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提高计算机控制系统模拟量输入精度的方法
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2008-10-24
小峰
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在计算机控制系统中，计算机通过I／O 通道实现工业对象的连接，传感器感应出所测的物理量的变化，经过变送器转换为控制系统可接受的信号送入计算机中。根据信号形式的不同，主要有
如下两种输入通道模式：
1）与模拟量输入通道A I 连接。模拟量输入通道完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机的任务。依据被控参量和控制要求的不同，目前普遍采用的是公用运算放大器和A ／D 转换器。其主要结构包括：信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、A ／D 转换器和控制电路。变送器的输出可以为电流信号或电压信号。计算机的模拟量输入通道A I 一般是电压测量通道。也就是说，利用它可以测量出接至输入端的电压值。当A I 的输入范围为0～2V 时，0～5V 或0～10V 的变送器输出信号就要进行分压以变换量程。当变送器输出为电流时，就需将电流信号变换为相应的电压信号。控制器模拟量输入通道A I 接入电压信号后，要经过模拟量／数字量的转换（A ／D 转换），通过A I 通道的核心A ／D 转换器对模拟信号的采样、量化过程将其变为数字量，再由计算机进行分析处理。其采样过程实现将连续模拟信号
f（t）抽样成离散模拟信号f ＊（t）：
f ＊（t）＝ f（t） Σ
＋∞
n＝－∞
δ（t－ nT）
f（t）—— 连续模拟信号；
f ＊（t）—— 离散模拟信号；
δ（t－nT）—— t ＝ nT 处的单位脉冲涵数。根据香农采样定理，当采样频率的下限ωs ≥2ωm ax（式中ωs— 采样频率；ωm ax—f（t）中的最高频率），即可认为f ＊（t）能完全恢复f（t）。再通过量化过程即用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号从而实现A I 通道的全部功能。但与模拟量输入通道A I连接转换过程中存在近似原理误差和转换过程中的外界干扰，导致信号转换精度不高。而在实际使用中A ／D 转换器的输入阻抗都很高，如果变送器的输出为电压信号，则变送器至控制器间距较长，导线很容易受到环境电场和磁场的干扰，叠加上其它的电压，导致测量误差很大乃至无效。当变送器为电流输出时长线输送抗干扰的能力较强。
如下两种输入通道模式：
1）与模拟量输入通道A I 连接。模拟量输入通道完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机的任务。依据被控参量和控制要求的不同，目前普遍采用的是公用运算放大器和A ／D 转换器。其主要结构包括：信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、A ／D 转换器和控制电路。变送器的输出可以为电流信号或电压信号。计算机的模拟量输入通道A I 一般是电压测量通道。也就是说，利用它可以测量出接至输入端的电压值。当A I 的输入范围为0～2V 时，0～5V 或0～10V 的变送器输出信号就要进行分压以变换量程。当变送器输出为电流时，就需将电流信号变换为相应的电压信号。控制器模拟量输入通道A I 接入电压信号后，要经过模拟量／数字量的转换（A ／D 转换），通过A I 通道的核心A ／D 转换器对模拟信号的采样、量化过程将其变为数字量，再由计算机进行分析处理。其采样过程实现将连续模拟信号
f（t）抽样成离散模拟信号f ＊（t）：
f ＊（t）＝ f（t） Σ
＋∞
n＝－∞
δ（t－ nT）
f（t）—— 连续模拟信号；
f ＊（t）—— 离散模拟信号；
δ（t－nT）—— t ＝ nT 处的单位脉冲涵数。根据香农采样定理，当采样频率的下限ωs ≥2ωm ax（式中ωs— 采样频率；ωm ax—f（t）中的最高频率），即可认为f ＊（t）能完全恢复f（t）。再通过量化过程即用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号从而实现A I 通道的全部功能。但与模拟量输入通道A I连接转换过程中存在近似原理误差和转换过程中的外界干扰，导致信号转换精度不高。而在实际使用中A ／D 转换器的输入阻抗都很高，如果变送器的输出为电压信号，则变送器至控制器间距较长，导线很容易受到环境电场和磁场的干扰，叠加上其它的电压，导致测量误差很大乃至无效。当变送器为电流输出时长线输送抗干扰的能力较强。
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