浅谈控制系统模拟信号处理方法

浅谈控制系统模拟信号处理方法

李海明

身份证：230225198911213814

摘 要：随着我国社会经济的快速发展，国内的科学技术水平也发生了翻天覆地的变化，二十一世纪的今天，数字技术的深入研究让各个领域在信息处理和传输方面都取得了巨大的成果，特别是航天、医疗、军事以及通信等行业，在信号处理及方法的创新上可以为社会带来更多的效益和价值。对于模拟信号处理的项目上，普通的方式方法已经难以满足现代化的要求，需要进行多通道、高精度、高分辨率以及高采样率等方向的升级。

关键词：控制系统；模拟信号；处理方法分析；

在二十一世纪的科学发展历程中，计算机的发明对于整个人类社会的推进是有目共睹的，不仅加速了各个国家的经济建设水平，还对人们的日常生活、生产等活动产生了积极的影响。70年代微处理器的问世，促进了微型计算机技术的应用与发展，并且引发了世界范围内的技术革命，让人类可以进入到了信息时代，享受更加便捷的生活以及更加高效的信息处理方式。微型计算机应用技术是现代化发展中非常关键的步骤，数据采集技术作为其中重要的分支，集传感器、计算机、信号采集与处理等多项技术于一体，是研究工程项目中不可获取的手段与工具。

数据采集并非仅仅是指采集这一个环节，而是指通过将外界信息如压力、温度等进行模拟量的采集并转化为数字量，再由计算机完成后续的存储、处理以及输出的整个流程，一般将完成这套操作的系统称为是“数据采集系统”，其中会涉及大量信息和数据的采集、存储、处理以及控制等情况，可以在进行科学研究的过程中获取大量的动态信息，解开人们前进道路上的重重迷雾。模拟信号的概念是指可以在时间变化下发生变化的信号，这些信号会在一定的连续时间内呈现连续的幅值，也就是一个量到下一个量之间没有发生中断，正弦信号就是如此。模拟信号有两种，首先是经由各种传感器获得的低电流或者电压信号，其次是通过仪器转化或者变送器输出符合相应标准的电流或电压信号，这些信号输入电脑后还需要做出科学的判断以及不同方式的处理，才能在控制系统中得到有效的应用。

一、控制系统模拟信号处理方法的作用

在应用控制系统模拟信号处理方法的过程中，不仅需要应用到数据采集系统的概念，还要通过模拟量采集精度的提升，加强对控制系统的质量保障。目前，在我国的自动控制领域，模拟量采集方式的应用非常广泛，处于控制系统的前端，进行采集精度的加强也是促进控制系统对信息进行实时处理效率提升的科学手段。但是在该领域研究的过程中，往往会受到各种因素的影响，导致模拟量的采集时常会出现信息丢失的问题，为控制系统处理信号的工作带来一定的阻碍。由于模拟量的采集结果与实际值之间会存在一部分偏差，因此需要在模拟量参与到控制系统之前对其数据采集的数据进行预处理，以提升模拟量采集的精度，进而提升控制系统的信号处理水平。

二、控制系统模拟信号处理方法的设计

在提升控制系统模拟信号的处理方法设计中，需要对模拟量的采集任务进行优化，发起模拟周期采集的形式，让最终采集到的数据和信息便于为控制系统所应用。整个流程一般要经过三个阶段，首先是模数转换的过程，就是将采集到的模拟信号通过A/D转化为数字信号，只有处理后，模拟信号才能使用计算机软件完成后续的处理，这个过程由数模转换器实现，将模拟信号转化后存入到寄存器中，以传感器信号环节和输入驱动共同完成该环节；其次是外部中断与处理的流程，由系统将寄存器中的信号通过模拟量的方式转存至内存，然后再进行滤波、补偿以及其他数据处理操作，向上层输出完成初步处理后的模拟量采集值；最后是采集任务的处理过程，将上个环节处理后的模拟量采集值进行物理值转换，处理好异常情况下的规划和设置工作。

三、控制系统模拟信号处理方法的分析

1、采集处理

在进行控制系统模拟信号的处理期间，需要完成模拟量补偿、电压计算、滤波、物理量转换等多个流程。模拟量补偿的方式是利用相应模块对传感器AD值与实际偏差值进行的补偿计算，涉及结果的影响因素有很多，各种采集过程中产生的误差以及精度损失等方面的问题都应当考虑全面，然后通过模拟量补偿的形式完成相应的计算和设计工作。电压计算是因为模拟信号在测量过程中常常会出现信息丢失的情况，其发生原因主要是在于测量满量程电压值与实际电压值之间会存在一些误差，因此传感器采集值应当按照是失调值和实际值之间的比例进行转换，以实现模拟量精度的提升。滤波是通过对应模块对模拟量采集的信息进行平滑和去噪的处理，在没有特殊要求的情况下，对于缓慢变化的模拟信号使用一阶滤波即可。物理量转换要在滤波环节完成后进行，模拟量信号才能被转换为实际的物理量值，在传感器线性状态下可以使用公式实现该工作，如果非线性，则需要完成模糊匹配经由神经网络或者查询表格等方式获取对应的物理量。

2、错误处理

在控制系统模拟信号的处理方法中，错误处理是提升其精度和可靠性的主要方案，在整个处理过程中，需要应用计算机软件对模拟信号的采集、转换等步骤进行信息记录和准确诊断，以便在后续工作中获取正确的模拟量值。

错误处理的方案可以分为三个阶段，一阶段是查看模拟量的采集状态，如果状态出现异常的情况，对应的采集数据则无法正常使用，如果状态正常，则可以进入到下一个阶段；二阶段需要对模拟量采集数值的范围做出诊断，如果处于合理范围内那对应数据可用，反之则需要根据具体情况做出对应分析，在第三阶段完成错误诊断；三阶段就需要对超出限制范围的模拟采集值进行具体的诊断，系统会对发生错误的情况保存详细的记录，将其分为确认和发生两种类别，错误的首次发生无法确定错误已经发生，但需要完成错误信息的记录，在错误发生次数达到一定频次时，就可以诊断该错误的存在，然后设置错误信息并记录，以作为物理量转换环节的辅助参考。

结束语：

综上所述，模拟信号的应用非常广泛，在如今的航天、军事等大数据传输的控制系统中，毫秒甚至是微秒级的计算处理和传输能力都显得尤为重要，因此需要提高对控制系统模拟信号处理的重视，只有通过有效的方式优化控制系统模拟信号的处理方法，才能为提升我国综合实力和国民经济打下坚实的基础。

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