数据处理与滤波 .ppt

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1、数据处理与滤波1线性化处理在数据采集与处理系统中，一般总希望系统的输出和输入呈简单的线性关系，这样当用仪表来检测和显示系统中的某个物理量时，能得到均匀的刻度，不仅读数看起来清楚方便，而且仪表在整个范围内灵敏度一致。但是在实际工程中，计算机从模拟量输入通道得到的现场信号与该信号所代表的被测物理量之间不一定是线性关系.为了保证这些参数能有线性输出，需要引入非线性补偿，将输出信号与被测物理量之间的非线性转化为线性关系，这种转化过程称为线性化处理。在用计算机进行线性化处理时，对于可以用解析式明确表示的非线性

2、函数关系，可按公式进行计算，实现对非线性的补偿；此外还可以将事先计算好的结果存放在数据表中，然后通过查表的方式进行线性化处理。如果非线性关系不能用数学公式精确表达，还可以根据线性插值原理进行线性化处理。1.线性插值原理设传感器的输入输出特性曲线如图4―25所示。由图可知，输入x和输出y之间存在非线性关系y=f(x),当已知某一输入值x后，要求出其对应的y值并不容易。为此，可将该曲线按一定要求分成若干段，然后把相邻两点用直线连接起来(如图中虚线所示)。用连接成的直线段代替该曲线，即可求出任意输入值x所

3、对应的输出值y。例如，设x在(xi，xi+1)区间内，则其对应的逼近值为(4―7)(4―6)或式中,，为第i段直线的斜率。对于这种方法，只要n取得足够大，即分段足够多，就可获得良好的非线性转换精度。2.线性插值的计算机实现步骤线性插值的计算机实现步骤如下：(1)用实验法测量输入输出的非线性关系曲线y=f(x)。一般应反复测量多次，以便求出一条比较精确的输入输出曲线。(2)将测量得到的曲线进行分段，选择插值基点。分段方法要根据曲线的变化情况确定，这样选取的基点将更合理。分段方法主要有等距分段法和非等距

4、分段法两种。等距分段法就是沿x轴等距离选取插值基点。这种方法的主要优点是使公式(4―6)中的xi+1-xi为常数，从而使计算变得简单，并节省内存。但该方法的缺点是，当函数曲率和斜率变化较大时，将会产生较大的误差。否则，必须把基点分得很细，这样将占用更多的内存，并使计算时间加长。非等距分段法的特点是，函数基点的分段不是等距离的，而是根据函数曲线的形状及其变化曲率的大小来修正插值间的距离。曲率变化大的，插值间距取得小一点，反之可将插值间距取得相对大一点。(3)确定并计算出各插值点的xi、yi值及两相邻插

5、值点间拟合直线段的斜率ki,并在程序中以数据表的形式存放。(4)通过查表找出x所在的区间，取出该段直线的斜率ki和基点值xi、yi。(5)根据插值公式y=yi+ki(x-xi)，计算出x点所对应的y值。线性化处理程序比较简单，关键是查表找出x所在的区间，从表中读取ki、xi、yi的值。如果采用的是等距分段法，很容易通过计算查表。即使采用无规则的非等距分段法，用常用的查表法(如对分搜索查表法)查找相应的ki、xi、yi值也并不困难。2标度变换生产过程中的各种参数都有不同的量纲和数值变化范围，如电压的单

6、位为V，电流的单位为A，温度的单位为℃，压力的单位为Pa等。这些参数经传感器和A/D转换后得到一个数字量，该数字量仅表示一个代表参数大小的数值，并不一定等于原来带有量纲的参数值，故需将其转换成带有量纲的数值后才能进行运算、显示或打印输出，这种转换称为标度变换。1.线性参数的标度变换所谓线性参数,是指参数值与A/D转换结果之间为线性关系，是最常用的变换方法。它的变换公式如下：(4―8)式中，Yx表示参数测量值，Ym表示参数量程的最大值，Y0表示参数量程的最小值，Nm表示量程最大值Ym对应的A/D转

7、换输出值，N0表示量程起点Y0对应的A/D转换输出值，Nx表示测量值Yx对应的A/D转换值。其中Ym、Y0、Nm、N0对于某个特定的被测参数来说都是常数，不同的参数有着不同的值。为了使程序简单，一般把被测参数的起点Y0所对应的A/D转换值N0取为0，这样标度变换公式又可改写为：(4―9)例如，已知某热处理炉温度测量仪表的量程为200～800℃，在某一时刻计算机经采样、数字滤波后得到的数字量为CDH。设该仪表的量程是线性的，在Y0=200℃时，N0为0；Ym=800℃时，Nm=FFH=(255)1

8、0；Nx=CDH=(205)10。因此，根据公式(4―9)，此时的温度为：2.非线性参数的标度变换当传感器测出的数据与实际被测参数之间不是线性关系时，其标度变换公式应根据具体问题具体分析。首先应求出它们之间所对应的函数关系，如果这种函数关系可以用解析式来表示，就可以直接求出它所对应的标度变换公式进行计算。例如，在流量测量中，从差压变送器来的信号ΔP与实际流量G成平方根关系，即式中，K为刻度系数，与流体的性质及节流装置的尺寸有关。由于流体的流量与被测流体流过节流装置时前