计算机控制技术10

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(X1,Y1) (X2,Y2) 抛物线插值法 形成的逼近曲线 线性插值法形 成的逼近曲线 实际的特性曲线
(X0,Y0)
X Xi X Xi+1
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•假设系数 、M1和 假设系数M0、 和 假设系数 M2已经求出并存储 已经求出并存储 到到相应的内存单元 中，根据上面的讨论 可以画出用抛物线插 值法进行线性化的程 序流程框图，如图5序流程框图，如图 10所示。 所示。 所示
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
b.限速滤波 b.限速滤波 设在顺序采样时刻T1、T2、T3所采集的数据分别为X1、X2、X3， 设在顺序采样时刻T1、T2、T3所采集的数据分别为X1、X2、X3， T1 所采集的数据分别为X1 则当 X2-X1∣≤△ X2作为采样值 作为采样值； ∣X2-X1∣≤△X，则X2作为采样值； X2-X1∣>△ 则保留X2 但不作为采样值，继续采样得X3 X2， X3； ∣X2-X1∣>△X， 则保留X2，但不作为采样值，继续采样得X3； 如果∣X3-X2∣≤△ X3作为采样值 作为采样值； 如果∣X3-X2∣≤△X，则X3作为采样值； X3-X2∣>△ 则取(X2+X3)/2作为采样值。 (X2+X3)/2作为采样值 若∣X3-X2∣>△X， 则取(X2+X3)/2作为采样值。
线性插值程序
读入X值
计算X－X i
用查表法找出X所在 的区间，并取出Ki
计算Ki(X－X i)
计算Y＝Xi+Ki(X-X i)
结 束
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
根据热电偶的技术数据可以绘制出输出电压信号V和温度 之间 根据热电偶的技术数据可以绘制出输出电压信号 和温度T之间 和温度 的特性曲线，假设热电偶的输出特性曲线如下图所示。 的特性曲线，假设热电偶的输出特性曲线如下图所示。
第十章 计算机控制系统应用程序的设计
特点：系统性好， 特点：系统性好，符合人们的日常思维 问题易于发现和解决，研制效率高 问题易于发现和解决， 一处严重错误会牵动全局， 一处严重错误会牵动全局，导致重新进行主程序设计 3.结构化程序设计 3.结构化程序设计 使程序具有良好的结构，容易阅读和理解， 使程序具有良好的结构，容易阅读和理解，提高软件生产 和维护的效率。 和维护的效率。 结构化程序设计的三种基本结构： 结构化程序设计的三种基本结构： 顺序结构 选择结构 循环结构
第十章 计算机控制系统应用程序的设计
• 线性插值原理 设某传感器输入信号X和输出信号 和输出信号Y之间的关系如 设某传感器输入信号 和输出信号 之间的关系如 下图所示。 下图所示。 Y
Y0
Y1
Yi Yi+1 Yn X0 X1 Xi Xi+1 Xn
X
图5-6 传感器的输出特性曲线
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
• 数据采集系统主程序和中断服务程序流 程框图如下所示。
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
三、数字滤波方法 1.算术平均值法 1.算术平均值法 1 N ——第 Xk——第K次采样值 y = xk N k =1 ——采样次数 N——采样次数 ——滤波输出值 Y——滤波输出值 越大，平滑度越好， N越大，平滑度越好，但灵敏度降低 越小，平滑度越差， N越小，平滑度越差，但灵敏度提高 2.中值滤波法——适用于慢速变化的场合 中值滤波法—— 2.中值滤波法——适用于慢速变化的场合 所谓中值滤波法就是对某一被测参数连续采样n 所谓中值滤波法就是对某一被测参数连续采样n次（n一般取奇
A0 ~ A m : 测量仪器量程
N 0 ~ N m : A / D读数量程
(3 − 6)
为了简化程序设计，一般把被测参数的起点 所对应的A/D 为了简化程序设计，一般把被测参数的起点A0所对应的 转换值设定为0， 这样式（ ）可以改写为： 转换值设定为 ，即N0=0,这样式（3-6）可以改写为： 这样式
R X(s) Y(s)
G ( s) =
C
Y (s) 1 = X (s) T f s + 1
=RC—— ——滤波时间常数 Tf=RC——滤波时间常数 经离散化： 经离散化： Y = (1 − α )Y
k
k −1
+ αX k
α =e
−
T Tf
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
5.程序判断滤波 5.程序判断滤波 a.限幅滤波 a.限幅滤波 限幅滤波就是把相邻的两次采样值相减，求出其增量( 限幅滤波就是把相邻的两次采样值相减，求出其增量(以绝对值表 然后与两次采样允许的最大偏差值( 示)，然后与两次采样允许的最大偏差值(由被控对象的实际情况 决定) 进行比较，如果小于等于△ 则取本次采样值； 决定) △x进行比较，如果小于等于△x，则取本次采样值；如果 大于△ 则仍取上次采样值作为本次采样值。 大于△x，则仍取上次采样值作为本次采样值。 即： Xn-Xn-1│≤△ │Xn-Xn-1│≤△X, 则Xn=Xn ， 取本次采样值 Xn-Xn>△ Xn=Xn│Xn-Xn-1│ >△X, 则Xn=Xn-1 ，取上次采样值
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
• 参数存储单元分配表
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
（2） 二次抛物线插值法 ）
二次抛物线插值法就是通过特性曲线上三点做一条抛物线， 二次抛物线插值法就是通过特性曲线上三点做一条抛物线， 用此抛物线替代特性曲线进行参数计算。由于抛物线比直线 用此抛物线替代特性曲线进行参数计算。 能更好地逼近特性曲线， 能更好地逼近特性曲线，所以抛物线插值法能够提高非线性 补偿的精度。 补偿的精度。线性插值法和抛物线插值法补偿精度比较如下 Y 图所示。 图所示。
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
• 例 某温度测量仪表的量程为 某温度测量仪表的量程为100~900℃,利用 利用8031和 ℃ 利用 和 ADC0809进行 进行A/D转换。在某一时刻计算机采样并经过 转换。 进行 转换 数字滤波后的的数字量为0CDH求此时对应的温度值是 数字滤波后的的数字量为 求此时对应的温度值是 多少？（设仪表的量程是线性的） ？（设仪表的量程是线性的 多少？（设仪表的量程是线性的） • 解： A0=100℃,Am=900℃,Nx=0CDH=(205)D,Nm=0FFH=( ℃ ℃ 255)D,所以此时对应的温度为： 所以此时对应的温度为： 所以此时对应的温度为
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
• 线性插值的计算机实现
利用计算机实现线性插值的步骤如下： 利用计算机实现线性插值的步骤如下： （1）用实验法测出传感器输出特性曲线， ）用实验法测出传感器输出特性曲线， 应尽可能保证该曲线的精确性； 应尽可能保证该曲线的精确性； （2）选取插值点，将绘制好的曲线分段。 ）选取插值点，将绘制好的曲线分段。 （3）计算并存储各相邻插值点间逼近曲线 ） 的斜率Ki； 的斜率 ； （4）计算 ）计算X-Xi； ； 所在区间的斜率Ki， （5）读出 所在区间的斜率 ， ）读出X所在区间的斜率 计算Ki（ 计算 （X-Xi）； ）； （6）计算。 ）计算。
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
四、标度变换（测量值与工程量值转换） 标度变换（测量值与工程量值转换） 1.对于一般的线性仪表而言，标度变换公式为： 对于一般的线性仪表而言，标度变换公式为： 对于一般的线性仪表而言
( Am − A0 )( N x − N 0 ) Ax = A0 + Nm − N0
计算机控制技术
秦 川
第十章 计算机控制系统应用程序的设计
一、应用程序设计的基本步骤 文件编制:程序流程图、注释、 文件编制:程序流程图、注释、 存储器分配、 存储器分配、 I/O分配等 I/O分配等
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第十章 计算机控制系统应用程序的设计
二、程序设计技术 1.模块化程序设计 1.模块化程序设计 将整个程序分成若干个小程序模块， 将整个程序分成若干个小程序模块，对小模块程序进行分别 调试，最后装配在一起。 调试，最后装配在一起。 特点：单个小模块程序易编写，差错， 特点：单个小模块程序易编写，差错，调试 各模块之间的信息传递比较复杂 2.自顶向下程序设计 2.自顶向下程序设计 先从系统程序（主程序）设计开始（搭框架结构）， ），从属 先从系统程序（主程序）设计开始（搭框架结构），从属 程序或子程序用标志代替，先完成主程序的编制和调试， 程序或子程序用标志代替，先完成主程序的编制和调试， 再将各标志分别扩展成从属程序和子程序并调试 河海大学电气工程学院
。 t( C)
t4 t3 t2 t1 1 2
4 3
α4
α3
α2
α1
V1 V2 V3 V章 计算机控制系统应用程序的设计
• 由图可以看出，该热电偶的输出特性曲线斜率的变 由图可以看出， 化不大，可以采用线性插值法进行非线性补偿。 化不大，可以采用线性插值法进行非线性补偿。 • 选择 个插值基点（V1，T1）、（ ，T2）、 选择4个插值基点 个插值基点（ ， ）、（ ）、（V2， ）、 ）、（V4， ）， ），然后写出每段曲线的 （V3，T3）、（ ，T4），然后写出每段曲线的 ， ）、（ 插值函数表达式，表达式如下式所示。 插值函数表达式，表达式如下式所示。
第十章 计算机控制系统应用程序的设计
• 从图可以看出： 从图可以看出： • （1）曲线斜率变化越小，替代直线越逼近特 ）曲线斜率变化越小， 性曲线，则线性插值法带来的误差就越小。 性曲线，则线性插值法带来的误差就越小。因 此，线性插值法适用于斜率变化不大的特性曲 线的线性化。 线的线性化。 • （2）插值基点取得越多，替代直线越逼近实 ）插值基点取得越多， 际的曲线，插值计算的误差就越小。因此， 际的曲线，插值计算的误差就越小。因此，只 要插值基点足够多，就可以获得足够的精度。 要插值基点足够多，就可以获得足够的精度。