AT89S52单片机数控动态特性模拟补偿滤波器设计(2)
时间:2018-08-05 16:37 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
但是由于技术水平、结构原理、材料等原因，许多传感器、动态测量系统的动态特性并不尽如人意[3]。如果测试系统的动态特性达不到要求，一种可能的“省事”做法就是用响应特性更好的器件取而代之[2]。但是，随之出现的有两种情况：最先进的或者是性能优良的传感器，价格也一定是很高的，并不能实现大众化；另一种就是受制于科技水平，这其中可能是材料的缺少，也可能是结构复杂，无法制出满足要求的传感器。因此，这一方法仍具有缺陷，必须寻找新的解决办法。 为减少动态误差，学者们先想到了动态误差修正技术[1]，它能在一定条件下保证动态测量误差在允许的误差范围内。目前，动态误差修正技术主要有频域修正法，数值微分法和叠加积分法，但它们都只能用于非实时的补偿计算[5]。 随之出现的是动态补偿滤波器，它不仅能够用模拟电路实现，也可以用计算机软件实现实时的补偿计算[3]。通过模拟电路将补偿电路加入到测试系统中，或通过软件对数据进行实时补偿计算，就可以将动态补偿滤波器应用到实际的测试系统中去。并且，随着单片机使用的日益普遍的和传感器技术的不断进步，动态补偿滤波器的优势更加突出。 和常规滤波器一样，动态特性补偿滤波器可以通过模拟补偿滤波和数字补偿滤波两种方案实现[5]。但由于现代测量系统中电测技术的广泛应用，其基本功能结构是传感器及其适配调理电路将各种被测的模拟信号 转化成适当的电类模拟信号 （电压或电流信号）[6]，因此通常会采用模拟补偿滤波器来实现动态特性补偿。 本课题就采用模拟补偿滤波器的方法，主要过程是通过单片机对数字电位器和模拟开关进行控制，设计出可以补偿低阶测试系统的动态特性误差的电路。当整个动态补偿测试系统完成后，动态特性就得到改善，动态误差大大减少。本课题所设计出的动态补偿滤波器能满足许多工业上的测试系统的动态特性要求，因此意义重大。 1.2发展状况和发展趋势 由于结构原理、材料等原因，许多现成动态测量系统的动态特性可能不尽如人意，无法满足应用需要。如果对它们配上合适的动态特性补偿，则可在一定的范围内改善合成测量系统的动态性能，满足工程应用需要。测量系统的动态特性补偿就是在现成测量系统中串接一个动态特性补偿单元，构成一个补偿合成系统，使补偿后的测试系统的动态特性相对于原测试系统有明显改善。其中，补偿合成系统通常会设计为适宜的常规带通滤波器。相应的，补偿单元的传递函数，将要求随被补偿测量系统而调整，是一种特殊的滤波器。 针对要求补偿单元传递函数的模拟滤波电路现如今已有了多种实现方案，包括无源RLC滤波器、采用运算放大器的有源RC滤波器、开关电容（SC）滤波器、晶体滤波器、微波滤波器等。他们各具特色，适应于不同频率范围与场合。其中南京理工大学的李永新教授在文献中详细介绍了动态补偿[6]。实现补偿滤波器传递函数的电路中，采用运算放大器的有源RC滤波器，凭借其优越的连接特性（输入阻抗很高、输出阻抗极低），便于分节组合、方便地实现比较复杂的传递函数，在动态补偿模拟滤波器中得到了比较广泛的应用。对于带单片机处理器与计算机的测试系统，采用动态补偿滤波器来改善系统的动态性能比较有利，因为这不用增加任何其他硬件设备，只要在单片机或计算机内用软件进行补偿就可以实现目的。因此，数控动态补偿模拟滤波器是目前最热点的想法。 基于传感器动态模型的动态补偿的设计，在测量中，所测物将成为传感器参数的一部分，传感器的动态模型会随着被测物的变化而变化。为此，最新提出的自适应动态补偿办法，设计动态补偿器的参数，能自动跟踪传感器模型的变化，始终保证测试系统的动态响应的快速性[13]。 (责任编辑：qin) |