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第六章 计算机控制系统的抗干扰技术

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2023年大学_计算机控制技术第二版(温希东著)课后答案下载

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2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载本书全面系统地介绍了计算机控制系统的基本组成和在工业控制中的应用技术，并结合实际深入浅出地介绍了几种典型的控制系统和控制技术。

主要内容包括：计算机控制系统概述、开关量输入/输出通道与人机接口、顺序控制与数字控制、模拟量输入/输出通道、PID调节器的数字化实现、计算机控制系统的抗干扰技术及工业控制微型计算机。

为了帮助读者掌握各部分内容，书中每章后面都附有习题。

本书可作为高职高专院校应用电子技术、自动化、机电一体化、电气工程等专业的计算机控制技术课程的教材，也可作为从事计算机控制工作的工程技术人员的参考书。

计算机控制技术第二版（温希东著）：内容简介点击此处下载计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案计算机控制技术第二版（温希东著）：目录第1章计算机控制系统概述 11.1 计算机控制系统的组成 11.1.1 计算机控制系统的硬件组成 31.1.2 计算机控制系统的软件 41.2 工业控制计算机的特点 41.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 51.3.1 计算机操作指导控制系统 51.3.2 直接数字控制系统 51.3.3 监督计算机控制系统 61.3.4 集散型控制系统 61.3.5 现场总线控制系统 71.3.6 工业过程计算机集成制造系统 81.4 微型计算机控制系统的发展 91.4.1 计算机控制系统的发展过程 91.4.2 近年来计算机控制系统在我国的发展趋势 9 习题 13第2章开关量输入/输出通道与人机接口 142.1 过程通道的分类 142.2 开关量输入/输出通道 152.2.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式 15 2.2.2 开关量输入信号的调理 162.2.3 开关量输出驱动电路 192.2.4 开关量输入/输出通道的设计 21 2.3 人机接口——键盘 222.3.1 非编码键盘 232.3.2 编码键盘 282.4 人机接口——数字显示方法 312.4.1 发光二极管LED显示 312.4.2 LCD显示接口技术 38习题 81第3章顺序控制与数字控制 833.1 顺序控制 833.1.1 顺序控制系统的类型 833.1.2 顺序控制系统的组成 853.1.3 顺序控制系统的应用领域 853.1.4 顺序控制的应用实例 863.2 数字程序控制 883.2.1 数值插补计算方法 883.2.2 逐点比较法直线插补 893.2.3 逐点比较法圆弧插补 943.2.4 步进电机工作原理 993.2.5 步进电机控制系统原理 1013.2.6 步进电机与微型机的接口及程序设计 103 3.2.7 步进电机步数及速度的计算方法 1083.2.8 步进电机的变速控制 109习题 110[1]第4章模拟量输入/输出通道 1124.1 模拟量输入通道 1124.1.1 输入信号的处理 1124.1.2 多路开关 1134.1.3 放大器 1174.1.4 采样保持器(S/H) 1194.1.5 模/数(A/D)转换器及其应用 1204.2 模拟量输出通道 1284.2.1 DAC的工作原理 1284.2.2 多路模拟量输出通道的结构形式 1304.2.3 D/A输出方式 1314.2.4 失电保护和手动/自动无扰动切换 1324.2.5 DAC的主要技术指标 1324.2.6 典型应用例子 133习题 135第5章 PID调节器的数字化实现 1375.1 PID调节器 1385.1.1 PID调节器的优点 1385.1.2 PID调节器的作用 1385.2 数字PID控制器的设计 1415.2.1 PID控制规律的离散化 1425.2.2 PID数字控制器的实现 1435.3 数字PID控制器参数的整定 1455.3.1 采样周期的选择 1455.3.2 PID控制器参数的整定 146习题 150第6章计算机控制系统的抗干扰技术 152 6.1 干扰信号的类型及其传输形式 1526.2 抗干扰技术 1536.2.1 接地技术 1546.2.2 屏蔽技术 1556.2.3 隔离技术 1566.2.4 串模干扰的'抑制 1566.2.5 共模干扰的抑制 1576.2.6 长线传输中的抗干扰问题 157[1] 6.3 电源干扰的抑制 1586.3.1 电源干扰的基本类型 1586.3.2 电源抗干扰的基本方法 1596.4 CPU软件抗干扰技术 1616.4.1 人工复位 1626.4.2 掉电保护 1626.4.3 睡眠抗干扰 1636.4.4 指令冗余 1646.4.5 软件陷阱 1646.4.6 程序运行监视系统(WATCHDOG) 167 6.5 数字信号的软件抗干扰措施 1706.5.1 数字信号的输入方法 1706.5.2 数字信号的输出方法 1716.5.3 数字滤波 172习题 176第7章工业控制微型计算机 1777.1 工业控制计算机的特点 1777.2 总线式工控机的组成结构 1787.3 常用工控总线(STD/VME/IPC工控机) 179 7.3.1 STD总线工控机 1797.3.2 MC6800/MC68000工控机 1797.3.3 IPC总线工控机 1797.4 IPC的主要外部结构形式 1807.4.1 台式IPC 1807.4.2 盘装式IPC 1817.4.3 IPC工作站 1817.4.4 插箱式IPC 1827.4.5 嵌入式IPC 1837.5 IPC总线工控机内部典型构成形式 1847.5.1 工业控制计算机的组成 1847.5.2 工业控制计算机系统的组成 1857.6 IPC总线工业控制计算机常用板卡介绍 186 7.6.1 IPC总线工业控制计算机的概念 1867.6.2 工业控制计算机I/O接口信号板卡 187 习题 192附录 ST7920GB中文字型码表 193参考文献 198。

计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术研究

计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术研究

胡 月明 范 勇 （ 西南科技大学计算机科学学院， 四川 绵阳 ６ １ １） ２００
摘 要
对计算机控制 系统的可靠性作 了定量表示 ， 并从软硬件两方面入 手提 出了提 高系统可靠性的几种措施。抗干扰技 术是 保证控制 系统可靠性的一个关键 。 目前针 对各种干扰施行 的抗 干扰技术单独列出 ， 把 也分别从硬 、 件两方面作 了较为详细 软
可靠 度 Ｒ表 明运 行 ｎ此 不 发生 故 障 的 概 率 。 也 可 表示 为 ：
１１系 统 可 靠 性 的 定量 表示 ．
时间 。如 果 该 值很 小 ， 示 系统 可 维 护 性 好 ， 易 修 复 。 表 容
（） ５ 有效度 Ａ （ｖ ｉ ｂｌ ａｉ） Ａ ａｌ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
４ 一
’ Ｆ于 ｉ 一 ｊ ｉ －
可 工 作 时 间
ｊ 丽 ：Ｆ
控 制 系 统 抗 干 扰设 计 和施 工 是 工 程 中 非 常 重 要 的 环 节 仪 表 及控 制 系 统 可 靠 性直 接 影 响 到 生产 装 置安 全 、 定 的运 行 ， 制 稳 控 系 统抗 干 扰 能 力 是关 系到 整个 系统 可 靠 运 行 的 关 键 。 １ 计 算 机 控 制 系 统 的可 靠 性
作 ， 行不久即出现故障 ， 运 有效度降低 。
（ ） 靠 度 Ｒ Ｒ ｌ ｂｌ ａｉ） ６可 （ ｅｉ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
Ｒ 『 尸几 ｆ ＝ ｌ 次运行不发 生故障ｆ ｆ
低， 如可靠度 、 维护率 、 失效 率 、 均故障间隔时 间（ Ｂ ）平均 平 ＭＴ Ｆ 、
维护时间 （ Ｔ ）有效度 等。具体解释如下［】 ＭＴ Ｒ 、 １：
假 定 系 统 投 入 运 行 后 ， 作 了 一 段 时 间 ｔ后 出现 了故 障 ， 工 不 得 不停 机 维 修 。经过 一 段 时 间 Ｔ 的 维 修后 ， 障 排 除 ， 统 又 正 １ 故 系 常 运 行 。这 样 ， 时 间 坐 标 轴 上 ， ， ， ， 是 系 统 正 常 工 作 时 在 ｔｔ … ｔ ， 间 ， １ ２… ， ｎ 维 护 时 间 ， 有 ： Ｔ， ， Ｔ 是 Ｔ 则

第6章抗干扰技术答案(仅供参考)

第6章抗干扰技术答案(仅供参考)

一、填空1.经常采用的软件抗干扰技术包括：数字滤波技术、数字信号的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件陷阱技术等。

2.采用积分式A/D转换器是抑制串模干扰的方法之一。

3.采用差分放大器作为信号前置放大是抑制串模干扰的方法之一。

4.通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。

5.计算机控制系统中，按干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰两种，而数字滤波只能抑制串模干扰。

6.采用双绞线作信号引线是为了抑制串模干扰，采用终端匹配是为了抑制长线传输干扰。

二、选择题1、下列抗干扰措施中属于软件抗干扰技术的有（B、E、F），属于硬件抗干扰技术的有（A、C、D）。

A.采用双积分A/D转换器B.采用中位值滤波C.采用光耦滤波D.采用LC滤波E.采用限幅滤波F.重复书写指令G.串行通讯方式三、判断1.下图所示干扰源为共模干扰。

错，串模。

2.如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰。

对3.如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰。

对4.对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的。

对5.下图所示干扰源为共模干扰。

对6.所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将扑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进行处理的程序。

对7.所谓指令冗余，就是在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重复书写，提高弹飞程序纳入正轨的机会。

对四、简答1.干扰的作用途径是什么？答：(1) 静电耦合 (2) 磁场耦合 (3) 公共阻抗耦合2.什么是共模干扰和串模干扰？如何抑制？答：共模干扰：是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压，也称为共态干扰。

共模干扰主要是由电源的地、放大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成得。

抑制共模干扰的方法：变压器隔离；光电隔离；浮地屏蔽等。

串模干扰：指叠加在被测信号上的干扰噪声，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统，也称为常态干扰。

于海生---微型计算机控制技术课后习题答案

于海生---微型计算机控制技术课后习题答案

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

!(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么—由四部分组成。

图微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。

过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

抗干扰(六讲)

抗干扰(六讲)

RST ST
为复位输出(低电平有效 产生条件同 为复位输出 低电平有效).产生条件同 低电平有效 产生条件同RST. 为选通输入watchdog定时器输入 定时器输入. 为选通输入 定时器输入
Vcc 为+5V电源 +5V电源 GND 为数字地 N.C. 悬空
2.MAX1232的主要功能 的主要功能 (1)电源监控 电源监控 (2)按钮复位输入 按钮复位输入 (3)监控定时器 监控定时器
1.MAX1232的结构原理 1.MAX1232的结构原理(续) 的结构原理( 当电源过压、欠压时，MAX1232将提供至少 将提供至少250ms宽 当电源过压、欠压时， 将提供至少 宽 度的复位脉冲， 度的复位脉冲，其中的容许极限能用数字式的方法来选 的容限， 择5%或10%的容限，这个复位埋藏也可以由无锁的手 或 的容限 动复位输入； 动复位输入；MAX1232有一个可编程的监控定时器监 有一个可编程的监控定时器监 督软件的执行， 可编程为150ms、600ms或 督软件的执行，该Watchdog可编程为 可编程为 、 或 1.2s的超时设置。下面给出了 的超时设置。 的内部结构图。 的超时设置 下面给出了MAX1232的内部结构图。 的内部结构图
2.7.3 CPU抗干扰技术 抗干扰技术
• 计算机控制系统的CPU抗干扰措施常常采用监 计算机控制系统的CPU抗干扰措施常常采用监 控定时器即看门狗（Watchdog）、 ）、电源监控 控定时器即看门狗（Watchdog）、电源监控 掉电检测及保护）、复位等方法。 ）、复位等方法 （掉电检测及保护）、复位等方法。这些方法 可用微处理器监控电路MAX1232来实现 来实现。 可用微处理器监控电路MAX1232来实现。 1.MAX1232的结构原理 1.MAX1232的结构原理 MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以 微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以 及电源供电监控功能。 及电源供电监控功能。MAX1232通过监控微处理器系统 通过监控微处理器系统 电源供电及监控软件的执行，来增强电路的可靠性， 电源供电及监控软件的执行，来增强电路的可靠性，它 提供一个反弹的（无锁的）手动复位输入。 提供一个反弹的（无锁的）手动复位输入。

计算机控制系统的软件抗干扰技术

计算机控制系统的软件抗干扰技术

干 扰 效 应 。
计算机控制系统不仅是保 障整个计算机运行安全，还需
（３）针 对 电路 板 干扰 源 ，可 以利 用 电容 器 与抑 制 电压 元 件 。
要对传递过程中的各种信号进行转换并对其进行其他的处理， 电容器可 以有 效的减 少干 扰 电流对计算机控制系统 的影响 ，
形成计算机语言 。因此计算机控制系统不仅具有控制 的能力， 在 电路板芯片电源与大地之间放置 电容器可以减少 电路之间
用 ，那就是外界的干扰对计算机控制系统会造成一定的危害，
２计 算 机 控 制 系 统 的软 件 抗 干 扰 建 议
使得计算被病毒侵害，从而可能会泄漏用户 的信息甚至公司
针对 第 二 部 分 对 计 算机 控 制 系 统 的干 扰 源 的介 绍 以及 分
与 国家 的 机 密 ，造 成 不 可 估 量 的损 失 。
判 断输入输 出接 口以及通信通道 的稳定性 以及可靠性 。并且
１计算机控制系统的干扰 因素
在进行程序运行期间需要对系统进行抚慰处理 ，中断响应，减
计算机控制系统在整个计算机运行过程具有重要的作用 ， 少错误操作 ，保 证系统 的安全性；最 后，增强信 息传递过程 中
它维持计算机 的高效运行并保障运 行的安全性与稳定性，因 的冗余信息量 ，提 高系统 的发现错误并改正错误 能力 。
的 目的 。计算机控制 系统 中包含硬件与软件，本文 只介绍相 的多余 电波进行过滤 ，从而减少其对系统的影响。
关 出厂 时就 已确 定 了，包
（２）针 对 信 号 电压 干 扰 源 ，可 以利 用磁 珠 以及 双 绞 线 等 方
含计算机的语言 、操作系统 以及 自带的 内部程 序。计算机控 式进行一定的防护 。磁珠的作用主要是降低输 出线中产生的

计算机控制系统的干扰及抗干扰措施探讨


号 的频 带不 同 ， 可 以通 过 在 导线 上增 加滤 波 器 的方 法
切 断高 频干 扰 噪 声 的传播 ， 有 时 也可 加 隔离 光 耦来 解 采 用 积 分 型 Ａ ／ Ｏ； 当 干扰 主 要来 自感应 时 ， 对 被 测 信 提高Ｓ ／ Ｎ比 ； 对低 频 干扰 ， 采 用 数 字 决。 电源 噪声 的危 害最 大 ， 要特 别注 意处理 。 所谓辐 射 号尽 早前 置 放大 ， 干扰 是 指走 平 行 线路 ， 通 过 空 间辐 射感 应传 导到 干扰 滤波 ； 数字 信 号传送 时， 采用 负逻 辑 。
计算 机控 制 系统 在 工程 中的应 用 越来 越 多 ， 由于 混 乱 ， 引发计 算机 失控 ， 死机 。 周 围环 境 比较 复 杂 ， 容 易 形成 各 种 干 扰源 ， 如 果 不 采
取恰 当 的 防 范措 施 ， 源自 种干 扰 就 会 影 响 系 统 ， 造 成 系
统 控制 失 灵 、 运 行 不稳 定 等现 象 。因此 研 究计算 机 控
Ｌ 堡 垒 ｌ
ＵＪ ｌ ＡＮ ＣＯ Ｍ ＰＵＴＥＲ
计算机控制 系统 的干扰及 抗干扰措 施探讨
姜 碉
（ 西 南民族 大 学计算机科 学技 术 学 院 四川 成 都 ６ １ ０ ０ ４ １ ）
【 摘 要】 ： 本文分析了计算机控制 系统中的干扰来源和影响， 以及干扰表现方式 ； 按照抗干扰的基
本原 则 ， 探 讨 了如何 对 不 同类型 的干扰 采取相 应 的抗 干扰措 施 ， 提 高 系统 对环境 的 适应 能力 ， 使 实现正
常 的控 制得 到保证 。
【 关键词 】 ： 计算机控制 系统 干扰 抗干扰
１前言
混 乱； 对 于 系 统 内 核本 身 ， 会 使三 总 线 上 的 数 字信 号 ２ ． ４干 扰 的基本 类 型 １ １ 按特 征 分

于海生---微型计算机控制技术课后习题答案

第二章 输入输出过程通道1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。

按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。

2.数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。

数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。

数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。

其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等问题。

4.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。

光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图2.1所示。

输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。

图2.1光电耦合器电路图5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输入通道一般由I/V 变换、多路转换器、采样保持器、A/D 转换器、接口及控制逻辑电路组成。

(1)I/V 变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。

(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。

(3)采样保持器：A/D 转换器完成一次A/D 转换总需要一定的时间。

在进行A/D 转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。

这样，就需要在A/D 转换器之前加入采样保持器。

(4)A/D 转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(Analog/Digital Converter ，简称A/D 转换器或ADC)。

浅谈计算机控制系统中的抗干扰


和抑制干扰是一个比 较复杂的问 下面就计 题， 算机控制系统中干扰及消除或抑制它的措施
作一简要说明。
2 概述
工业生产过程中的干扰一般都是以脉冲 的形式进入计算机的， 干扰窜入系统的渠道主 要有三条: 即空间干扰， 通过电磁波辐射窜入 系统; 过程通道干扰， 干扰通过与主机相连的 生产过程通道及其它主机的相互通道进人 ， 供 电系统干扰。空间干扰可用良好的屏蔽和正 确的接地、高频滤波加以解决， 故计算机系统 中应重点防止供电系统与过程通道的干扰。
a 。
3.2 过 程通道 干扰及 扰措施 抗干
过程通道是生产过程与主机之间或主机
此外， 正确、 合理地接地， 也是计算机应
用系统抑制干扰的主要方法。
相互之间进行信息传输的路径， 在过程通道中 长线传输的干扰是主要因素。随着系统主振 频率的提高， 计算机系统过程通道的长线传输 更是无法避免。在计算机应用系统中， 传输线
施起来所以难度大 ， 可靠性、稳定性经常成 为系统调试及运行中的问题， 干扰的影响是其 中的主要原因。所谓干扰 ， 就是有用信号以 外的噪声或造成恶劣影响的变化部分的总 称。如我公司发酵车间的计算机控制系统和 动力车间、提取车间的多台小型PLC 控制系 统的应用， 只有消除和抑制干扰， 才能保证系 统的正常运行。在实时控制系统中如何消除
流传输代替电压传输， 可获得较好的抗千扰能 力。 例如以传感器直接输出0一 IO 电 Ma 流在 长线上传输， 在接收端可并上500 。 的精密电 d. 射频干扰; 阻， 将此电 转换为0 一5V 电 然后再送 流 压， 过压、欠压、停电的危害是显而易见的， 人 A/ D 转换器。如下图: 解决的办法是使用各种稳压器、电源调节器， 对付短时间停电则配置不间断电源 (UPS) , 浪涌与下陷是电压的变化， 如果幅度过大 也会、毁坏系统。而使系统无法工作， 解决的 办法是使用快速响应的交流电源调压器。 尖峰电压持续时间很短， 一般不会毁坏系 统， 但对微机系统正常运行位危害很大会造成 3. 3 空间 干扰及抗干扰措施 逻辑功能紊乱， 甚至冲坏源程序。解决方法是 空间千扰主要指电磁场在线路、导线、 使用具有噪声抑制能力的交流电源调压器或 壳体上的辐射、吸收与调制。千扰来自 应用 超隔离变压器。 系统的内部和外部。空间干扰的抗干扰设计 射频干扰对计算机系统影响较小， 加接低 主要是地线系统设计、系统的屏蔽与布局设 通滤波器后可以解决。 计。 过压、 欠压、 停电 b . 浪涌、 下陷、 降出 c. 尖峰电压;

计算机控制系统的抗干扰技术研究


高 曼 敏 化 ． 度 非 成 化 ， 计 算 机 的 电 磁 兼 过路 或 场 耦 台 到 被 干 扰 设 备 场 包 括 静 电 ２ １ 高 使 ２采 用 低 通 滤 波 器 ． 波 器 要 有 良好 的 滤 容 问 题 更 为突 出 ， 如 ， 于 高 速 化 带 来 宽 场 、 场 及 高低 频 电 磁 场 ， 干 扰 的引 八 方 接 地 ， 例 由 磁 其 布线 接 近 地 面 ． ＾ 输 出 引 线 相 互 隔 输
干扰 可 能 经 电 源 线 进 入 控 制 系 统 ． 在 变 压 器 可 以阻 断 系 统 与 电 源 之 间 的 直 接 联
而且 干 扰 频 繁 ， 种 干 扰 都 直 接 或 问 接 地 同一 交 ’ 电 线 路 上 往 往 带 着 各 种 负 载 ， 系 ． 少 它们 之 间 的 耦 台 ． 离 变 压 器 应 有 各 赢供 减 隔 影 响 微 机 系 统 的 工 作 ， 而 影 响 计 算 机 控 如 电 动 机 ． 电器 及 其 他 高 频 设 备 等 ， 些 多 层 屏 蔽 ． 一 次 绕 组 屏 蔽 ． 次 绕 组 屏 从 继 这 如 二 制系 统 的 可靠 怀 和 稳 定 性 ， 此 须 分 析 设 备 的 干 扰 经 电 振 线 会 进 入 微 机 控 制 系 蔽 ， 电 位屏 蔽 ， 屏 蔽 以 及外 屏 蔽 等 。 固 必 等 磁 干扰 的 来 源 ． 究 对 于 不 同 干 扰 应 采 用 相 统 。而 空 间 的电 磁 干 扰 也 可 能 在 较 长 的 电 ２ １５外 部 设 备 自动 加 电 防止 干 扰 ， 宴 研 ． 在 应 的 行 之有 效 的 抑 制 和 消 际 措 施 来 提 高 系 源 线 上 产 生 噪 声 电 压 进 八 控 制 系 统 。 统 的 抗 干 扰能 力 。 １ 电磁 干扰 的 形 成 １２２ 静 电耦 台 时 控 制 系 统 中 外 部 设 备 随 时 与 计 算 机 联 机 、 机 ， 使 生 误 动 作 别 是 关 闭 电 源 脱 致 特
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其差分方程形式为 整理得： 其中：
Tf
y(n) y(n 1) y(n) x(n) Ts
y(n) Ts x(n) Tf y(n 1) (1)x(n) y(n 1)
Tf Ts
Tf Ts
Tf
Tf Ts
r(t)
e*(t)
u*(t)
Gc(z) E(z)
U(z) Gh(s)
1
1Tf s
H(s)
特点:中位值滤波法对脉冲干扰信号等偶然因素引发的干扰有良好的滤波效果。如
对温度、液位等变化缓慢的被测参数采用此法会收到良好的滤波效果；对流量、 速度等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波法
中位值滤波法和平均值滤波法结合起来使用，滤波效果会更好。即在每个采样周期， 先用中位值滤波法得到m个滤波值，再对这m个滤波值进行算术平均，得到可用的 被测参数。也称为去脉冲干扰平均值滤波法.
6.3 软件抗干扰技术
(3)数字滤波器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。
常用数字滤波算法
算术平均值法
针对随机干扰信号和周期性干扰，对连续N个采样数据求算术平均。
1 N
y N i1 xi
84
83
滤波后
82
81
80
79
0
100
200
300
400
500
单点接地与多点接地
主机系统接地
6.2 硬件抗干扰技术
主机抗干扰技术
一般用微处理器监控电路MAX1232实现 Watchdog（看门狗、监控定时器） 应用于因干扰引起的系统飞程序等出错的检测和自动恢复 电源监控（掉电检测及保护） 瞬间断电时进行现场保护，把重要参数、专用寄存器的结果转移到有后备电源的
始端阻抗匹配
6.2 硬件抗干扰技术
总结
干扰 作用 方式
抑制差模干扰 双绞线传输，滤波等
抑制共模干扰 长线传输干扰
变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽等。
同轴电缆或双绞线传输；始端阻抗匹 配及终端阻抗匹配等。
始端阻抗匹配
6.2 硬件抗干扰技术
接地技术
计算机 控制系 统地线
模拟地
传感器、变送器、放大器、A/D和D/A 转换中模拟电路的零电位。
6.1 概述
干扰 分类
外部干扰 与系统结构无关，由使用条件和外部环境因素决定。
主要有：雷电或大气电离作用引起的干扰电波；太阳辐射的电磁 波；周围电气设备发出的电磁波；电源的工频干扰；气象条件引 起的干扰；地磁场干扰；火化放电、弧光放电、辉光放电等产生 的电磁波等。
内部干扰 由系统的结构布局、线路设计、元器件性质变化和漂移等原因 造成 主要有：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应， 长线传输的波反射，多点接地造成的电位差引入的干扰，寄生振 荡引起的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。
6.1 概述
(1)电场耦合
(2)磁场耦合
（3）公共地线的阻抗耦合
6.1 概述
干扰作用方式
差模干扰 又称串模干扰，是指叠加在被测信号上的干扰噪声。
干扰 作用 方式
共模干扰 系统的信号输入端上对接地端干扰电压。
长线传输 现场信号到控制计算机之间存在较长的线路，即长线传输，
干扰
在长线传输中产生的干扰称为长线传输干扰。波反射现象；
6.2 硬件抗干扰技术
对于主要由元器件内部的热扰动产生的随机噪声所形成的串模干扰，或在数字信号的 传送过程中夹带的低噪声或窄脉冲干扰时，可采用高抗扰度逻辑器件；
采用双绞线作信号引线减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。
共模干扰抑制措施
这种干扰可能是 直流电压，也可 能是交流电压， 其幅值可达几伏 甚至更高，取决 于现场产生干扰 的环境条件和计 算机等设备的接 地情况。
例：某压力仪表采样数据如下：
对1、2、3次采样中位值滤波后值：24
123 456 789
对4、5、6次采样中位值滤波后值：27
24 25 20 27 24 60 24 25 26
对7、8、9次采样中位值滤波后值：25
采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。
采用去脉冲干扰平均值滤波后，其采 样值为：25
为了提高计算机控制系统的可靠性，仅靠硬件抗干扰技术是不够的，需要进一步借助于 软件措施来克服某些干扰. 经常采用的软件抗干扰技术 数字滤波技术：消除各种噪声影响 软件陷阱技术：软件容错，消除意外程序混乱 开关量软件抗干扰技术：多次采样、重复输出
数字滤波技术 数字滤波：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。 与硬件滤波相比，数字滤波有以下几个优点: (1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，成本低。 (2)数字滤波可以对频率很低(如0.01HZ)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。
采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。 24 25 20 27 24 60 24 25 26 23 采用算术平均值滤波后，其采样值为：
Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+26+23)/10=28
干扰被平均到采样值中去了
6.3 软件抗干扰技术
中位值滤波法
中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m次(m≥3)且是奇数，并按大小顺序排 列；再取中间值作为本次采样的有效数据。
6.2 硬件抗干扰技术
信号源端接地，而接收端浮地，则 屏蔽层应在信号源端接地
信号源浮地，接收端接地，则屏蔽 层应在接收端接地
6.2 硬件抗干扰技术
长线传输干扰抑制措施 长线传输一般选用同轴电缆或双绞线，在电场干扰较强时可采用屏蔽双绞线。 采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射或者把它抑制到 最低限度。
被测信号源 Us
计算机
A/D 转换器
U cm
共模干扰：系统的信号输 入端上对接地端干扰电压。
6.2 硬件抗干扰技术
6.2 硬件抗干扰技术
变压器隔离 利用隔离变压器将把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压不能构成回路。
光电隔离
6.2 硬件抗干扰技术
浮地屏蔽
浮地屏蔽是指信号放大器采用双层屏蔽，输入为浮地双端输入，如图示。这种 屏蔽方法使输入信号浮空，达到了抑制共模干扰的目的。
6.3 软件抗干扰技术
限幅滤波法
由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数据偏离实际值太远，为此采用上 、下限限幅，即
当y(n)≥yH时，则取y(n)=yH(上限值)； 当y(n)≤yL时，则取y(n)=yL(下限值)； 当yL＜y(n)＜yH时，则取y(n)。
限速(亦称限制变化率)滤波，即 当|y(n)-y(n-1)|≤Δy0时，则取y(n); 当|y(n)-y(n-1)|＞Δy0时，则取y(n)=y(n-1)。
采用二级阻容
滤波网络可使 50Hz的串模干 扰信号衰减600 倍左右。
输入信号
屏蔽层
75 75 500 500 75 75
A/D 转换器
当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A／D转换器可以削弱串模干扰的影 响。
对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大， 或者尽可能早的完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。
第六章 计算机控制系统的抗干扰技术
中国石油大学信息与控制工程 学院自动化系
6.1 概述 6三.2 硬件抗干扰技术 6五.3 软件电
过程控制系统
雷达、电台等 天线发射装置
引 入 噪 声
地电位波动
交流动力线
电机、电焊机等 大用电设备
在计算机控制系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作过程中将产生 干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的干扰，以及高压输电线周围交变 磁场的影响等。
数字地 控制系统中各种数字电路的零电位。
安全地 交流地 系统地
目的是使设备机壳与大地等电位，以避免 机壳带电影响人身和设备的安全。通常安 全地又称为保护地或机壳地。
计算机交流供电电源地，即为动力线地， 地电位很不稳定。
以上几种地的最终回流点，直接与大地相 连。
6.2 硬件抗干扰技术
分别回流法接地示意图
y(t) Gp(s)
6.3 软件抗干扰技术
总结：实际应用中,究竟采用不采用、以及采用哪一种数字滤波,应视具体情况而定.
惯性滤波适用于消除高频噪声。 平均值滤波适用于消除随机噪声和周期性干扰。 中值、限幅滤波适用于消除偶然的脉冲干扰。 几种滤波算法可以复合使用.如:中值+算术平均 不适当的滤波也可能影响有用信号。
84
83
82
81
80
79
0
100
200
300
400
500
适用于随机干扰信号的滤波
6.3 软件抗干扰技术
特点： N值决定了信号平滑度和灵敏度。随着N的增大，平滑度提高，灵敏度降低。应该视具
体情况选择N，以便得到满意的滤波效果。 对每次采样值给出相同的加权系数，即1/N。在不同采样时刻采集数据受到同样重视。
6.1 概述
干扰传播途径
电场耦合 通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统
干扰 传播 途径
磁场耦合 任何载流导体周围都会产生磁场，当电流变化时会引起交变磁场， 该磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势引起干扰。
公共阻抗 由于电流流过回路间公共阻抗，使得一个回路的电流所产生的电
耦合
压降影响到另一回路。
6.3 软件抗干扰技术
指令冗余与软件陷阱技术 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。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），即指令冗余。 为防止“程序失控”现象，在软件中设立陷阱。在ROM或RAM中，每隔一些指令，