《数据处理技术》PPT课件

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1、第七章数据处理技术本章要点:1.测量数据的预处理技术2.常用的几种数字滤波方法3.线性式标度变换方法4.查表方法返回总目录本章主要内容引言7.1测量数据预处理技术7.2数字滤波方法7.3标度变换算法7.4越限报警处理思考题数据采集--在计算机控制系统中，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A/D通道或DI通道，把数字量送入计算机中。数据处理--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值计算即数据处理。为了满足不同系统的需

2、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，查表和越限报警等。引言7.1测量数据预处理技术7.1.1系统误差的自动校准7.1.2数据字长的预处理7.1.1系统误差的自动校准系统误差--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。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。处理方法--通过适当的技术方法如数字调零、系统校准来确定并加以校正的，一般采用软件程序进行

3、处理。1.数字调零数字调零－－处理由零点偏移造成系统误差，通过软件实现电路－－多路开关、前置放大器、A/D转换器、CPU原理－－CPU分时巡回采集1路至n路电压信号。寻找零点偏移值：第0路为校准信号即接地信号，理论上电压＝0，CPU采样值＝零，而实际上产生了一个不等于零的数值，此值零点偏移值N0；然后依次采集1、2、…n路，采样值N1、N2、…Nn值就是实际值＋零点偏移值N0。计算机要进行的数字调零恢复本次测量的实际值＝（Ni-N0）。特点－－此方法，可去掉放大电路、A/D转换电路本身的偏移及随时

4、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。缺点－－不能校正由传感器本身引入的误差。2．系统校准原因－－克服由传感器本身引入的误差。系统校准计算－－VR：标准输入信号；NR：VR对应采样值V：实际被测输入信号；N：V对应采样值适用场合－－传感器特性随时间会发生变化的场合7.1.2数据字长的预处理1.输入位数大于输出位数处理方法：忽略高位数的最低几位。如：10位A/D转换器的输入值为0011111010，此值经处理后送入8位D/A转换器的值就变为00111

5、110。这在计算机中通过向右移位的方法是很容易实现的。2．输入位数小于输出位数处理方法：将8位数左移两位构成10位数，最低两位用“0”填充如：转换前的8位输入值为：××××××××；转换后的10位输出值为：××××××××00。7.2数字滤波方法7.2.1平均值滤波7.2.2中值滤波7.2.3限幅滤波7.2.4惯性滤波种类－－算术平均、去极值平均、加权平均、滑动平均1.算术平均滤波－－在采样周期T内，对测量信号y进行m次采样，把m个采样值相加后的算术平均值作为本次的有效采样值，即2、去极值平均滤波

6、－－对连续采样的m个数据去掉其中的最大值与最小值，然后计算余下的m-2个数据的算术平均值。适用场合－－工业场合经常遇到的尖脉冲干扰的信号滤波。缺点－－灵敏度和平滑度较差7.2.1平均值滤波3.加权平均滤波－－对每次采样值不以相同的权系数而以增加新鲜采样值的权重相加。Ci为加权系数，先小后大，且均为小于1但总和等于1的小数，即满足下式C1+C2+…+Cm=1Cm>Cm-1>…C1>0Ci的取值应视具体情况选取,并通过调试确定。例如,某纯滞后时间为τ被控对象,采用m=4的加权平均滤波算式为=C1y

7、1+C2y2+C3y3+C4y4,,适用场合－－前三种的平均滤波算法有一个共同点：即每取得一个有效采样值必须连续进行若干次采样。系统的采样速度较慢或采样信号变化较快时，系统的实时性就无法得到保证。滑动平均滤波－－在每个采样周期只采样一次，将这一次采样值和过去的若干次采样值一起求平均，所得结果即为有效采样值滑动平均滤波算法优势－－实时性好，提高了系统响应速度。4．滑动平均滤波中值滤波－－将信号y的连续m次采样值按大小进行排序，取其中间值作为本次的有效采样值。本算法为取中值，故采样次数m应为奇数，

8、一般3~5次即可。编制中值滤波的算法程序－－首先把m个采样值从小到大（或从大到小）进行排队，这可采用几种常规的排序算法如冒泡算法，然后再取中间值。适用场合－－中值滤波对缓变过程中的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，而对快速变化过程(如流量)的信号采样则不适用。7.2.2中值滤波把两次相邻的采样值相减，求其增量的绝对值，再与两次采样所允许的最大差值Y进行比较，如果小于或等于Y，表示本次采样值y(k)是真实的，则取y(k)为有效采样值；反之，y(