电力设备的在线监测与故障诊断软件抗干扰技术精讲课件.ppt

1、2022/10/211 为了提高电子测量系统的可靠性，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。如果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，无疑将大大提高电子测量系统的可靠性。2022/10/212 数字滤波技术 算术平均值滤波法 限幅滤波法 中值滤波法 惯性滤波法 数字滤波器设计方法 指令冗余技术 软件陷阱技术2022/10/213 在信号检测系统中均含有各种噪声和干扰，它们来自被测信号本身、传感器、外界干扰等。噪声有两大类：一类为周期性的；另一类为不规则的。2022/10/214 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

2、中的比重。故实质上它是一种程序滤波。2022/10/215 与模拟滤波器相比，有以下几个优点：与模拟滤波器相比，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。2022/10/216 常用的数字滤波方法：常用的数字滤波方法：算术平均值滤波法 限幅滤波法 中值滤波法 惯性滤波法2022/10/217 算术平均值滤波法是在采样点连续采样数次并相加，然后取算术平均值作为本次采样

3、值的方法。2022/10/218NiixNy112022/10/219例：某压力仪表采样数据如下：1234567891024 25 2027 24 6024 25 26 23序 号采样值采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。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 特点：特点：1）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。对流量，取N816；对压力，N4。2）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

4、同样重视。实际上某些场合需要增加新采样值在平均值中的比重，可采用加权平均值滤波法。滤波公式为：Y=R0Y0+R1Y1+R2Y2+RmYm。3）平均值滤波法一般适用于具有周期性干扰噪声的信号，但对偶然出现的脉冲干扰信号，滤波效果尚不理想。2022/10/2110 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次采样信号之间可能出现的最大偏差 ，若超过此偏差，若超过此偏差值，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉；若小于此值，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉；若小于此偏差，则可将该信号

5、作为本次采样值偏差，则可将该信号作为本次采样值。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，可采用限幅滤波法进行滤波。2022/10/21110y 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 而且采用限速(亦称限制变化率)，即2022/10/2112min minmaxminmaxmax)()()()()(ynyyynyynyynyyny00()()(1)()(1)()(1)y ny ny nyy ny ny ny ny 这种滤波方法，主要用于变化较慢的参数主要用于变化较慢的参数。比如温度、液位

6、等测量系统。关键问题是最大允许误关键问题是最大允许误差差 的选取的选取。通常可以根据经验获得，也可由实验得出。2022/10/21130y 所谓中值滤波是对某一参数连续采样对某一参数连续采样n n次次(一般为一般为奇数奇数)，然后把，然后把n n次采样值从小到大次采样值从小到大(或从大到小或从大到小)排排队，再取中间值做为本次的采样值队，再取中间值做为本次的采样值。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采用中位

7、值滤波法*2022/10/2114 中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，先用中值滤波在每个采样周期，先用中值滤波法得到法得到m m个滤波值，个滤波值，再对这再对这m m个滤波值进行算术个滤波值进行算术平均，得到可用的被测参数平均，得到可用的被测参数。2022/10/21152022/10/211612345678924 25 20 27 24 6024 25 26例：某压力仪表采样数据如下：序 号采样值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对1、2、3次采样中位值滤波后值24对4、5、6次采样中位值滤波后值：27

8、对7、8、9次采样中位值滤波后值：25 惯性滤波法实际上是用软件方法代替硬件RC滤波器，也就是利用软件完成低通滤波器的算法。不难写出上图所示的模拟低通滤波器的传递函数为其中TRC为滤波器的时间常数。2022/10/211711)()()(TssXsYsG 可以看出RC低通滤波器实际上是一个一阶滞后滤波系统。由上式得：离散化后：上式中 为滤波系数 根据惯性滤波的频率特性，若滤波系数a越大，则带宽越窄，滤波频率也越低。因此，需要根据实际情况，适当选取a值，使得被测参数既不出现明显的纹波，反应又不太迟缓。2022/10/2118()()(1)(1)()(1)sssTTy kx ky kx ky kT

9、TTT)()()()()()(txtydttdyTsXsYsTsY)()()1()(kxkyTkykyTsssTTT 数字滤波器实际上是通过一定的计算机程序对采样数据进行处理，来实现上述滤波方法的。下面以汇编语言编写的MCS-51系列单片机中值数字滤波子程序为例，说明其设计方法。中值数字滤波子程序的功能是对被测信号连续采样三次，从中选择中间值作为有效信号。将连续采样的三个数据分别存入R1、R2、R3寄存器，最后得到的结果存入R0寄存器。2022/10/2119 程序清单如下：程序清单如下：ZZLB：PUSH PSW ；将PSW和累加器A进栈保护 PUSH ACC MOV A,R1 ；将第一次采

10、样的数据放于A CLR C SUBB A，R2 JNC ZZLB1 ；第一次采样的数据大于第二次的，则转ZZLB1 MOV A，R1 XCH A，R2 ；将第一次和第二次采样的数据互换 MOV R1，A ZZLB1：MOV A，R3 CLR C SUBB A，R1JNC ZZLB3 ；第三次采样的数据大于前二次的，则转ZZLB3 2022/10/2120 MOV A，R3 CLR C SUBB A,R2 JNC ZZLB4 MOV A,R2 MOV R0,AZZLB2：POP ACC POP PSW RETZZLB3：MOV A，R1 MOV R0，A AJMP ZZLB2ZZLB4：MOV

11、A，R3 MOV R0，AAJMP ZZLB2 2022/10/2121 CPU受干扰后，往往将操作数当作操作码执行，造成程序混乱。因此在程序设计中应多采用单字节指令，并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，这便是指令冗余。2022/10/2122当程序弹飞到一单字节指令上时，便自动纳入正轨；当程序弹飞到一双字节指令上时（操作码、操作数），有可能落到操作数上，从而继续出错；当程序弹飞到一三字节指令上时（操作码、操作数、操作数），因其有两个操作数，从而继续出错机会更大。实现方法：实现方法：在一些对程序流向起决定作用的指令之前插入两条NOP指令，

12、以保证弹飞的程序迅速纳入正确的控制轨道。这些指令有：RET、RETI、LCALL、LJMP、JZ/JNZ、JC/JNC、JB/JNB、JBC、CJNE、DJNZ等。2022/10/21232022/10/2124如：利用减法比较两无符号数的大小程序（数放如：利用减法比较两无符号数的大小程序（数放A、B中）：中）：无指令冗余程序无指令冗余程序：CLRCSUBBA,BJC BBIGBBIG:NOP.有指令冗余的情况：有指令冗余的情况：CLRCSUBBA,BNOPNOPJCBBIGBBIG:NOP.指令冗余缺点：指令冗余缺点：降低指令执行降低指令执行效率效率 降低正常程序执行的效率；可以减少程序弹飞

13、的次数，但这并不能保证在失控期间不破坏系统，更不能保证程序纳入正常轨道后就太平无事，解决这个问题必须采用软件陷阱技术 指令冗余使弹飞程序安定下来是有条件的，首先弹飞的程序要落到程序区，其次必须执行到冗余的指令。当程序弹飞到非程序区时，或弹飞的程序碰到冗余指令前已形成死循环，都会使冗余指令失去作用。2022/10/21252022/10/2126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。软件陷阱由三条指令构成：NOPNOPLJMP ERR ;ERR错误处理程序入口软件陷阱安排在下列四种地方：未使用的中断矢量区、未使用的大片EPR

14、OM空间、表格和程序区。2022/10/2127软件陷阱安排在程序的断裂点处，这类指令有LJMP、SJMP、AJMP、RET、RETI，正常执行的程序到此便不会继续往下执行，如果还要顺序执行，必然是出错了，就有必要设陷阱将其扑捉出来。如根据累加器A内容的正、负、零情况进行三分支的程序中，软件陷阱的安置如下：JNZ JNZXYZXYZ ;零处理零处理 LJMP ABCLJMP ABC NOPNOP NOP NOP LJMP ERR LJMP ERRXYZ:JB ACC.7,UVWXYZ:JB ACC.7,UVW ；正数处理；正数处理 LJMP ABCLJMP ABC NOPNOP NOP NOP

15、 LJMP ERR LJMP ERRUVW:UVW:；负数处理；负数处理ABC:ABC:；取结果；取结果RETRET NOPNOP NOP NOP LJMP ERR LJMP ERR软件陷阱断裂点 由于软件陷阱都安排在正常程序执行不到的地方，故不影响程序的执行效率，在当前EPROM容量足够的条件下，还是应该多安排一些。2022/10/2128人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。