第6章过程控制数据处理方法
计算机控制技术-第6章控制系统的数据处理技术
包括传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机等部分。
工作原理
传感器将非电量转换为电量，信号调理电路对电量进行放 大、滤波等处理，数据采集卡将模拟信号转换为数字信号 并传输到计算机中。
数据采集过程中的关键技术
包括传感器技术、信号调理技术、模数转换技术等。
数据采集系统的性能指标
静态性能指标
实现特定功能
通过引入非线性环节实现控制系统的特定功能，如限幅、限速、自 动增益控制等。
应对不确定性
在控制系统设计中考虑不确定性因素，利用非线性处理技术提高系统 的鲁棒性和适应性。
非线性处理技术的性能评估
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评估指标与方法
介绍评估非线性处理技术性能的指标和方法，如 误差分析、稳定性分析、频率响应分析等。
基于大数据的智能控制
结合大数据技术，对海量历史数据进行挖掘和分析，提取出对控制系统有益的信息和知识 ，为控制系统的设计和优化提供智能决策支持。
多源数据融合与优化
针对控制系统中的多源异构数据，采用数据融合技术，实现多源数据的有机结合和优势互 补，提高数据处理效率和准确性，为控制系统的优化提供更全面、准确的数据支持。
采用模块化设计思想，将数据采集系 统划分为多个功能模块，分别进行设 计和实现，最后进行集成和测试。
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控制系统中的数字滤波技术
数字滤波器的原理与分类
原理
数字滤波器是一种对数字信号进行滤波处理，以去除噪声、平滑信号或提取特定频率成 分的算法或装置。它通过数学运算对输入信号进行变换，从而得到期望的输出信号。
标度变换在控制系统中的应用
01
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信号幅值调整
通过标度变换调整信号的 幅值，使其适应控制系统 的输入范围。
过程控制process control教程讲解讲义
样本数量 &检验频次 ；
谁?在那里?用什么来检验；
控制的类型等
B/C类控制方法的效果反映在哪个数字上？
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探测度分数评分参照表
等级 10 9 8 7 6 5 4 探测性 标准 探测工具方式 推荐的探测方法 不能检测出或没有进行检测 只能通过间接或随机检测 几乎不可能 肯定不可能检测出 很微小 微小 很小 小 中等 中上 控制方法可能检测不出
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过程定义：过程流程图实例
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过程定义：过程流程图
1. 产品实现的过程/活动
2. 期望的结果/输出 3. 输入源的变差
4. 随时间变化的过程参数
5. 过程/活动的顺序
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识别工序/活动
如果某工位包含多个连续的操作动作，是作为一个活动 来分析，还是分为几个子活动？ 举例：
过程控制系统模型的介绍 过程控制的子模块
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过程控制在APQP中的体现
APQP的五个阶段
计划和确定项目 产品设计和开发 过程设计和开发 产品和过程验证 反馈，评估和纠正措施 任务7：流程图 任务12：PFMEA 任务13：控制计划 ……
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GM Global APQP要求
机器设备/工艺； 加工辅料； 人员操作的方法； 工装夹具； 环境。
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显示过程/活动的顺序
用图例将过程/活动按照顺序显示出来；
图例要符合SGM的规定；
组织熟悉此过程的相关人员否有重复现象？ 是否有毫无价值的工序/活动？ 是否有经常出错的工序/活动？ 是否可以合并某一些工序/活动？ 是否可以优化某些工序/活动的顺序？ 是否还有改进的空间？
第六章典型过程控制系统应用方案案例
按照图 6-5 分析可知，乳液直接进入干燥器，滞后最小，对于 干燥温度的校正作用最灵敏， 而且干扰进入装置最靠近调节阀 1， 似 乎控制方案最佳。但是，乳液流量即为生产负荷，一般要求能保证 产量稳定。若作为控制参数，则在工艺上不合理。所以不宜选乳液 流量为控制参数，该控制方案不能成立。 再对图 6-6 进行分析，可以发现，调节旁路空气流量与热风量 混合后，再经过较长的风管进行干燥器。如图 6-5 所示方案相比， 由于混合空气传输管道长， 存在管道传输滞后,故控制通道时间滞后 教大，对于干燥温度校正作用的灵敏度要差一些。若按照图 6-7 所 示调节换热器的蒸汽流量，以改变空气的温度，则由于换热器通常 为一双容过程，时间常数较大，控制通道的滞后最大，对干燥温度 的校正作用灵敏度最差。显然，选择旁路空气量作为控制参数的方 案最佳。 （1） 过程检测控制仪表的选用 根据生产工艺和用户的要求， 选用电动单元组合仪表（DDZ–Ⅲ型）
6.1 热交换器温度反馈-----静态前馈控制系统
6.2 单回路控制系统的应用
6.3 计算机数字控制的典型实例 6.4 流体输送设备的控制 6.5 反应器的控制 附录:思考题与习题
6.1 热交换器温度反馈——静态前馈控制系统 6.1.1 生产过程对系统设计的要求
在氮肥生产过程中有一个变换工段 ,把煤气发生炉来的一氧化 碳同水蒸汽的混合物转换成生产合成氨的原料七,在转换过程中释放 大量的热,使变换气体温度升高,变换气体在送至洗涤塔之前需要降 温,而进变换炉的混合物需要升温,因此通常利用变换气体来加热一 氧化碳与水蒸气的混合气体,这种冷热介质的热量交换是通过热交换 器来完成的。在许多工业生产过程中都用到热交换器设备，对热交 换器设备的控制就显得非常重要。 热交换器主要的被控制量是冷却介质出热交换器的温度。 图 6-1 表示一个进出热交换器的典型参数。其中加热介质是工厂生产过程 中产生的废热热源(成品、半成品或废气、废液),为了节省能量,这部 分热量要求最大限度的加以利用。所以通常不希望对其流量进行调 节,而被加热介质的温度一般是通过调节加热介质的流量来实现的。
微型计算机控制 第6章 数字滤波技术
6 .1 .7
复合数字滤波
这种滤波方法的原理可由下式表示。 若 X(1)≤X(2)≤…≤X(N), 3≤ N≤14
则
X (2) X (3) X ( N 1) Y (k )
N 2
1 N 1 X (i ) (6-10) N 2 i 2
式(6-10)也称作防脉冲干扰的平均值滤波,它的程序设计方 法读者可根据以前的知识自行设计。 此外，也可采用双重滤波的方法，即把采样值经过低通滤波后， 再经过一次高通滤波，这样，结果更接近理想值，这实际上相 当于多级RC滤波器。
微机控制技术
6．1．8
各种数字滤波性能的比较
以上介绍了七种数字滤波方法，读者可根据需要 设计出更多的数字滤波程序。每种滤波程序都有其各 自的特点，可根据具体的测量参数进行合理的选用。
微机控制技术
6．1．8
各种数字滤波性能的比较
1. 滤波效果 （1）变化比较慢的参数，如温度，用程序判断滤波及 一阶滞后滤波方法。 （2）变化比较快的脉冲参数，如压力、流量等，则可 选择算术平均和加权平均滤波法，特别是加权平均 滤波法更好。 （3）要求比较高的系统，需要用复合滤波法。 （4）在算术平均滤波和加权平均滤波中，其滤波效果 与所选择的采样次数N有关。N越大，则滤波效果越 好，但花费的时间也愈长。 （5）高通及低通滤波程序是比较特殊的滤波程序，使 用时一定要根据其特点选用。
C
i0
n 1
i
1
微机控制技术
6．1．4
加权平均值滤波
式中C0、Cl、…、Cn-1为各次采样值的系数，它体现 了各次采样值在平均值中所占的比例，可根据具体情况 决定。一般采样次数愈靠后，取的比例愈大，这样可增 加新的采样值在平均值中的比例。这种滤波方法可以根 据需要突出信号的某一部分，抑制信号的另一部分。
过程控制的方法有哪些
过程控制的方法有哪些过程控制是指在计算机操作系统中对运行的进程进行管理和调度的一种机制。
它涉及到进程的创建、终止、调度、同步和通信等方面，是操作系统中非常重要的一部分。
在过程控制中，有许多不同的管理方法和策略，我将在以下几个方面逐一介绍。
1. 进程创建：进程的创建通常有三种方式：用户请求创建、系统初始化创建和进程自我复制。
用户请求创建是指用户通过运行特定的系统调用，在操作系统中创建新的进程。
系统初始化创建是指操作系统在系统启动时预先创建一些必要的进程，例如init 进程。
进程自我复制是指一个正在运行的进程创建一个与自己相同的新进程。
2. 进程终止：进程的终止可以通过三种方式实现：正常终止、异常终止和外界干预终止。
正常终止是指进程完成了它的任务，然后自愿退出。
异常终止是指进程由于发生了一些错误或异常情况而被迫退出。
外界干预终止是指操作系统或其他进程通过发送特定的信号来终止一个进程。
3. 进程调度：进程调度是指操作系统在多个进程之间进行切换和调度，以实现对系统资源的合理利用。
常见的调度算法有先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、最短剩余时间优先（SRTF）、轮转调度、优先级调度等。
4. 进程同步：进程同步是指多个进程之间的相互协作，以保证它们之间的临界资源的安全访问。
常见的进程同步方法有互斥锁、信号量、条件变量等。
5. 进程通信：进程通信是指进程之间传递信息和数据的过程。
常见的进程通信方法有管道、消息队列、共享内存、信号和套接字等。
6. 进程间通信（IPC）：进程间通信是指两个或多个进程之间进行信息和数据交流的过程。
IPC可以通过共享内存、消息传递、管道、信号和套接字等方式来实现。
7. 进程死锁避免：死锁是指多个进程之间由于彼此之间的循环等待而无法继续执行的一种情况。
为了避免死锁的发生，可以采用资源分配的策略、资源有序分配策略和银行家算法等方法。
8. 多线程：多线程是指在同一个进程内同时执行多个线程，每个线程都拥有独立的程序计数器、栈和寄存器。
第6章中央处理器
北京理工大学计算机学院
6.1 中央处理器的功能和组成
计算机组成原理
(1)程序计数器
程序计数器用来存放正在执行的指令 地址或接着要执行的下条指令地址。
对于顺序执行的情况，PC的内容应不 断地增量（加“1”），以控制指令的顺序 执行。
在遇到需要改变程序执行顺序的情况
时，将转移的目标地址送往PC，即可实现 程序的转移。在有些情况下除需要改变PC 的内容外，还需要保留PC过去的内容，以 便返回时使用。
工作电压指的是CPU正常工作所需的电 压。
8.地址总线宽度
地址总线宽度决定了CPU可以访问的最 大的物理地址空间，简单地说就是CPU到底 能够使用多大容量的主存。例如，Pentium 有 32 位 地 址 线 ， 可 寻 址 的 最 大 容 量 为 232 ＝ 4096MB （ 4GB ） ， Itantium 有 44 位 地 址 线 ， 可寻址的最大容量为244＝16TB。
对指令流的控制： 指令流出的控制 指令分析与执行的控制 指令流向的控制
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6.1 中央处理器的功能和组成
计算机组成原理
对数据流的控制主要应包括对数据的 流入与流出的控制；对数据变换、加工等 操作的控制。
对于冯·诺依曼结构的计算机而言， 数据流是根据指令流的操作而形成的，也 就是说数据流是由指令流来驱动的。
计算机组成原理
早 期 ， CPU 的 内 频 就 等 于 外 频 。 例 如 ： 80486DX-33 的 内 频 是 33MHz ， 它 的 外 频 也 是 33MHz。也就是说，80486DX-33以33MHz的速度 在内部进行运算，也同样以33MHz的速度与外界 沟通。目前，CPU的内频越来越高，相比之下主 存的速度还很缓慢，如果外频设计得跟内频同步， 则主存都将无法跟上CPU的速度。所以现在外频 跟内频不再只是一比一的同步关系，从而出现了 所谓的内部倍频技术，导致了“倍频”的出现。内频、 外频和倍频三者之间的关系是：
过程控制数据处理的方法
根据表的排列不同,有顺序查表法,计算查表法,对分查表法等.本节以顺序查表法为例进行介绍.
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顺序查表法
顺序查表法是针对无序排列表格的一种方法. 程序设计方法主要用CJNE比较指令,查找所需的数据表格一般都放在程序存储器ROM中. 顺序查表程序设计方法:
1) 表的起始地址送PC或DPTR; 2) 表格的长度放在某一寄存器中; 3) 要查找的关键字放在某一存储单元中; 4) 用 CJNE A, direct, rel 进行查找.
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6.2 数字滤波技术
数字滤波器与模拟RC滤波器相比,具有以下优点: 1) 无需增加任何硬件设备,只要在程序进入数据处理和控制算法前,附加一段数字滤波程序即可. 2) 系统可靠性高,不存在阻抗匹配问题. 3) 数字滤波器可多通道共享,降低了成本. 4) 可以对频率很低(如0.01HZ)的信号进行滤波. 5) 使用灵活方便,可根据需要选择不同的滤波方法或改变滤波器的参数.
当|Y(2)- Y(1)|≤⊿Y 时，采用Y(2)
当|Y(2)- Y(1)| > ⊿Y 时，不采用Y(2) ，但保留，继续采样取得Y(3)
当|Y(3)- Y(2)|≤⊿Y 时，采用Y(3)
当|Y(3)- Y(2)| > ⊿Y 时，取(Y(3) + Y(2))/2为采样值
限速滤波虽然照顾了采样的实时性和采样变化的连续性.但也有明显的缺点:1) △Y
N1
Y(k)
Ci Xn1 分来抑1 制信号的另一部分.适用于系统纯滞后时间较大而采样周期
较短的过程.
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过程控制实验指导书
第三章 对象特性测试实验第一节 测试对象特性的方法工业过程动态数学模型的表达方式很多，其复杂程度相差悬殊。
对于数学模型，应根据实际应用情况提出适当的要求。
一般说来，用于控制的数学模型并不要求十分准确。
闭环控制本身具有一定的鲁棒性，模型本身的误差可视为干扰，而闭环控制在某种程度上具有自动消除干扰的能力。
实际生产过程的动态特性非常复杂，往往需要作很多近似处理。
有些近似处理需要作线性化处理、降阶处理等，但却能满足控制的要求。
建立数学模型有两个基本方法，即机理法和测试法。
测试法一般只用于建立输入输出模型。
它的特点是把被研究的工业过程视为一个黑匣子，完全从外部特性上测试和描述它的动态性质，因此不需要深入掌握其内部机理。
一、测试法求取传递函数通过简单的测试获得被被控对象的阶跃响应，进一步把它拟合成近似的传递函数，是建立被控对象数学模型简单有效的方法。
用测试法建立被控对象的数学模型，首先要选定模型的结构。
典型的工业过程的传递函数可以取为各种形式，例如：1、 一阶惯性环节加纯延迟 一阶惯性环节的传递函数：1)(+=Ts Ks G 延迟环节的传递函数为：τs )(-=e s G一阶加纯滞后对象的传递函数1)(τs+=-Ts Ke s GtXΔx阶跃信号一阶惯性环节阶跃响应KΔxT图 3.1.1对于有纯滞后的一阶对象，滞后时间可直接由图中测量出纯滞后时间τ。
2、二阶或高阶惯性环节加纯延迟ns1)(Ts )(+=-τKe s G 在确定传递函数的形式后，要对函数中的各个参数与测试的响应曲线进行拟合。
如果阶跃响应是如图3.1.2所示的S 形单调曲线，就可以用一阶惯性加纯延迟对象的传递函数去拟合。
增益K 由输入输出的稳态值直接算出，而τ和T 则可以用作图法确定。
tABpCy y(∞)τT图 3.1.2在曲线的拐点p 作切线，它与时间轴交于A 点，与曲线的稳态渐进线交于B 点。
0A 段的值即为纯滞后时间τ，CB 段的值即为时间常数T ，这样就确定了τ和T 的数值。