Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 47
Текст из файла (страница 47)
= — у(1) в г(г пг (5.14) а= 0.9 0,5 (5 15) а - 0.95 0.5 У 1.0 а = 0.98 0.5 Рис. 5.24. Влияние экспоненциального фильтра второго порядка при разных зн начеяиях параметра а Применение фильтров более высоких порядков (уравнение (5.9)] позвол яет еЮ ичевя бо.льше улучшить качество выходного сигнала. Платой за это является увел сложности фильтра, однако стоимость обработки данных невелика. Следуе т отв' овян тить, что если в аналоговых фильтрах добавление пассивных электронных к пи фильтра означает дополнительные энергетические потери в сигнале, евтовкц ' не ограммной реализации этой проблемы не существует. то вРв прог 4 цифровые фильтры высокой частоты 5 4,4. В векото вторых случаях необходимо выделить высокочастотные компоненты сигиаплавные изменения. Поэтому сигнал должен быть обработан фильтром высолз, а ве плав „, ы.
Разпостная схема — это простой пример цифрового фильтра высокой кой частот! . я фй(ги1 Ьгйй разя.(12гвг) у(йй) = йу(йй) = у(йй) - у~(й - 1)й1 Выходной сигнал отличен от нуля только тогда, когда есть изменения во входном сигнале. цифровой ФВЧ можно также получить разностной аппроксимацией аналогового фВЧ (раздел 5.3.3). Соответствующее дифференциальное уравнение аналогично уравнению (5.6) где у — это входной сигнал, ау — выходной. Применив к этому уравнению аппроксимацию разностями "вперед", получим цифровой ФВЧ й1 У(1 Ь) = 1 — — .
у(Г) + У(Г и- й) — у(1) = а у(Г) н- у(1 + Ь) — у(1) Т~ "яе ц определяется уравнением (5,12), дискретное уравнение фильтра можно также 'ьшести аналитически из уравнения (5.14); в результате получим а, выраженное уравнением (5 13), значение которого должно лежать между 0 и 1. При а = 0 фильтр рея»из „ "зугт чисто разностную схему, Следует еше раз подчеркнуть, что для применения азн Р'зностнои аппроксимации и уравнения (5.12) отношение Ц~Тдолжно быть достаточно мало.
Чу~ю - вствительность фильтра на высоких частотах определяется выбором значения ц. Малое зна больше е значение а приводит к болыпей чувствительности, которая соответствует ей частоте среза для ФВЧ. Проиллю "люстрируем работу ФВЧ на нескольких примерах. На рис. 5.25 представ'ен тот же са самый скачкообразный зашумленный входной сигнал рис. 5.23. Средняя »награыма по показывает выходной сигнал чистого разностного фильтра (а = 0).
Она »~Ржи» пик п ик при 1- 50, так как фильтр распознает мгновенное изменение входного гнала. Для а =- Ряч ' ' Дл" а = О.95 пик при г = 50 станови гся шире, что показано на нижней диаг- 1» Рис.5.20, ы» 20 на вход фильтра поступает синусоидальный сигнал с наложенным выння а ~ы шумом. Выходной сигнал ФВЧ сохраняет высокочастотные изменен более ме елленные синусоидальные колебания либо уменьшены, либо удалены. ели на защ нм» 'ашумленный синусоидальный сигнал наложить скачкообразный, то на де ~ысок ~нгз окочастотного фильтра появится пик, отражающий скачок во входном "л' (рис.
5.22) Глава 5. Обработка сигнал ппп Основы обработки иапаеритепьиой информации с а о о х х х о о х о о х» х ,с о. х в х х х = о о х о о я х х Б о х ь о% *Р, 'о о ь хх„ М х х х х пч -'х Й 1В х и о их ы 'х х Я а х о х о о а о х х о. х О а х о о х Р х 'х о о х о х '- И. о.
х х и о я о н я х о„ Ю:х сч х о, х х х о. = оюо ао ж о х ох В о х х охх о хх х о о н 'о 'о х о х о хо о Л Х н х го о а х х х 3х" К о о Ш х х я о о „. с~ аР сч х В х х Н о 0 х о оо х и о 2 х х а х о х а х „. о х й х х х ' х о хх х Ф аа О о б б" 2.0 1.5 1.0 0.5 0 Ряс. 5.27. Влияние фильтра высокой частоты на зашумленный синусоидальный сигнал со скачком при г = 50 1о =- О). Выходной сигнал фильтра имеет пик при г = 50, но прп этом пе содержит никаких низкочастотных колебаний 5.5.
Основы обработки измерительной информации Преобразованные в цифровую форму измерительные данные должны быть под пергнуты проверке. После ЛЦ-преобразовш|ия необходимо выполнить следупоц1и операции — первичную обработку: компенсировать дреиф — сохранить исходные данные; пРоверить соответствие исходных данных параметрам датчика — диапазону до пусти, у имых выходных значений и диапазону скоростей изменения выходног~ сигнал ; ала; если значение выходит из этих диапазонов, то должны генерироватьс' ава и" Рийные сообщения или другие указания для оператора; вычисли лить среднее значение исходных данных (" посторонние'* значения, кото Рые замет метно отличаются от других, возможно, должны быть отброшены); применить цифровую фильтрацикп сох ° Ранить отфильтрованные данные.
Г1ослс. ° ' цифровой фильтрации выполня|отся: — пересчет е диниц измерения — масштабирование (при необходимости); ли неаризация; другие типы ва |обработки данных, например статистический анализ; автоматических с' вских системах — анализ входных данных для принятия решения о пальцейших ейств действиях, например генерации управляющих или опорных сигалов. Комьп "ч пти ог :г,. 'ерческие ' программные пакеты сбора данных обычно позволяют выполнягх операци 212 213 Глава 5. Обрва$еяка скгн „, обработки измерительной информации 55 Оси 5.5.1.
Достоверность исходных данных и аварийная сигнализация Существует много методов проверки достоверности исходных данных, для ля вь томатизированных систем достоверность играет особуво роль, так как ошибка ' хи к входных данных могут привести к некорректным управляюпвим действиям. В „ пер. вую очередь, необходимо убедиться что величина входного сигнала- ежит в ввре ' врезь лах рабочего диапазона датчика.
Как указывалось ранее, выход за его границы я ы яв. жет указывать на исключительную ситуацию, например, что датчик отключен З ш и проверка не должна представлять собой простое сравнение с предварительно у ,шв. новленным пороговым значением, потому что в этом случае даже небольшие к козв. бания около этого значения могут вызывать множество аварийных сигналов. Во „, бежание таких ситуаций обычно определяют полосу гистерезиса вокруг пороговое значения (рис. 5.28).
Аварийный сигнал генерируется только тогда, когда входяа величина превысит второе пороговое значение. 11ля того чтобы сбросить аварка. ный сигнал, входная величина должна снова пересечь первое пороговое зкаченнв Повый аварийный сигнал может быть выработан после того, как второй порог бву дет достигнут снова. Проверка скорости изменения сигнала позволяет обнаружить ошибки датчва Гели изменения выходного сигнала датчика в течение нескольких последних интер. валов выборки превышают заранее определенное значение, то вырабатывается авврийный сигнал. Контроль скорости изменения должен проводиться перед цифровой срильтрацией, в противном случае изменения сигнала могут быть утрачены и провей ка становится бессмысленной. Рис. 5.28.
Полоса гистерезиса около пороговых значений точка 1 Л аркйная яядякацяя устанавливается, когда значение сигнала достигает точа" варнйн ь, гяств н удерживается ло тех пор, пока оно ве станет меньше нижней границы полосы резиса; новый аварийный сигнал будет выработан в точке 2 Пример 5 Про верка данных зонда, измеряющего концентрацию рвотно коренного кислорода Концентрация в аэраторе станции биологической очистки сточных вод измеряе „тся с помощью зонда, который имеет время установления меньше минуты.- Если зонд вынут из воды для калибровки и очистки, то выходной сигнал датчи ' . чика увеличится в течение минуты от нормального значения 2 — 5 мг/л до звач „чения насыщения — около 10 мг/л.
Реальное увеличение концентрации разоренного кислорода в резервуаре не может произойти быстрее, чем за 10.- 20 м„нуг, Поэтому такое значительное изменение сигнала в течение минуты должно считаться посторонним. Управляющая система может использовать эту ситуацию как признак того, что произведена калибровка, и переустановить вввувреннвве переменные 5.5,2, Масштабирование и линеаризация Собранные значения входного измерительного сигнала во избежание недоразумений и ошибок должны быть пересчитаны в соответствующие инженерные единиаы измерения.
Преобразование от внутреннего представления у к инженерным единицам з обычно можно произвести с помощью простой линейной зависилюсти з = яв у ~ )вг 'де)вв н йг — константы. для нелинейных датчиков эта зависимость выражается более сложной функци- 'й нли таблицей преобразования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
