电气工程及其自动化 计算机控制技术PPT课件_6 控制系统的数据处理技术.ppt
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控制系统的数据处理技术,主要内容,程序设计技术测量数据的预处理技术查表与数据排序技术软件抗干扰技术,软件分为系统软件、应用软件应用软件的设计主要包括以下几个模块:
系统界面模块、采集模块、控制模块、数据处理模块、打印显示模块、数据存储模块、数据传输模块等,6.1程序设计技术,6.1.1程序设计的步骤与方法程序设计步骤一个完整的程序设计过程由几部分组成。
(1)拟定设计任务书
(2)建立数学模型并确定算法(3)程序的总体设计及其流程图(4)编写源程序(5)源程序的编译与调试(6)系统软件的整体运行与测试(7)总结归纳进一步编写程序说明文件,程序设计方法程序设计时一般遵循模块化与结构化的程序设计思想。
模块化程序设计结构化程序设计方法,模块化程序设计,模块化程序设计是把一个较长的复杂的程序分成若干个功能模块或子程序,每个功能模块执行单一的功能。
模块化程序设计的两种设计思路自底向上自顶向下,结构化程序设计方法,结构化程序设计的概念最早由DijkstraEW提出。
1965年他在一次会议上指出:
“可以从高级语言中取消GOTO语句”,“程序的质量与程序中所包含的GOTO语句的数量成反比。
”1966年的BohmC和JacopiniG证明了只用三种基本的结构就能实现任何单入口单出口的程序。
这三种基本的控制结构是“顺序”、“选择”、“循环”。
缺点:
(1)数据与处理数据的方法(函数)相分离。
这使得对函数的理解变得很难。
(2)可重用性差。
作为软件公司,都希望设计的程序具有可重用性,即能否建立一些具有已知特性的部件,应用程序通过部件组装即可得到一个新的系统。
结构化程序设计是一种程序设计技术,它采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构。
在总体设计阶段采用自顶向下逐步求精的方法,可以把一个复杂问题的解法分解和细化成一个由许多模块组成的层次结构的软件系统。
特点:
程序设计方法简单,设计出来的程序可读性强,容易理解,便于维护,是面向对象程序设计的基础,结构化程序设计可以表示成如下的公式:
数据操作流程控制结构化程序设计方法,“组态”的概念最早来自英文,其含义“Configuration”是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置(包括进行对象的定义、制作和编辑,并设定其状态特征属性参数),达到使计算机或软件按照预先设置,自动执行特定任务,满足使用者要求的目的。
6.1.2工业控制组态软件,美国商业组态软件公司Wonderware公司的Intouch,Rock-Well公司的Rsview32,德国西门子公司的WinCC等。
国内的组态软件有北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的MCGS、北京三维力控科技有限公司的力控、北京亚控科技发展有限公司的组态王以及台湾研华的GENIE等。
MCGS系列组态软件有MCGS嵌入版组态软件、MCGS通用版组态软件、MCGS网络版组态软件。
力控系列主要有pLerine通用组态软件、pSolidLerine嵌入式HMI/SCADA组态软件、三维力控pNetPower-电力版自动化软件。
1嵌入式组态软件嵌入式系统分为四部分:
嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统,以及应用软件系统。
嵌入式计算机主要包括单板计算机(SBC)、PC104计算机和饼干机(3.5英寸工业单板计算机)。
运行于WindowsCE,DeltaOS与标准计算机相比,嵌入式机具有以下优点:
功耗低、可靠性高。
功能强大,具有很高的性能价格比。
实时性强,支持多任务。
占用空间小,效率高。
6.1.2工业控制组态软件,该板主要特性:
结构:
嵌入式PC/104工业计算机主板。
处理器:
AMDGeodeGX1,工作频率为00/333MHz,默认值为300MHz。
芯片组:
AMDGeodeCS5530A。
系统内存:
在板32M/64M/128MBytesSDRAM,默认为64MBytes。
BIOS:
AWARDSYSTEMBIOS,即插即用,Flash写保护控制。
显示接口:
支持CRT18bitTFT真彩LCD屏4M共享内存。
VGA分辨率最大支持102476824bpp128010248bpp;LCDTFT最大支持102476818bpp;LCD黑白屏最大支持102476818bppIDE接口:
支持标准硬盘和CD-ROM,可接DOM(DISKONMODULE),CF卡。
SuperI/O:
W83977F-A,内置了RTC,两个串口。
DOC接口:
DOC2000存储容量为8MBytes1GBytes。
USB接口:
2个USB1.1,BIOS支持USB启动。
多功能接口:
包含PS2键盘,鼠标,蜂鸣器,RESET复位接口串口特点:
COM1支持RS232,COM2支持RS232/RS485总线支持:
PC/104接口,420mA总线驱动指示灯:
电源指示灯、硬盘指示灯。
电源要求:
8PIN电源插头,333MHz工作频率下,+5V0.99A,支持单一的+5V供电。
低功耗:
3.5W(典型值)电池:
板上自带或外接后备电池(3.0V-3.6V),实时时钟尺寸:
符合PC/104标准,90mm96mm。
PCB板层数:
6层,抗电磁干扰能力强。
工作环境:
温度:
2560。
相对湿度:
相对湿度5%95%,非凝结。
贮存温度:
-55+85防EMI设计:
显示接口、串口、键盘/鼠标接口、USB口等均采用防EMI设计。
Watchdog:
看门狗功能集成在PLD器件之中,128级,0254秒,产生硬件RESET信号。
操作系统:
系统支持MS-DOS,Linux,Win98,Wince,Win2000,2.通用版组态软件通用版组态软件主要应用于时实性要求不高的监测系统中,它的主要作用是用来做监测和数据后处理3组态软件主要解决的问题:
(1)如何与采集、控制设备间进行交换数据;
(2)使来自设备的数据与计算机图形画面上的各个元素关联起来;(3)处理数据报警和系统报警;(4)存储历史数据并支持历史数据查询;(5)各类报表的生成和打印输出;(6)为使用者提供灵活多变的组态工具,适应不同领域的需求;(7)最终生成的应用系统运行稳定可靠;(8)具有第三方程序的接口,方便数据共享。
4.组态软件的功能1)强大的画面显示组态功能。
2)良好的开放性。
3)丰富的功能模块。
4)强大的数据库。
5)可编程的命令语言。
6)周密的系统安全防范。
7)仿真功能。
6.2测量数据预处理技术,6.2.1系统误差的自动校准1.全自动校准,系统由多路转换开关(可以用CD4051实现)、输入及放大电路、A/D转换电路、计算机组成。
可以在刚通电或每隔一定时间,自动进行一次校准,找到A/D输出N与输入测量电压uy之间的关系,以后再求测量电压时则按照该修正后的公式计算。
校准步骤如下:
(1)微机控制多路开关使K与3接通,则输入电压u=0,测出此时的A/D值N0。
(2)微机控制多路开关使K与1接通,则输入电压u=uR,测出此时的A/D值NR。
设测量电压与u与N之间为线性关系,表达式为:
,则上述测量结果满足:
(6.1),校正后的公式如果只校准零点时,实际的测量值则为,2.人工自动校准,全自动校准只适合于基准参数是电信号的场合,且不能校正由传感器引入的误差,为此,可采用人工校准的方法。
人工自动校准不是自动定时校准,而是由人工在需要时接入标准的参数进行校准测量,并将测量的参数存储起来以备以后使用。
人工校准一般只测一个标准输入信号yR,零信号的补偿由数字调零来完成。
6.2.1线性化处理,1铂热电阻的阻值与温度的关系Pt100铂热电阻适用于测量-200850全部或部分范围测温,主要特性是测温精度高,稳定性好。
Pt100阻值与温度的关系分为两段:
-2000和0800,其对应关系为:
-2000范围内0800范围内,许多常见的测温元件,其输出与被测量之间呈现非线性关系,因而需要线性化处理和非线性补偿。
查表法:
根据公式,离线计算出所测量温度范围内温度与铂热电阻的对应关系表即分度表,然后将分度表输入计算机中,利用查表的方法实现;或者根据式(6.6)和(6.7)画出对应的曲线,然后分段进行线性化,即用多段折线代替曲线。
线性化过程见插值算法。
2.热电偶热电势与温度的关系非线性关系,铜康铜热电偶铁康铜热电偶镍铬镍铝热电偶,6.2.3标度变换,将A/D转换后的数字量转换成与实际被测量相同量纲的过程称为标度变换,也称为工程量转换。
6.2.3标度变换,1.线性参数标度变换线性参数标度变换是最常用的标度变换,其前提条件是被测参数值与A/D转换结果为线性关系。
图6.3输入、输出线性关系图,当Nmin=0时,当Amin=0,对应Nmin=0,2.非线性参数标度变换
(1)公式变换法
(2)其他标度变换法,6.2.4插值算法,1.线性插值算法用直线AB代替弧线AB插值点x0与x1之间的间距越小,则在这一区间内f(x)与g(x)之间的误差越小。
2.分段插值算法基本思想是将被逼近的函数(或测量结果)根据其变化情况分成几段,为了提高精度及缩短运算时间,各段可根据精度要求采用不同的逼近公式。
最常用的是线性插值和抛物线插值。
分段插值算法程序设计步骤
(1)用实验法测量出传感器的输出变化曲线yg(x)
(2)将上述曲线进行分段,选取各插值基点。
曲线分段的方法主要有两种,等距分段法和非等距分段法。
等距分段法非等距分段法(3)根据各插值基点的(xi,yi)值,使用相应的插值公式,求出实际曲线g(x)每一段的近似表达式fn(x)。
(4)根据fn(x)编写出应用程序。
6.2.5越限报警处理,越限报警是工业控制过程常见而又实用的一种报警形式,它分为上限报警、下限报警、上下限报警。
如果需要判断的报警参数是xn,该参数的上下限约束值分别为xmax和xmin,则上下限报警的物理意义如下:
上限报警.若xNxmax,则上限报警,否则执行原定操作;下限报警.若xnxmin,则下限报警,否则执行原定操作;上下限报警根据上述规定,编写程序可以实现对被控参数、偏差、控制量等进行上下限报警。
6.3查表及数据排序技术,所谓查表法,就是把事先计算或测得的数据按一定顺序编制成表格,查表程序的任务就是根据被测参数的数值或者中间结果,查出最终所需要的结果,一般将要查询的数据或字符称为关键字表格有两种排列方法:
(1)无序表格,即表中数据任意排列;
(2)有序表格,即表中数据按一定顺序排列,如按升序或降序排列等,6.3.1数据排序技术,数据排序的目的就是把无序的数据表按大小顺序排列,变成有序的数据表常用的排序方法有:
直接插入排序希尔排序选择排序快速排序,1直接插入排序,图5.5直接插入排序示例,2希尔排序,图6.6希尔排序示例,3选择排序,初始数据5545781234231166114578123423556611127845342355661112234534785566111223344578556611122334457855661112233445557866排序结果1112233445556678,图6.7选择排序示例,4快速排序,图6.8快速排序过程示例,6.3.2查表技术,表的排列方式分为无序表格和有序表格查表的方法主要有:
顺序查表法;计算查表法;对分查表法等,1顺序查表法,顺序查表法又称为线形查表法,是针对无序表格查询的一种方法特点是程序设计简单,但是查询效率很低。
因为无序表格中所有各项的排列均无一定的规律,所以,只能按照顺序从第一项开始逐项寻找,直到找到所要查找的关键字为止。
顺序查表速度较慢。
设表中有n个数据,平均查找次数M约为n(n+1)/2。
只适用于表中数据较少的情况。
2计算查表法,计算查表法又称直接查表法D=KN+F这种有序表格要求各元素在表中排列的格式及所占用的空间必须一致,而且表中各元素严格按顺序排列的。
它适用于某些数值计算程序,功能键地址转移程序以及数码转换程序等,3对分查表法,表格为有序表格对分查表法的具体作法:
先选择表中
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