采样数据的预处理 (2)优秀PPT.ppt
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1、采样数据的预处理第一页,本课件共有60页采样数据的标度变换n各种物理量有不同的单位和数值。这些物理量经过AD转换后变成一系列数字量且数字量的变化范围是由AD转换器的位数决定的。2022/12/72第二页,本课件共有60页2022/12/73第三页,本课件共有60页一、线性参数的标度变换n当被测物理量与传感器或仪表的输出之间呈线性关系时,采用线性变换。变换公式为n式中:Y0被测量量程的下限;n Ym被测量量程的上限;n Y标度变换后的数值;n N0Y0对应的A/D转换后的数字量;n NmYm对应的A/D转换后的数字量;n XY 所对应的A/D转换后的数字量;2022/12/74第四页,本课件共有
2、60页二、非线性参数的标度变换n有些传感器或变送器的输出信号与被测量之间的关系是非线性关系,则应根据具体问题详细分析,求出被测量对应的标度变换公式,然后再进行变换。n当传感器或变送器的输出信号与被测信号之间的关系可以用解析式表达的话,则可以通过解析式来推导出所需要的参量,这样一类参量称为导出参量。-公式法 2022/12/75第五页,本课件共有60页二、非线性参数的标度变换-公式法n在流量测量中,从差压变送器来的信号P与实际流量Q成平方根关系,即 n根据上式可知,流体的流量Q与被测流体流过节流装置时前后压力的差P成正比,于是测量流量时的标度变换公式;2022/12/76第六页,本课件共有60页
3、二、非线性参数的标度变换-公式法n式中:Y一被测量的流量经标度变换的实际值;n Qm一被测量的流量经标度变换的实际值;n Q0一被测量的流量经标度变换的实际值;n Nm一被测量的流量经标度变换的实际值;n N0一被测量的流量经标度变换的实际值;n X一被测量的流量经标度变换的实际值;2022/12/77第七页,本课件共有60页二、非线性参数的标度变换-多项式变换法n有许多传感器或变送器输出的信号与被测参数之间的关系无法用解析式表达。但是,它们之间的关系是已知的。这时可以采用多项式变换法进行标度变换。n采用多项式变换的关键是,要找出一个能够较准确地反映传感器输出信号与被测量之间关系的多项式。n寻
4、找多项式的方法有两种,如最小二乘法、代数插值法等 2022/12/78第八页,本课件共有60页二、非线性参数的标度变换-多项式变换法n已知被测量与传感器的输出值x处的函数值为2022/12/79第九页,本课件共有60页二、非线性参数的标度变换-多项式变换法2022/12/710第十页,本课件共有60页二、非线性参数的标度变换-表格法n所谓“表格法”是指在已知的被测量与传感器输出的关系曲线上如图选取若干个样点并以表格形式存储在计算机中,即把关系曲线分成若干段。对每一个需要做标度变换的数据y分别查表一次,找出数据y所在的区间,然后用该区间的线性插值公式2022/12/711第十一页,本课件共有60
5、页8.2采样数据的数字滤波n中值滤波法n算术平均值法 n加权平均滤波法 2022/12/712第十二页,本课件共有60页中值滤波法2022/12/713第十三页,本课件共有60页算术平均值法2022/12/714第十四页,本课件共有60页加权平均滤波法n算术平均值法对每次采样值给出相同的加权系数,即1/N,实际上有些场合需要用加权递推平均法,即用下式求平均值。2022/12/715第十五页,本课件共有60页一阶滞后滤波法n在测量回路中常常伴随着电源干扰及工业干扰。这些干扰特点是频率很低(如频率为0.01Hz),对这样低频的干扰信号,采用RC滤波显然是不合适的,因为C太大很难做到,但在计算机控制
6、系统中,用数字滤波的方法则容易解决。一阶递推滤波公式如下:2022/12/716第十六页,本课件共有60页一阶滞后滤波法滤波平滑系数;滤波环节的时间常数;采样周期;惯性滤波法适用于波动频率的被测量的滤波,它能很好地消除周期干扰,但也带来了相位滞后,滞后角 的大小与值的选择有关。2022/12/717第十七页,本课件共有60页防脉冲干扰复合滤波法 前面讨论了算术平均值法和中值滤波法,两者各有一些缺陷。前者不易消除由于脉冲干扰而引起的采样偏差,而后者由于采样点数的限制,使其应用范围缩小。如果将这两种方法合二为一,即先用中值滤波法滤除由于脉冲干扰而有偏差的采样值,然后把滤波过的采样值再做算术平均,就
7、形成了防脉冲干扰复合滤波法。2022/12/718第十八页,本课件共有60页防脉冲干扰复合滤波法 n算术平均值法对每次采样值给出相同的加权系数,即1/N,实际上有些场合需要用加权递推平均法,即用下式求平均值。2022/12/719第十九页,本课件共有60页8.3剔除采样数据中的奇异项n采样数据中的奇异项是指采样数据序列中有明显错误(丢失或粗大)的个别数据。这些奇异项的存在,会使数据处理后的误差大大增加。例如,我们想求某一被测物理量的平均值。它们从t1t4 4个时刻的取值分别为10、12、12、14,其平均值应为12。若设其中一项在该时刻的取值由于某种原因丢失了,也就是说,出现了奇异项。那么,这
8、4个点的平均值就由12降至为9,从而产生均值误差。2022/12/720第二十页,本课件共有60页剔除采样数据中的奇异项n找到奇异点n替换奇异点2022/12/721第二十一页,本课件共有60页1.判断奇异项及替代值的选择 n判断奇异项的准则是:给定一个误差上限w,若t时刻的采样值为xt,预测值为 当 时,则认为此采样值是奇异项,应予以剔除,而以预测值取代采样值。n预测值可用以下一阶差分方程推算2022/12/722第二十二页,本课件共有60页2.确定连续替代的方法n在连续检测出若干个奇异项并用预测值代替后,必须重新选择新的测量值。不然的话,会造成数据偏离正常值的趋势。n在连续替代两个奇异项之
9、后,对以后的点,均要再加以判断,看是否满足2022/12/723第二十三页,本课件共有60页3起始点的寻找n在应用中存在一种可能,就是起始点恰恰是被干扰产生的奇异点。因此,一开始就必须先去寻找满足一阶差分预测关系的三个连续点,即满足下式2022/12/724第二十四页,本课件共有60页8.4去除或提取采样数据的趋势项n 等待处理的数据中,一般都包含有两种分量:n一是周期大于数据采样周期的频率成分,称它为趋势项;n二是周期小于数据采样周期的频率成分,称它为交变分量。2022/12/725第二十五页,本课件共有60页8.4去除或提取采样数据的趋势项n在处理数据时,并不是在任何情况下,都需要这两种分
10、量。由于处理要求不同,有时只对交变分量感兴趣。例如,测量磁带的带速波动,得到的数据中包含有固定速度分量和速度波动分量。如图所示。2022/12/726第二十六页,本课件共有60页8.4去除或提取采样数据的趋势项磁带的带速波动包含恒定分量和波动分量2022/12/727第二十七页,本课件共有60页8.4去除或提取采样数据的趋势项n去除或提取趋势项的方法有两种:n平均斜率法和最小二乘法,n后者处理精度较前者高。2022/12/728第二十八页,本课件共有60页8.4去除或提取采样数据的趋势项n所谓最小二乘法,就是寻找这样一个函数 使得函数 与 的误差平方和为最小,即用 去逼近或拟合 。一般 可用一
11、个多项式来表示。n如果采集到的数据是离散化的数据,可表示为 ,其中k为采样点序号,N为采样点数。为简化起见,令采样间隔Ts=1s。则拟合数据的M次多项式可表示为 2022/12/729第二十九页,本课件共有60页8.4去除或提取采样数据的趋势项n则趋势项为2022/12/730第三十页,本课件共有60页8.4去除或提取采样数据的趋势项n设采集到一个数据序列,它是由一个直线斜升分量和一个正弦分量叠加而成。通过上述程序处理,就可以把直线斜升分量提取出来。原信号中包含的真实斜升分量和经处理以后提取的斜升分量的对比关系如图所示。2022/12/731第三十一页,本课件共有60页8.5采样数据的平滑处理
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