《控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)》

1、隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，抗干擾技術(shù)愈來(lái)愈引起人們的重視，并且貫穿于機(jī)電測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及運(yùn)行的各個(gè)階段。面向裝備制造業(yè)，提高機(jī)電測(cè)控系統(tǒng)的可靠性和安全性非常重要。人們?cè)诓粩嗤晟茩C(jī)電測(cè)控系統(tǒng)的硬件配置過(guò)程中，分析系統(tǒng)受干擾的原因，探討和提高系統(tǒng)的抗干擾能力，這不僅具有一定的科學(xué)理論意義，還具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。學(xué)習(xí)本課程可以培養(yǎng)我們完善控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，保證機(jī)電設(shè)備能夠安全、可靠、正常地運(yùn)轉(zhuǎn)。電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理常用元器件的選用方法常用硬件、軟件電磁干擾控制方法單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中主機(jī)單元、測(cè)量單元、D/A及A/D單元、功率接口單元、人-機(jī)對(duì)話單元的配置與抗干擾設(shè)計(jì)供電電源及印制板設(shè)

2、計(jì)的抗干擾措施1.1 電磁干擾的基本概念 隨著強(qiáng)電、弱電設(shè)備在通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，處于同一工作環(huán)境中的各種電子、電氣電路，因距離過(guò)近而相互影響或相互耦合，從而形成電磁干擾（EMI：Electro-Magnetic Interference）。目前，電磁干擾已經(jīng)成為許多電子設(shè)備與系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)正常操作、運(yùn)行的主要障礙之一。 1.1.1 噪聲與干擾（1）日常生活中的“噪聲”：多指機(jī)械噪聲，是指不同頻率、不同強(qiáng)度的雜亂聲音的組合。（2）電工學(xué)和電子學(xué)所指的“噪聲”：把那些不需要的電壓和電流稱作噪聲，當(dāng)這些無(wú)用的電壓和電流對(duì)電路的正常工作產(chǎn)生危害時(shí)，就稱作“干擾”。（3）電磁噪聲：把

3、電子設(shè)備或電氣系統(tǒng)中除去有用信號(hào)以外的所有電磁信號(hào)稱為“電磁噪聲”。（4）電磁干擾：由電磁噪聲引發(fā)的不期望得到的結(jié)果，稱為“電磁干擾”。*如果一個(gè)噪聲電壓使得一個(gè)電路產(chǎn)生誤動(dòng)作，它就是一個(gè)干擾。*噪聲不能被完全消除，但可以采取措施將其抑制，直到其不會(huì)引發(fā)不良后果。*噪聲是原因，干擾是后果。（5）失真：電路中因非線性原因而導(dǎo)致的失真，由于其不會(huì)耦合進(jìn)其他電路，所以不認(rèn)為它是噪聲。（6）有用信號(hào)：電路中常常有一些有用的信號(hào)耦合進(jìn)入了電路的其他部分，也認(rèn)為它是噪聲。（7）電磁噪聲的特征（定義）： 所謂電磁噪聲，是指一種無(wú)用的電磁信號(hào)，它具備如下特征： 具有隨機(jī)性和時(shí)變性； 由電磁干擾源產(chǎn)生； 通過(guò)導(dǎo)

4、體或介質(zhì)進(jìn)行傳播； 含有一定的電磁能量。（8）電磁干擾的定義：由電磁噪聲導(dǎo)致電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)的不正常工作，稱作電磁干擾。1.1.2 電磁干擾的形成因素 電磁干擾由電磁干擾源發(fā)射，經(jīng)過(guò)耦合途徑傳輸?shù)奖桓蓴_設(shè)備（敏感設(shè)備）。因此，形成電磁干擾必須具備下列三個(gè)基本要素： 電磁干擾源 傳輸通道 敏感設(shè)備1.1.3 干擾的分類（1）按干擾源分類：自然干擾、人為干擾（2）按噪聲的波形和性質(zhì)分類： 持續(xù)正弦波、浪涌脈沖、脈沖序列（3）按干擾傳入系統(tǒng)的方式分類： 共模干擾、差模干擾、傳導(dǎo)耦合、 感應(yīng)耦合、輻射耦合1.2 電磁兼容性1.2.1 電磁兼容性定義 電磁兼容性：（EMC：Electro-Magne

5、tic Compatibility） 設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。 EMC包括兩方面的含義：（1）電子設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)元件、部件和子系統(tǒng)，在它們所處的內(nèi)部和外部電磁環(huán)境中，能按原設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行。 （2）該設(shè)備或系統(tǒng)自己所產(chǎn)生的電磁噪聲必須限制在一定水平內(nèi)，不致于造成嚴(yán)重的電磁污染而影響其他設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行。1.2.2 電磁兼容性設(shè)計(jì)（1）對(duì)周圍電磁干擾的物理特性進(jìn)行估算與測(cè)定；（2）對(duì)設(shè)備承受電磁干擾的能力，即抗干擾裕度進(jìn)行分析或試驗(yàn)測(cè)定。1.2.3 電磁兼容性常用術(shù)語(yǔ)（1）電磁環(huán)境：是指存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象的總和。

6、“給定場(chǎng)所”是指給定的空間或環(huán)境；“所有電磁現(xiàn)象”是指在這個(gè)空間或環(huán)境中任何時(shí)候所遇到的所有電磁現(xiàn)象。（2）電磁騷擾：是指任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低，或者對(duì)生物或非生物產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。（3）電磁噪聲：一種明顯不傳送信息的時(shí)變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號(hào)進(jìn)行疊加或組合。（4）自然噪聲：來(lái)源于自然現(xiàn)象而非人工裝置產(chǎn)生的電磁噪聲。（5）人為噪聲：來(lái)源于人工裝置的電磁噪聲。（6）脈沖噪聲：在特定設(shè)備上出現(xiàn)的、表現(xiàn)為一串清晰脈沖或瞬態(tài)的噪聲。（7）隨機(jī)噪聲：給定瞬間值不可預(yù)測(cè)的噪聲。（8）電磁干擾：由電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)的性能下降。（9）無(wú)用信號(hào)：可能損害有用信號(hào)接收的信號(hào)

7、。（10）干擾信號(hào)：損害有用信號(hào)接收的信號(hào)。（11）干擾源：任何產(chǎn)生電磁干擾的元件、器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或自然現(xiàn)象。（12）受擾體：指受到干擾危害的設(shè)備或系統(tǒng)，也稱為干擾對(duì)象或受干擾對(duì)象。（13）內(nèi)部干擾：產(chǎn)生于設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。（14）外部干擾：產(chǎn)生于設(shè)備或系統(tǒng)外部的干擾，即設(shè)備或系統(tǒng)之間的干擾。（15）系統(tǒng)：人們對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝或管理控制的一些設(shè)備或裝置的綜合體。（16）傳導(dǎo)：經(jīng)過(guò)金屬線路傳輸電磁能量的方式。（17）電磁輻射：以電磁波形式經(jīng)自由空間傳播電磁能量的方式（包括電磁感應(yīng)）。（18）傳導(dǎo)干擾：沿導(dǎo)體傳播電磁能量時(shí)而造成的干擾。（19）輻射干擾：通過(guò)自有空間傳播電磁能量而造成的干

8、擾。（20）耦合：泛指兩個(gè)或兩個(gè)以上體系或運(yùn)動(dòng)形式之間相互作用而彼此發(fā)生關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。這里指干擾源和受體之間通過(guò)電磁能量產(chǎn)生聯(lián)系的現(xiàn)象，或者說(shuō)受擾體獲得干擾的方式。（21）耦合途徑：指干擾源對(duì)受擾體發(fā)生作用時(shí)電磁能量的傳播媒介，也稱耦合通道。（22）傳導(dǎo)耦合：干擾源和受擾體之間通過(guò)傳輸導(dǎo)線的電阻、感抗和容抗所產(chǎn)生的耦合。（23）電感耦合：干擾源和受擾體之間通過(guò)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的耦合。（24）電容耦合：干擾源和受擾體之間通過(guò)電場(chǎng)能量產(chǎn)生的耦合。（25）屏蔽：用來(lái)減少電磁場(chǎng)向指定區(qū)域穿透的措施。（26）屏蔽體：為了阻止或減小電磁能量傳輸而對(duì)裝置實(shí)行封閉或遮蔽的一種阻擋層。它可以是導(dǎo)電的、導(dǎo)磁的、介質(zhì)的或

9、帶有非金屬吸收填料的。（27）電磁屏蔽：用導(dǎo)電材料減少交變電磁場(chǎng)向指定區(qū)域穿透的屏蔽。（28）電磁發(fā)射：是指從干擾源向外發(fā)出電磁能量的現(xiàn)象。電磁兼容技術(shù)中的發(fā)射包含傳導(dǎo)和輻射兩種方式。發(fā)射往往是無(wú)意中產(chǎn)生的，常由電線、電纜等扮演發(fā)射的角色。（29）電磁干擾控制：對(duì)設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)的電磁發(fā)射和電磁抗擾度進(jìn)行控制，從而成功地抑制電磁干擾，達(dá)到電磁兼容的目的。90A相相B相相Z相相1 1個(gè)柵距個(gè)柵距2200pF2200pF2200pF2200pF2.2k2.2k2.2k2.2kAB正向脈沖反向脈沖計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)器2脈沖整形脈沖整形404940494049404940494049&11407240721111114