第六章(二) 软件抗干扰技术(全)

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数字滤波技术--程序判断滤波—限幅滤波 (a)、限幅滤波：若采样值超过了物理量的上、下限Yh和Yl， 则要对采样值限幅。 当y(k)>=Yh时，取y(k)=Yh（上限值） 当y(k)<Yl时，y(k)=Yl（下限值） 若Yl<y(k)<Yh，则取y(k)。
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软件出错对系统的危害 数据采集不可靠
在数据采集通道，尽管采取了一些必要的硬件抗干扰措施， 但在数据传输过程中仍然会有一些干扰侵入系统，造成采集的数 据不准确形成误差。
控制失灵
一般情况下，控制信号的输出是通过微机控制系统的输出通 道实现的。由于控制信号输出功率较大，不易直接受到外界干扰。 但是在微机控制系统中，控制状态的输出常常取决于某些条件状 态的输入和条件状态的逻辑处理结果，而在这些环节中，由于干 扰的侵入，可能造成条件状态偏差、失误，致使输出控制误差加 大，甚至控制失灵。
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数字滤波技术--一阶惯性滤波（示例）
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数字滤波技术—使用场合 (八) 各种数字滤波算法的比较 滤波效果：选择哪种滤波方式，应视具体情况而定。平均 值滤波适用于周期性干扰；中位值滤波和程序判断滤波适用 于偶然的脉冲干扰；加权平均滤波适用于纯滞后较大的被控 对象；惯性滤波适用于高频及低频的干扰信号；复合滤波适 用于较复杂的干扰环境。 滤波时间：在考虑滤波效果的基础上，应尽量选择执行时 间较短的算法。若计算机的计算时间允许，可采用效果较好 的复合滤波算法。
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程序运行失常的软件抗干扰--软件陷阱 所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将捕获的程序 引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错处理 的程序。 如果把这段程序的入口标号记为ERR的话，软件陷阱即 为一条无条件转移指令，为了加强捕捉效果，一般还在前 面加上两条NOP指令。所以软件陷阱的构成为： NOP NOP JMP ERR 软件陷阱安排在以下4种地方：（1）未使用的中断向量 区；(2)未使用的大片ROM空间；(3)表格；(4)程序区。
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程序运行失常的软件抗干扰--设置监视跟踪定时器 每一个计算机控制系统都有自己的程序运行周期。在 初始化时，将Watchdog定时器的时间常数定为略大于程序 的运行周期，并且在程序运行的每个循环周期内，每次都 对定时器重新初始化。如果程序运行失常，跑飞或进入局 部死循环，不能按正常循环路线运行，则Watchdog定时器 得不到及时的重新初始化而使定时时间到，引起定时中断， 在中断服务程序中将系统复位，再次将程序的运行拉入正 常的循环轨道。
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开关量的软件抗干扰技术--开关量(数字量)信号输入抗干扰措施
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开关量的软件抗干扰技术--开关量(数字量)信号输出抗干扰措施 开关量输出设备是电位控制型还是同步锁存型，对干 扰的敏感性相差较大。前者有良好的抗“毛刺”干扰能力， 后者不耐干扰，当锁存线上出现干扰时，会盲目锁存当前的 数据，不管此时的数据是否有效。 输出设备的惯性（响应速度）与干扰的耐受能力也有很 大的关系。惯性大的设备（各类电磁执行机构）对“毛刺” 的干扰有一定的耐受能力，惯性小的设备（通信口、显示设 备）耐受能力小一些。
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数字滤波技术—算术平均滤波
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数字滤波技术—算术平均滤波 由此可见，算术平均值滤波的实质是把一个采样周期 内的N次采样值相加，然后再把所得的和除以采样次数N得 到该周期的采样值。算术平均值滤波主要用于具有随机干 扰的压力、流量等周期性脉动的采样值进行平滑加工，但 对脉冲性干扰的平滑作用不理想。 算术平均值法对信号的平滑滤波程度完全取决于N。当 N较大时，平滑度高，但灵敏度低，即外界信号的变化对测 量计算信号结果y的影响小；当N较小时，平滑度较低，但 灵敏度高。应按具体情况选取N。对流量，取N＝8～16； 对压力，N＝4。
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软件抗干扰技术--软件冗余技术—指令冗余 指令冗余 当CPU受到干扰后，往往将一些操作数当作指令码来 执行，引起程序混乱。当程序弹飞到某一单字节指令上时， 便自动纳入正轨。当弹飞到某一双字节指令上时，有可能 落到其操作数上，从而继续出错。当程序弹飞到三字节指 令上时，因它有两个操作数，继续出错的机会更大。因此， 应多采用单字节指令，并在关键的地方人为地插入一些单 字节指令(NOP)或将有效单字节指令重复书写，这就是指 令冗余 。
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数字滤波技术—滑动平均值滤波
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数字滤波技术--一阶惯性滤波
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数字滤波技术--一阶惯性滤波
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数字滤波技术--一阶惯性滤波
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数字滤波技术--一阶惯性滤波（示例）
/*****************采样扭矩码******************************************/ void GetADTorqueCode(void) { ADTorqueCode=ADIn(0)-SetTorqueZeroCode();//扭矩通道，0 ADTorqueCode=ADTorqueCode-2048; ADTorqueCode=0.1*ADTorqueCode+0.9*ADTorqueCodeOld; //滤波 ADTorqueCodeOld=ADTorqueCode; ADTorqueCode=ADTorqueCode+2048; if(ADTorqueCode>4095) ADTorqueCode=4095; if(ADTorqueCode<1 ) ADTorqueCode=1;
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程序运行失常的软件抗干扰--设置监视跟踪定时器 设置监视跟踪定时器 监视跟踪定时器，也称为看门狗定时器(Watchdog)，可 以使陷入“死机”的系统产生复位，重新启动程序运行。这 是目前用于监视跟踪程序运行是否正常的最有效的方法之一， 得到了广泛的应用。
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第六章(二) 软件抗干扰技术Βιβλιοθήκη 2014-2-261
主要内容： 数字滤波技术 开关量的软件抗干扰技术 指令冗余技术 程序运行失常的软件抗干扰
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前言 为了提高工业控制系统的可靠性，仅靠硬件抗干扰措 施是不够的。需要进一步借助于软件措施来克服某些干扰。 在计算机控制系统中，如能正确地采用软件抗干扰措施， 与硬件抗干扰措施构成双道抗干扰防线，无疑将大大提高 工业控制系统的可靠性。 经常采用的软件抗干扰技术有： 数字滤波技术 开关量的软件抗干扰技术 指令冗余技术 软件陷阱技术等
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数字滤波技术--程序判断滤波 许多物理量的变化都需要有一定的时间，相邻两次采样 值之间的变化有一定的限度。根据生产经验，确定出相邻两 次采样信号之间可能出现的最大偏差 ∆Y，若超过此偏差值， 则表明该输入信号受到了干扰信号的干扰，应该去掉；若小 于此偏差，则可将该信号作为本次采样值。另外还有一种情 况：若采样值超过了物理量的上下限Yh和Yl，则要对采样值 限幅。 当大功率用电设备的启动和停止，造成电流的尖峰干扰 或错误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失真现象时， 可采用程序判断法进行滤波。分为限幅滤波和限速滤波两种。
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数字滤波技术--程序判断滤波—限速滤波
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数字滤波技术--程序判断滤波—限速滤波
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数字滤波技术--程序判断滤波—限速滤波
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数字滤波技术--程序判断滤波—限速滤波 限速滤波方法，主要用于变化较慢的参数。比如温度、 液位等测量系统。关键问题是最大允许误差∆Y、上下限Yh和 Yl的选取。通常可以根据经验获得，也可由实验得出。否则 非但达不到滤波效果，反而会降低控制品质。 （c）、限幅滤波+限速滤波：先对采样值进行限幅，再进行 限速处理。
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软件抗干扰技术--软件冗余技术--数据冗余 数据冗余 RAM数据冗余就是将要保护的原始数据在另外两个区 域同时存放，建立两个备份。当原始数据块被破坏时，用备 份数据块去修复。备份数据的存放地址应远离原始的存放地 址以免被同时破坏。数据区也不要靠近栈区，以防止万一堆 栈溢出而冲掉数据。
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开关量的软件抗干扰技术--开关量(数字量)信号输出抗干扰措施
在软件上，最为有效的方法是重复输出同一个数据。只要有 可能，其重复周期尽可能短。这样，执行机构接收到一个被干扰 的错误信号后，还来不及做出有效反应，一个正确的输出信号又 来到了，可及时防止错误动作的发生。 当计算机输出开关量控制闸门、料斗等执行机构动作时，为 了防止这些执行机构由于外界干扰而误动作，比如已关的闸门、 料斗可能中途打开；已开的闸门、料斗可能中途突然关闭。对于 这些误动作，可以在应用程序中每隔一段时间(比如几个ms)发出 一次输出命令，不断地关闭闸门或者开闸门。这样，就可以较好 地消除由于扰动而引起的误动作(开或关)。
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数字滤波技术
数字滤波是提高数据采集系统可靠性最有效的 方法，因此在计算机控制系统中一般都要进行数字 滤波。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断 程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是 一种程序滤波。数字滤波主要是针对串模干扰进行 的处理。
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数字滤波技术 与模拟滤波器相比，数字滤波有以下几个优点： 采用软件实现，不需增加硬设备，可靠性高，稳定性好。 可以对频率很低(<0.01Hz)的信号实行滤波，克服了模拟滤 波器的不足。 可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数， 具有灵活、方便、功能强的特点。 模拟滤波器通常是专用的，而数字滤波器则可共享，降低 了成本。