第三十九页，本课件共有68页硬件实现硬件实现-数字显示数字显示线性通道线性通道实现标度变换的方法实现标度变换的方法调整放大增益；调整放大增益；调整传感器灵敏度调整传感器灵敏度(例如调整应变电桥的电源电压例如调整应变电桥的电源电压)；调整调整A/D转换器基准电压转换器基准电压E。第四十页，本课件共有68页为了采用硬件方法实现标度变换为了采用硬件方法实现标度变换为了采用硬件方法实现标度变换为了采用硬件方法实现标度变换 应将测量放大器增益调整为应将测量放大器增益调整为应将测量放大器增益调整为应将测量放大器增益调整为 第四十一页，本课件共有68

20、页称重传感器的灵敏度为称重传感器的灵敏度为 MC14433MC14433的的的的满满满满量程量程量程量程输输输输出数字出数字出数字出数字满满满满量程量程量程量程输输输输入入入入电压电压电压电压E E2 2=V V，要求，要求，要求，要求A/DA/D转换转换转换转换器直接器直接器直接器直接输输输输出公斤数即出公斤数即出公斤数即出公斤数即 第四十二页，本课件共有68页硬件实现硬件实现-数字显示数字显示非线性通道非线性通道在在A/D转换器之前串接转换器之前串接“模拟线性校正电路模拟线性校正电路”该校正电路的输入输出特性曲线与非线性环节该校正电路的输入输出特性曲线与非线性环节的输入输出特性曲线成反函数

21、关系，就可使的输入输出特性曲线成反函数关系，就可使A/D转换结果与被测量成线性关系。转换结果与被测量成线性关系。A/D转换器之后增设转换器之后增设EPROM线性化器线性化器 首先通过校准实验获得每个标准输入产生的首先通过校准实验获得每个标准输入产生的A/D转换数据，把标准输入值转换数据，把标准输入值Ni写入以写入以Di为地址的为地址的EPROM存贮单元中，这样每当存贮单元中，这样每当A/D转换器产生一转换器产生一个数据个数据Di时，就能以时，就能以Di作为访问地址从作为访问地址从EPROM的该地址存贮单元中读出与的该地址存贮单元中读出与Di相对应的相对应的Ni值。值。第四十三页，本课件共有68

22、页硬件实现硬件实现效果分析效果分析用硬件实现标度变换的优缺点用硬件实现标度变换的优缺点 优点优点实时性强实时性强缺点缺点增加硬件开销增加硬件开销结论：在一般的不要求进行适时控制的检测系统结论：在一般的不要求进行适时控制的检测系统中，只要时间允许，应尽可能采用软件方法进行中，只要时间允许，应尽可能采用软件方法进行标度变换和非线性校正，这样可大大节省硬件开标度变换和非线性校正，这样可大大节省硬件开销，而且手段灵活，不同参量的标度变换只需调销，而且手段灵活，不同参量的标度变换只需调用不同的变换软件或参数即可。用不同的变换软件或参数即可。第四十四页，本课件共有68页软件实现方法软件实现方法线性通道线性

23、通道 线性通道的标度变换线性通道的标度变换 式中，式中，式中，式中，N NH H，N NL L线性测量范围的上、下限；线性测量范围的上、下限；线性测量范围的上、下限；线性测量范围的上、下限；D DH H，D DL LNNH H，N NL L对应的对应的对应的对应的A/DA/D转换结果；转换结果；转换结果；转换结果；DiDi被测量被测量被测量被测量NiNi对应的对应的对应的对应的A/DA/D转换结果。转换结果。转换结果。转换结果。第四十五页，本课件共有68页例例442 某微机化温度测量仪表的量程为某微机化温度测量仪表的量程为某微机化温度测量仪表的量程为某微机化温度测量仪表的量程为10010090

24、0900，利用单片机，利用单片机，利用单片机，利用单片机803l803l和和ADC0809进行进行进行进行A AD转换。在某一时刻计算机采转换。在某一时刻计算机采转换。在某一时刻计算机采转换。在某一时刻计算机采样并经过数字滤波后的数字量为样并经过数字滤波后的数字量为样并经过数字滤波后的数字量为样并经过数字滤波后的数字量为CDH，求此时对应的温，求此时对应的温，求此时对应的温，求此时对应的温度值是多少度值是多少度值是多少度值是多少?(?(设仪表的量程是线性的设仪表的量程是线性的设仪表的量程是线性的设仪表的量程是线性的)第四十六页，本课件共有68页软件实现软件实现-非线性通道非线性通道实例实例差压

25、式流量测量通道差压式流量测量通道 A/D转换结果转换结果Di将与被测流量将与被测流量Qi的平方成正比的平方成正比 如果不增设开方器如果不增设开方器 第四十七页，本课件共有68页4.5 非线性校正算法非线性校正算法非线性校正算法非线性校正算法适用于适用于A/D转换结果与被转换结果与被测量不存在明确或简单的函数关系测量不存在明确或简单的函数关系 本节约定：本节约定：x表示由表示由A/D送入微机的原始测量数据送入微机的原始测量数据y表示被测量的表示被测量的“真值真值”z表示经过表示经过“校正校正”处理后，微机输出给显示器处理后，微机输出给显示器或控制器的数据或控制器的数据本节讨论本节讨论在在 y=f

26、(x)公式复杂和公式复杂和y=f(x)只有离散数据两种情只有离散数据两种情况下，由况下，由A/D转换结果转换结果x求取显示数据求取显示数据z(要求要求z=y或误差在允许范围之内即或误差在允许范围之内即zy)的方法的方法第四十八页，本课件共有68页离散数据的获得离散数据的获得标定实验标定实验在规定的实验条件下，给测试系统的输入端逐次在规定的实验条件下，给测试系统的输入端逐次加入一个个已知的标准的被测量加入一个个已知的标准的被测量y1,y2yn，并，并记下对应的输出读数记下对应的输出读数(A/D转换结果转换结果)x1,x2xn。这样就获得这样就获得n对输入对输入/输出数据输出数据(xi,yi)，(

27、i=1,2n)这些这些“标定标定”数据就是数据就是y=f(x)的离散方式描述。的离散方式描述。第四十九页，本课件共有68页4.5.1查表法查表法通过热电阻、热电偶分度表，或通过标定实通过热电阻、热电偶分度表，或通过标定实验，获得验，获得n对对“标定标定”数据数据(xi,yi)，i=1,2n)。优点优点不需要进行计算；为标定数据，不存在误差。不需要进行计算；为标定数据，不存在误差。缺点缺点需要在整个测量范围内标定实验测得很多的测试需要在整个测量范围内标定实验测得很多的测试数据；占用较多内存。如数据；占用较多内存。如8位位AD转换，有转换，有256个数据需占用一页内存，个数据需占用一页内存，12位

28、位AD转换则需转换则需4K内存。内存。第五十页，本课件共有68页4.5.2插值法插值法插值法插值法从标定或校准实验的从标定或校准实验的n对测定数据对测定数据(xi,yi)(i=1,2,n)中，求得一个函数作为实际的输出读数中，求得一个函数作为实际的输出读数x与被测量真与被测量真值值y的函数关系的近似表达式。的函数关系的近似表达式。第五十一页，本课件共有68页直线插值直线插值第五十二页，本课件共有68页抛物线插值抛物线插值第五十三页，本课件共有68页4.4.3拟合法拟合法要求要求z=(x)逼近逼近y=f(x)，即二者误差最小或在，即二者误差最小或在允许范围之内。因此，曲线允许范围之内。因此，曲线

29、z=(x)被称为拟被称为拟合曲线。合曲线。最小二乘法最小二乘法第五十四页，本课件共有68页4.6数字滤波数字滤波数字滤波数字滤波通过一定的计算程序，对采集的数据进行某种处通过一定的计算程序，对采集的数据进行某种处理，从而消除或减弱干扰噪声的影响，提高测量理，从而消除或减弱干扰噪声的影响，提高测量的可靠性和精度。的可靠性和精度。采用数字滤波克服干扰，具有如下优点：采用数字滤波克服干扰，具有如下优点：1、节省硬件成本。、节省硬件成本。2、可靠稳定。、可靠稳定。3、功能强。、功能强。4、方便灵活。、方便灵活。5、不会丢失原始数据。、不会丢失原始数据。第五十五页，本课件共有68页一、限幅滤波一、限幅滤

30、波基本方法：基本方法：比较本次采样值和上一次采样值，如果它们的差比较本次采样值和上一次采样值，如果它们的差值未超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值值未超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值有效而保留。有效而保留。如果它们的差值超过允许的最大偏差值，则认为如果它们的差值超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值无效而用上一次采样值替代。本次采样值无效而用上一次采样值替代。克服随机干克服随机干扰扰第五十六页，本课件共有68页一、限幅滤波一、限幅滤波最大允最大允最大允最大允许许许许偏差偏差偏差偏差值值值值的的的的选择选择选择选择 采样周期 参数可能的最大变化速度 过程的动态特性决定其输出参数的变化速度

31、过程的动态特性决定其输出参数的变化速度第五十七页，本课件共有68页中位值滤波中位值滤波 基本方法：基本方法：对某一被测参数连续采样对某一被测参数连续采样n次次(一般一般n取奇数取奇数)，然，然后把后把n次采样值按大小排列，取中间值为本次采次采样值按大小排列，取中间值为本次采样值。样值。中位值滤波的基本功能中位值滤波的基本功能能有效地克服偶然因素引起的波动或采样器不稳能有效地克服偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。对温度、液位等缓慢定引起的误码等脉冲干扰。对温度、液位等缓慢变化的被测参数采用此法能收到良好的滤波效果，变化的被测参数采用此法能收到良好的滤波效果，但对于流量、压力等

32、快速变化的参数一般不宜采但对于流量、压力等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波。用中位值滤波。第五十八页，本课件共有68页4.6.2平均滤波平均滤波一、算术平均滤波一、算术平均滤波适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。第五十九页，本课件共有68页4.6.2平均滤波平均滤波二、去极值平均滤波二、去极值平均滤波连续采样连续采样N次，去掉一个最大值，去掉一个最小次，去掉一个最大值，去掉一个最小值，再求余下值，再求余下N-2个采样值的平均值。个采样值的平均值。这种方法既能抑制随机干扰，这种方法既能抑制随机干扰，又能抑制明显的脉冲干扰。又能抑制明显的脉冲干扰。第六十页，本课件共有68页4.6.2平均滤

33、波平均滤波三、移动平均滤波三、移动平均滤波(递推平均滤波递推平均滤波)移动平均滤波的方法移动平均滤波的方法每进行一次采样，就计每进行一次采样，就计算一次最近算一次最近N个数据的平均值个数据的平均值 大大加快了数据处理的能力 取一丢一对周期性干扰有良好的抑对周期性干扰有良好的抑制作用，对脉冲干扰抑制制作用，对脉冲干扰抑制作用差作用差第六十一页，本课件共有68页4.6.2平均滤波平均滤波四、加权平均滤波四、加权平均滤波在算术平均滤波法和递推平均滤波法中，在算术平均滤波法和递推平均滤波法中，N次采次采样值在输出结果中的权重是均等的，即样值在输出结果中的权重是均等的，即1/N，用，用这样的滤波算法，对

34、于时变信号会引入滞后，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。越大，滞后越严重。为了增加新采样的数据在递推平均中的权重，以为了增加新采样的数据在递推平均中的权重，以提高系统对当前采样值中所受干扰的灵敏度，可提高系统对当前采样值中所受干扰的灵敏度，可采用加权递推平均滤波算法。采用加权递推平均滤波算法。不同时刻的数据加以不同的权，通常越接近现时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。刻的数据，权取得越大。第六十二页，本课件共有68页提高系统对当前采样值的灵敏度 N项加权递推平均滤波算法为项加权递推平均滤波算法为Ci为常数，且满足如下条件：为常数，且满足如

35、下条件：第六十三页，本课件共有68页加权平均滤波加权平均滤波适用于有较大的纯滞后时间常数的对象和采适用于有较大的纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。样周期较短的系统。对于纯滞后时间常数较小、采样周期较长、对于纯滞后时间常数较小、采样周期较长、缓慢变化的信号，则不能迅速反应系统当前缓慢变化的信号，则不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差。所受干扰的严重程度，滤波效果差。第六十四页，本课件共有68页低通滤波低通滤波 将描述模拟将描述模拟RC低通滤波器特性的微分方程用差分低通滤波器特性的微分方程用差分方程来表示，也可以用软件方法来实现模拟滤波方程来表示，也可以用软件方法来实现模拟滤

36、波器的功能。器的功能。未经滤波的第n次采样值 第n次采样值经滤波后输出 第六十五页，本课件共有68页低通滤波低通滤波优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用，优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频繁的参数滤波；适用于波动频繁的参数滤波；缺点：带来了相位滞后，灵敏度低。滞后的缺点：带来了相位滞后，灵敏度低。滞后的程度取决于程度取决于a值的大小。同时，它不能滤除频值的大小。同时，它不能滤除频率高于采样频率二分之一的干扰信号。率高于采样频率二分之一的干扰信号。第六十六页，本课件共有68页复合滤波复合滤波把前面介绍的两种以上的方法结合起来使用。把前面介绍的两种以上的方法结合起来使用。例：防脉冲

37、扰动平均值滤波算法例：防脉冲扰动平均值滤波算法先用中位值滤波算法滤掉采样值中的脉冲性干先用中位值滤波算法滤掉采样值中的脉冲性干扰，然后把剩余的各采样值进行递推平均滤波。扰，然后把剩余的各采样值进行递推平均滤波。特点：兼具两种滤波算法的优点，无论对缓慢变特点：兼具两种滤波算法的优点，无论对缓慢变化的过程变量还是对快速变化的过程变量滤波效化的过程变量还是对快速变化的过程变量滤波效果都较好。果都较好。第六十七页，本课件共有68页测量数据处理流程测量数据处理流程 在微机化测控系统中，一般都要求显示的数在微机化测控系统中，一般都要求显示的数据和用于数字据和用于数字PID控制运算的实测数据是准确控制运算的实测数据是准确代表被测量的代表被测量的“真值真值”。因此，经。因此，经A/D送入微送入微机的原始测量数据通常要进行本章所介绍的机的原始测量数据通常要进行本章所介绍的常规处理。常规处理。处理流程：处理流程：先数字滤波，消除随机干扰引入的误差；先数字滤波，消除随机干扰引入的误差；再进行标度变换和非线性校正；再进行标度变换和非线性校正；最后才送去显示器显示或用于数字最后才送去显示器显示或用于数字PID控控制中实测值与给定值的偏差计算。制中实测值与给定值的偏差计算。第六十八页，本课件共有68页