第5章控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

第5章

控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)5.1干擾的傳播途徑與作用方式5.2硬件抗干擾技術(shù)5.3軟件抗干擾技術(shù)

本章主要內(nèi)容5.1干擾的傳播途徑與作用方式

一、干擾的來源二、干擾的傳播途徑三、

干擾的作用方式本節(jié)主要內(nèi)容與干擾相關(guān)的幾個(gè)概念干擾：是指有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素干擾源：產(chǎn)生干擾信號(hào)的原因干擾對(duì)象：干擾源通過傳播途徑影響的器件或系統(tǒng)干擾系統(tǒng)的三個(gè)要素：干擾源、傳播途徑及干擾對(duì)象抗干擾技術(shù)：就是通過對(duì)這三要素中的一個(gè)或多個(gè)采取必要措施減少干擾對(duì)系統(tǒng)的影響一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中干擾的來源干擾外部干擾內(nèi)部干擾外部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，是由使用條件和外部環(huán)境因素決定的。主要有：天電干擾，如雷電或大氣電離作用引起的干擾電波；天體干擾，如太陽輻射的電磁波；周圍電氣設(shè)備發(fā)出的電磁波的干擾；電源的工頻干擾；氣象條件引起的干擾；地磁場(chǎng)干擾；火化放電、弧光放電、輝光放電等產(chǎn)生的電磁波等。內(nèi)部干擾是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、線路設(shè)計(jì)、元器件性質(zhì)變化和漂移等原因造成的主要有：分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷洌帱c(diǎn)接地造成的電位差引入的干擾，寄生振蕩引起的干擾以及熱噪聲、閃變?cè)肼?、尖峰噪聲等。二?/p>

干擾的傳播途徑在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)，往往有許多強(qiáng)電設(shè)備，它們的啟動(dòng)和工作過程中將產(chǎn)生干擾電磁場(chǎng)，另外還有來自空間傳播的電磁波和雷電的干擾，以及高壓輸電線周圍交變磁場(chǎng)的影響等。電場(chǎng)耦合又稱靜電耦合，是通過電容耦合竄入其他線路的。電場(chǎng)干擾可以通過兩根導(dǎo)線之間構(gòu)成的分布電容竄入系統(tǒng)干擾的傳播途徑主要有：

電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)耦合、公共阻抗耦合1.電場(chǎng)耦合在任何載流導(dǎo)體周圍都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)電流變化時(shí)會(huì)引起交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)必然在其周圍的閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)引起干擾。在設(shè)備內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁也會(huì)引起干擾；在設(shè)備外部，平行架設(shè)的兩根導(dǎo)線也會(huì)產(chǎn)生干擾，由于感應(yīng)電磁場(chǎng)引起的耦合，可以計(jì)算感應(yīng)電壓其中：

ω為感應(yīng)磁場(chǎng)交變角頻率

M為兩根導(dǎo)線之間的互感I1為導(dǎo)線1中的電流2.磁場(chǎng)耦合公共阻抗耦合干擾是由于電流流過回路間公共阻抗，使得一個(gè)回路的電流所產(chǎn)生的電壓降影響到另一回路在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，普遍存在公共耦合阻抗，例如，電源引線、印刷電路板上的地和公共電源線、匯流排等。這些匯流條都具有一定的阻抗，對(duì)于多回路來講，就是公共耦合阻抗3.公共阻抗耦合公共電源線的阻抗耦合公共地線的阻抗耦合三、

干擾的作用方式按干擾作用方式的不同，可分為差模干擾、共模干擾和長(zhǎng)線傳輸干擾1.差模干擾（1）定義：又稱串模干擾，是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲，它串聯(lián)在信號(hào)源回路中，與被測(cè)信號(hào)相加輸入系統(tǒng)。差模干擾與被測(cè)信號(hào)在回路中處于同樣的地位，也稱為常態(tài)干擾或橫向干擾（2）產(chǎn)生差模干擾的原因主要有：分布電容的電場(chǎng)耦合，空間的磁場(chǎng)耦合，長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ校?0Hz工頻干擾，以及信號(hào)回路中元件參數(shù)變化等。差模干擾示意圖

（1）定義：是指系統(tǒng)的兩個(gè)信號(hào)輸入端上所共有的干擾電壓,共模干擾也稱為共態(tài)干擾或縱向干擾（2）產(chǎn)生共模干擾的原因：計(jì)算機(jī)的地、信號(hào)放大器的地與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源的地一般相隔一段距離，在兩個(gè)接地點(diǎn)之間往往存在一個(gè)電位差Vc，該電位差是系統(tǒng)信號(hào)輸入端上共有的干擾電壓，會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生共模干擾共模干擾示意圖

2.共模干擾：（3）表現(xiàn)方式：對(duì)于系統(tǒng)的干擾來說，共模干擾大都通過差模干擾的方式表現(xiàn)出來。信號(hào)單端輸入電路左圖所示，信號(hào)單端輸入情況，Zs是信號(hào)源內(nèi)阻，Zr是系統(tǒng)輸入阻抗。共模干擾電壓Ucm和信號(hào)源電壓Us相加共同作用于回路，此時(shí)，共模干擾全部以差模干擾形式作用于電路。由Ucm引起系統(tǒng)輸入的差模電壓Un1為因?yàn)閆r>>Zs，則顯然，Zr越大或Zs越小，Un1越小，越有利于抑制共模干擾左圖所示，放大器雙端輸入情況，Zs1、Zs2為信號(hào)源內(nèi)阻，Zc1、Zc2為系統(tǒng)輸入阻抗。共模電壓Ucm引起系統(tǒng)輸入端的差模干擾電壓Un2為若Zs1=Zs2，Zc1=Zc2，則Un2=0，系統(tǒng)沒有引入共模干擾。實(shí)際上，兩個(gè)輸入端不可能作到完全對(duì)稱，因此，Un2≠0，也就是說實(shí)際上總是存在一定的共模干擾電壓。當(dāng)Zs1和Zs2越小，Zc1和Zc2越大，并且Zc1和Zc2越接近時(shí)，共模干擾電壓就越小放大器雙端差動(dòng)輸入電路結(jié)論：對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，應(yīng)采用雙端差動(dòng)輸入方式為了衡量一個(gè)放大器抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR表示，即

其中，Ucm是共模干擾電壓，Un是由Ucm轉(zhuǎn)化成的差模干擾電壓。顯然，單端輸入方式的CMRR較小，說明它的抗共模抑制能力較差；而雙端輸入方式，由Ucm引入的差模干擾電壓Un較小，CMRR較大，所以抗共模干擾能力很強(qiáng)（1）定義：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)到控制計(jì)算機(jī)以及控制計(jì)算機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都經(jīng)過一段較長(zhǎng)的線路進(jìn)行信號(hào)傳輸，即長(zhǎng)線傳輸。（2）信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸遇到的三個(gè)問題一是波反射現(xiàn)象：高速變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象二是信號(hào)延時(shí)三是外界干擾3.長(zhǎng)線傳輸干擾:5.2硬件抗干擾技術(shù)一、電源系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)二、接地系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)三、過程通道的抗干擾技術(shù)本節(jié)主要內(nèi)容一、電源系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)電源引入的干擾是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要干擾之一；對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的干擾大部分是由電源耦合產(chǎn)生的。電源系統(tǒng)抗干擾措施：合理的供電方式

對(duì)尖峰脈沖干擾的抑制掉電保護(hù)直流側(cè)的抗干擾措施計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的供電方式1.供電方式（1）交流濾波器：可采用電容濾波器，電感電容濾波器或有源濾波器。濾波器要有良好的接地，布線接近地面，輸入輸出引線應(yīng)相互隔離，不可平行或纏繞在一起（2）在電源變壓器中設(shè)置合理的屏蔽（靜電屏蔽和電磁屏蔽）：這是一種有效的抗干擾措施，它是在電源變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間加屏蔽層（3）采用開關(guān)電源、DC-DC變換器以及UPS供電等，來提高電源的穩(wěn)定性

電源變壓器的靜電屏蔽隔離變壓器及其屏蔽2.尖峰脈沖干擾的抑制（1）什么是尖峰干擾：尖峰干擾是一種頻繁出現(xiàn)的疊加于電網(wǎng)正弦波上的高能脈沖，其幅度可達(dá)幾千伏，寬度只有幾個(gè)毫微秒或幾個(gè)微妙，因此采用常規(guī)的抑制辦法是無效的，必須采取綜合治理辦法。（2）抑制尖峰干擾的幾種常用方法1）在交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻2）采用鐵磁共振原理(如采用超級(jí)隔離變壓器)3）在交流電源輸入端串入均衡器，即干擾抑制器4）使系統(tǒng)遠(yuǎn)離干擾源，對(duì)大功率用電設(shè)備采取專門措施抑制尖峰干擾的產(chǎn)生等都是可行的方法3.掉電保護(hù)。1）過程控制計(jì)算機(jī)供電不允許中斷，一旦中斷電源，將影響生產(chǎn)。為此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)加裝UPS（不間斷電源），或增加電源電壓監(jiān)視電路，及早監(jiān)測(cè)到掉電狀態(tài)，從而進(jìn)行應(yīng)急處理。2）對(duì)于沒有使用UPS的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，為了防止掉電后RAM中的信息丟失，經(jīng)常采用鎳電池對(duì)RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)。3）對(duì)直流電源電壓監(jiān)視可采用集成電路μP監(jiān)控電路實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)?，F(xiàn)在已經(jīng)有許多集成電路μP監(jiān)控電路可供選擇，它們具有很多種類和規(guī)格，同時(shí)也具有多種功能，如有的μP監(jiān)控電路除電源監(jiān)視外，還具有看門狗、上電復(fù)位、備用電源切換開關(guān)等功能4.直流側(cè)的抗干擾措施（1）去耦法1）在每塊邏輯電路板的電源和地線的引入處并接一個(gè)（10～100）μF的大電容和一個(gè)（0.01～0.1）μF的小電容；2）在各主要的集成電路芯片的電源輸入端與地之間，或電路板電源布線的一些關(guān)鍵點(diǎn)與地之間，接入一個(gè)（1～10）μF的電解電容，同時(shí)為濾除高頻干擾，可再并聯(lián)一個(gè)0.01μF的小電容（2）增設(shè)穩(wěn)壓塊法在每塊電路板上裝上一個(gè)或幾塊穩(wěn)壓塊，以穩(wěn)定電路板上的電源電壓，提高抗干擾能力電網(wǎng)的高頻干擾，由于頻帶較寬，僅在交流側(cè)采取抗干擾措施，很難保證干擾絕對(duì)不進(jìn)入直流系統(tǒng)，因此須在直流側(cè)采取必要的抗干擾措施二、接地系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)接地的目的：一是為了安全，即安全接地二是為了保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，提供一個(gè)基準(zhǔn)電位的接地，即工作接地接地技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是極為重要的，不恰當(dāng)?shù)慕拥貢?huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，而正確的接地卻是抑制干擾的有效措施之一1.地線系統(tǒng)分析在過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，一般有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地和交流地模擬地：作為傳感器、變送器、放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換中模擬電路的零電位。模擬信號(hào)有精度要求，有時(shí)信號(hào)比較小，而且與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相連。數(shù)字地：作為控制系統(tǒng)中各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。安全地：目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位，以避免機(jī)殼帶電影響人身和設(shè)備的安全。通常安全地又稱為保護(hù)地或機(jī)殼地，機(jī)殼包括機(jī)架、外殼、屏蔽罩等。交流地：是計(jì)算機(jī)交流供電電源地，即為動(dòng)力線地，它的地電位很不穩(wěn)定。系統(tǒng)地：是以上幾種地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連。在過程控制計(jì)算機(jī)中，對(duì)上述各種地的處理一般是采用分別回流法單點(diǎn)接地。單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地

分別回流法接地示意圖2.輸入系統(tǒng)的接地在輸入通道中，為防止干擾，傳感器、變送器、和信號(hào)放大器通常采用屏蔽罩進(jìn)行屏蔽，而信號(hào)線往往采用屏蔽信號(hào)線。屏蔽層的接地也應(yīng)采取單點(diǎn)接地方式，關(guān)鍵是確定接地位置。輸入信號(hào)源有接地和浮地兩種情況。信號(hào)源端接地，而接收端浮地，則屏蔽層應(yīng)在信號(hào)源端接地信號(hào)源浮地，接收端接地，則屏蔽層應(yīng)在接收端接地3.主機(jī)系統(tǒng)的接地為了提高計(jì)算機(jī)的抗干擾能力，將主機(jī)外殼作為屏蔽。而把機(jī)內(nèi)器件架與外殼絕緣，絕緣電阻大于50MΩ，即機(jī)內(nèi)信號(hào)地浮地。主機(jī)與外部設(shè)備地連接后，采用一點(diǎn)接地。如圖所示。為避免多點(diǎn)接地，各機(jī)柜用絕緣板墊起來。這種接地方式安全可靠，有一定的抗干擾能力。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，對(duì)于近距離的幾臺(tái)計(jì)算機(jī)，可采用多機(jī)的一點(diǎn)接地方式；對(duì)于遠(yuǎn)距離的多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，通過隔離的辦法分開，如采用變壓器隔離技術(shù)、光電隔離技術(shù)和無線電通信技術(shù)等。三、過程通道的抗干擾技術(shù)過程通道是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集輸入和輸出通道，它包括了現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源、信號(hào)線、轉(zhuǎn)換設(shè)備、I/O接口電路，主機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。過程通道涉及內(nèi)容多，分布廣，受干擾的可能性大，其抗干擾問題非常重要。過程通道干擾的來源是多方面的，主要有共模干擾、差模干擾和長(zhǎng)線干擾。1.共模干擾的抑制產(chǎn)生的原因：不同的地之間的壓差，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地的漏阻抗。抑制措施：變壓器隔離、光電隔離、浮地屏蔽。（1）變壓器隔離變壓器隔離：利用隔離變壓器將模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開，也就是把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_，以使共模干擾電壓不能構(gòu)成回路，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。另外，隔離后的兩電路應(yīng)分別采用兩組互相獨(dú)立的電源供電，切斷兩部分的地線聯(lián)系

.這種隔離適用于無直流分量信號(hào)的通路。對(duì)于直流信號(hào)，也可通過調(diào)制器變換成交流信號(hào)，經(jīng)隔離變壓器后，用解調(diào)器再變換成直流信號(hào)。（2）光電隔離光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管（或達(dá)林頓管、或晶閘管等）封裝在一個(gè)管殼內(nèi)組成,實(shí)現(xiàn)以光為媒介的電信號(hào)傳輸。光電耦合器的特點(diǎn)：由于光電耦合器是用光傳送信號(hào)，兩端電路無直接電氣聯(lián)系，因此，切斷了兩端電路之間地線的聯(lián)系，抑制了共模干擾。發(fā)光二極管動(dòng)態(tài)電阻非常小，而干擾源的內(nèi)阻一般很大，能夠傳送到光電耦合器輸入端的干擾信號(hào)很小。光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過一定電流時(shí)才能發(fā)光，由于許多干擾信號(hào)雖幅值較高，但能量較小，不足以使發(fā)光二極管發(fā)光，從而可以有效地抑制干擾信號(hào)。（3）浮地屏蔽浮地屏蔽：指信號(hào)放大器采用雙層屏蔽，輸入為浮地雙端輸入，如圖示。這種屏蔽方法使輸入信號(hào)浮空，達(dá)到了抑制共模干擾的目的。2.差模干擾的抑制差模干擾信號(hào)和有效信號(hào)相串聯(lián)，疊加在一起作為輸入信號(hào)，因此，對(duì)差模干擾的抑制較為困難。對(duì)差模干擾應(yīng)根據(jù)干擾信號(hào)的特性和來源，分別采用不同的措施來抑制。（1）對(duì)于來自空間電磁耦合所產(chǎn)生的差模干擾，可采用雙絞線作為信號(hào)線，其目的是減少電磁感應(yīng)，并使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。也可采用金屬屏蔽線或屏蔽雙絞線。（2）根據(jù)差模干擾頻率與被測(cè)信號(hào)頻率的分布特性，采用相應(yīng)的濾波器，如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等。濾波器是一個(gè)選頻電路，其功能是讓指定頻段的信號(hào)通過，將其余頻段的信號(hào)衰減，濾除。在工業(yè)控制中，串模信號(hào)往往比被測(cè)儀器變化快。（3）當(dāng)對(duì)稱性交變的差模干擾電壓或尖峰型差模干擾成為主要干擾時(shí)，選用積分式或雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以消弱差模干擾的影響。（4）當(dāng)被測(cè)信號(hào)與干擾信號(hào)的頻譜相互交錯(cuò)時(shí)，通常的濾波電路很難將其分開，可采用調(diào)制解調(diào)器技術(shù)。3.長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制同軸電纜對(duì)于電場(chǎng)干擾有較強(qiáng)的抑制作用，工作頻率較高。雙絞線對(duì)于磁場(chǎng)干擾有較好的抑制作用，絞距越短，效果越好。在電場(chǎng)干擾較強(qiáng)時(shí)須采用屏蔽雙絞線。在使用雙絞線時(shí)，盡可能采用平衡式傳輸線路。所謂平衡式傳輸線路，是雙絞線的兩根線不接地傳輸信號(hào)。因?yàn)檫@種傳輸方式具有較好的抗差模干擾能力，外部干擾在雙絞線中的兩條線中產(chǎn)生對(duì)稱的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相互抵消。同時(shí)，對(duì)于來自地線的干擾信號(hào)也受到抑制。采用同軸電纜或雙絞線作為傳輸線4.終端阻抗匹配為了消除長(zhǎng)線的反射現(xiàn)象，可采用終端或始端阻抗匹配的方法。同軸電纜的波阻抗一般在50～100Ω之間，雙絞線的波阻抗約為100～200Ω。進(jìn)行阻抗匹配，首先，需要通過測(cè)試或由已知的技術(shù)數(shù)據(jù)掌握傳輸線的波阻抗Rp的大小。終端阻抗匹配5.始端阻抗匹配始端阻抗匹配：在長(zhǎng)線的始端串入電阻R，通過適當(dāng)?shù)倪x擇R，以消除波反射優(yōu)點(diǎn)：波形的高電平不變，缺點(diǎn)：波形的低電平會(huì)抬高，這是由于終端門B的輸入電流Isr在始端匹配電阻R上的壓降所造成的6.數(shù)字量傳輸通道的干擾抑制(1)數(shù)字信號(hào)負(fù)邏輯傳輸(2)提高數(shù)字信號(hào)的電壓等級(jí)(3)通過光電耦合隔離(4)提高輸入端的門限電壓5.3軟件抗干擾技術(shù)一、數(shù)字信號(hào)的軟件抗干擾措施二、CPU及程序的抗干擾技術(shù)本節(jié)主要內(nèi)容一、數(shù)字信號(hào)的軟件抗干擾措施1.數(shù)字濾波數(shù)字濾波是一種軟件算法，它實(shí)現(xiàn)從采樣信號(hào)中提取出有效信號(hào)數(shù)值，濾除干擾信號(hào)的功能。數(shù)字濾波與模擬濾波相比的優(yōu)點(diǎn):1）無需硬件器件，不受外界的影響，也無參數(shù)變化等問題，所以可靠性高，穩(wěn)定性好2）數(shù)字濾波可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率很低（如0.01Hz）信號(hào)的濾波，克服了模擬濾波器的不足3）數(shù)字濾波還可以根據(jù)信號(hào)和干擾的不同，采用不同的濾波方法和濾波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)：濾波速度比硬件濾波要慢，但鑒于數(shù)字濾波器具有的上述優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用.算術(shù)平均值濾波

算術(shù)平均值濾波主要適用于對(duì)壓力、流量等周期脈動(dòng)的采樣值進(jìn)行平滑加工，但對(duì)于脈沖性干擾信號(hào)的平滑效果欠佳。算術(shù)平均濾波公式適用對(duì)象

2.幾種常用的數(shù)字濾波方法

例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：1234567891024252027246024252623序號(hào)采樣值采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。采用算術(shù)平均值濾波后，其采樣值為：Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+26+23)/10=28干擾被平均到采樣值中去了

式中ck（k＝1，2，…，N）是各次采樣值的加權(quán)系數(shù)，為常數(shù)項(xiàng)，0≤ck≤1，且滿足

加權(quán)平均值濾波加權(quán)平均濾波公式

適用對(duì)象

加權(quán)平均值濾波法適用于純延遲較大的被控對(duì)象。

滑動(dòng)平均值濾波

原理：不管算術(shù)還是加權(quán)平均值濾波，都需要連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，然后求算術(shù)或加權(quán)平均值。但由于必須采樣N次，需要的時(shí)間較長(zhǎng)，故檢測(cè)速度慢。為了克服這一缺點(diǎn)，可采用此法。即先在RAM中建立一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，依順序存放N個(gè)采樣數(shù)據(jù)，每采樣一個(gè)新數(shù)據(jù)，就將最早采集的那個(gè)數(shù)據(jù)丟掉，而后求包括新數(shù)據(jù)在內(nèi)的N個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)或加權(quán)平均值。這樣每進(jìn)行一次采樣，就可以算出一個(gè)新的平均值，從而加快了數(shù)據(jù)的處理速度。

中位值濾波

中位值濾波對(duì)偶然脈沖干擾信號(hào)有良好的濾波效果。適用對(duì)象

中值濾波的原理是對(duì)被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣m次（m≥3，且m=3k，一般k取奇數(shù)），并按大小順序排列，然后將首尾部分各截去1/3個(gè)數(shù)據(jù)，保留中間1/3個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。濾波原理123456789242520272460242526例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：序號(hào)采樣值采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。采用去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為：25對(duì)1、2、3次采樣中位值濾波后值：24對(duì)4、5、6次采樣中位值濾波后值：27對(duì)7、8、9次采樣中位值濾波后值：25

限幅濾波適用對(duì)象：對(duì)偶然脈沖干擾信號(hào)有良好的濾波效果。限幅濾波濾波公式式中xk——第k次采樣值；yk——第k次濾波結(jié)果輸出值；xH、xL——采樣值允許的上限值、下限值。由于大的隨機(jī)干擾或采樣器的不穩(wěn)定，使得采樣數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值太遠(yuǎn)，為此采用上、下限限幅，即限速（限制變化率）濾波式中xk、xk－1——第k、第k－1次采樣值；yk——第k次濾波結(jié)果輸出值；ΔX——相鄰兩次采樣值所允許的最大增量,ΔX值的選取，取決于采樣周期T及被測(cè)參數(shù)y應(yīng)有的正常變化率。因此，一定要按照實(shí)際情況來確定ΔX、XH及XL，否則，非但達(dá)不到濾波效果，反而會(huì)降低控制品質(zhì)。

慣性濾波

（一階低通濾波器）常用的RC濾波器的傳遞函數(shù)是其中Tf=RC,它的濾波效果取決于濾波時(shí)間常數(shù)Tf。因此，RC濾波器不可能對(duì)極低頻率的信號(hào)進(jìn)行濾波。為此，人們模仿上式做成一階慣性濾波器亦稱低通濾波器。即將上式寫成差分方程稍加整理得其中，α稱為濾波系數(shù)，且0＜α＜1，1-α《1，Ts為采樣周期，Tf為濾波器時(shí)間常數(shù)。由上式可以看出，本次濾波的輸出值主要取決于上次濾波值，與采樣x(n)關(guān)系不大，從而減少了干擾的影響。根據(jù)慣性濾波器的頻率特性，若濾波系數(shù)α越大，則帶寬越窄，濾波頻率也越低。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)選取α值，使得被測(cè)參數(shù)既不出現(xiàn)明顯的紋波，反應(yīng)又不太遲緩。說明

如果同時(shí)采用幾種濾波方法，一般先用中位值濾波或限幅濾波，然后再用平均值濾波法。如果應(yīng)用不恰當(dāng)，非但達(dá)不到濾波效果，反而會(huì)降低控制品質(zhì)。慣性濾波法適用于周期性的高頻干擾信號(hào)，其不足之處是帶來了相位滯后，降低了系統(tǒng)的靈敏度。

適用對(duì)象

復(fù)合濾波

為進(jìn)一步提高濾波效果，有時(shí)可把兩種或兩種以上有不同功能的濾波器組合起來，組成復(fù)合濾波器。

2.輸入數(shù)字信號(hào)的抗干擾1）對(duì)于數(shù)字信號(hào)來說，干擾信號(hào)多呈毛刺狀，作用時(shí)間短。利用這一特點(diǎn)，在采集某一數(shù)字信號(hào)時(shí)，可多次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上采集結(jié)果完全一致方為有效。若多次采集后，信號(hào)總是變化不定，可停止采集，給出報(bào)警信號(hào)。2）對(duì)數(shù)字信號(hào)的采集不能采用多次平均方法，而是比較兩次或兩次采集結(jié)果是否相同。數(shù)字信號(hào)是用高低電平表示的兩態(tài)信號(hào)，即“0”、“1”。在數(shù)字信號(hào)的輸入中，由于操作或外界等的干擾，會(huì)引起狀態(tài)變化，造成誤判。3.輸出數(shù)字信號(hào)的抗干擾由于干擾，可能使計(jì)算機(jī)輸出的正確數(shù)字信號(hào)，在輸出設(shè)備中得到的卻是錯(cuò)誤信號(hào)。輸出設(shè)備有電位控制型和同步鎖相型兩種，前者有良好的抗“毛刺”干擾能力，后者不耐干擾，當(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時(shí)，會(huì)盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)。輸出設(shè)備的慣性（響應(yīng)速度）與干擾的耐受能力也有很大關(guān)系。慣性大的輸出設(shè)備（各類電磁機(jī)構(gòu)）對(duì)“毛刺”干擾有一定耐受能力；慣性小的輸出設(shè)備（如通信口、顯示設(shè)備等）耐受能力就小一些。在軟件上可以采取以下一些方法提高抗干擾能力：（1）重復(fù)輸出同一數(shù)據(jù)。在滿足實(shí)時(shí)控制的要求前提下，重復(fù)周期盡可能短些。外部設(shè)備接受到一個(gè)被干擾的錯(cuò)誤信號(hào)后，還來不及作出有效的反應(yīng)，一個(gè)正確的輸出信息又來到，就可及時(shí)防止錯(cuò)誤動(dòng)作的產(chǎn)生。（2）對(duì)于不能重復(fù)輸出同一信號(hào)的輸出裝置，例如帶自環(huán)型分配器和功率驅(qū)動(dòng)器的步進(jìn)電機(jī)，可在軟硬件上采取一些措施。（3）計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)輸出時(shí)，應(yīng)將有關(guān)可編程輸出芯片的狀態(tài)也一并重復(fù)設(shè)置。（4）采用抗干擾編碼。按一定規(guī)約，將需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼，在智能接收端，再按規(guī)約進(jìn)行解碼，并完成檢錯(cuò)或糾錯(cuò)功能。二、

CPU及程序的抗干擾技術(shù)CPU是計(jì)算機(jī)的核心。當(dāng)CPU受到干擾不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序時(shí)，就會(huì)引起計(jì)算機(jī)控制的混亂，所以需要采取措施，使CPU在受到干擾的情況下，盡可能無擾地恢復(fù)系統(tǒng)正常工作。尤其是在單片機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)充分考慮系統(tǒng)的抗干擾性能。復(fù)位掉電保護(hù)指令冗余軟件陷阱Watchdog技術(shù)1.指令冗余當(dāng)CPU受