第六章 计算机控制系统抗干扰技术.ppt

第六章 计算机控制系统抗干扰技术 主要内容： 介绍干扰的来源与种类； 介绍硬件抗干扰技术； 介绍软件抗干扰技术； 介绍故障自诊断技术； 第一节 干扰的来源与种类 一、干扰的来源 1.外部干扰 是指那些与系统结构无关，由使用条件和外界环境因素所决定的干扰。 （1）自然干扰：雷击、闪电、辐射、太阳黑子活动等。 （2）周围设备的干扰： 各种电气设备所产生的干扰有电磁场、电火花、电弧焊接、高频加热、晶闸管整流等强电干扰。 大功率供电系统中，大电流输电线周围产生的交变电磁场。 地磁场及来自电源的高频干扰。 2.内部干扰 是指计算机控制系统内部的各种元器件引起的各种干扰。 固定干扰：电阻中随机性的电子热运动引起的热噪声、半导体及电子管内载流子的随机运动引起的散粒噪声；由于两种导电材料之间的不完全接触，接触面的电导率不一致产生的接触噪声；寄生反馈电流所造成的干扰；多点接地造成的电位差引起的干扰；寄生振荡引起的干扰等。 过渡干扰：电路在动态工作时引起的干扰。 二、干扰的种类 1.按特性分类 ①直流干扰：以直流电压或直流电流的形式出现，一般由热电效应和电化学效应引起。 ②交流干扰：由交流电感应引起。是最易出现的一种。 ③随机干扰：一般是瞬变的，为尖峰或脉冲形式，多由电感负载的间断工作引起。这种干扰的时间短，幅度大，会给系统带来很大的危害。 2.按作用分类 ①常态干扰：是指叠加在被测信号上的干扰。常态干扰和被测信号在电路中的地位相同，所以它以电压源的形式与信号源串联。 ②共态干扰：又叫共模干扰。指输入电路（输入信号正端和负端）上共有的干扰信号。 这种干扰可以是直流，也可以是交流，幅值大小不等，取决于环境和设备的接地情况。 第二节 控制系统抗干扰技术 第二节 控制系统抗干扰技术 第二节 控制系统抗干扰技术 第二节 控制系统抗干扰技术 第二节 控制系统抗干扰技术 二、模拟量输入/输出通道抗干扰方法 主要是由长线传输引起。 当计算机主频大于1MHz,传输线大于0.5m或当计算机主频大于4MHz,传输线大于0.3m，即属于长线传输。 常采用的措施： ①信号采用电流传送 ②采用RC滤波网路滤去高频干扰信号。 在通道输入端接入二级阻容低通滤波网路。可使50Hz的常态干扰衰减到1/600左右，时间常数小于200ms。 ③使用高阻抗的差动运算放大器作为通道的前置放大器，抑制共模干扰。 ④利用变压器或光耦合器件把模拟地与数字地断开，使共模干扰不能构成回路。 ⑤屏蔽信号传输线路。 ⑥采用浮地输入双层屏蔽放大器抑制共模干扰。 ⑦采用双绞线传输。 双绞线与同轴电缆相比，虽然频带较差，但波阻抗高，抗共模噪声能力强。对电磁场干扰有一定的抑制效果。 敷设传输线时，不要和动力线平行，远离干扰源。 一般室外应架空，室内应用电缆沟敷设。 三、开关量输入/输出通道抗干扰方法 ⑴RC滤波器滤去输入信号中的干扰信号 ⑵去抖电路消除触点、开关闭合时的抖动。 ⑶采用光电耦合隔离措施。 ①采用光电耦合器传送开关量信号或脉冲信号，隔离输入端和输出端的电气连接。 ②采用光电耦合器“浮置”传输长线。提高系统可靠性，去掉了长线两端间的公共地线，消除了了逻辑电路的电流流经公共地线所产生的噪声电压的串扰，解决了长线驱动和阻抗匹配等问题。 ③隔离计算机和其他所有的外接通道，提高系统的可靠性。 四、接地技术 广义的接地包括：接实地和接虚地。 接实地：是与大地作良好的连接。 接虚地：是与电位的基准点（或基准面、基准线）连接。 共地连接：把电位基准点与大地连接。 浮地连接：把电位基准点自行浮置或浮空（即与大地电气绝缘）。 计算机控制系统中，大致有以下几种地线： ①数字地。逻辑网络的零电位。 ②模拟地。A/D转换、前置放大器或比较器的零电位。 ③功率地。大电流网络部件的零电位。 ④信号地。传感器的地。 ⑤小信号前置放大器和内存放大器的地。 ⑥交流地。交流50Hz地线，噪声地。 ⑦直流地。 ⑧屏蔽地。防静电感应和磁场感应的地。 1.机壳接地与浮地的比较 全机浮空：有一定的抗干扰能力，但要求机器与大地的绝缘电阻不能小于50M欧，且一旦绝缘下降便会带来干扰，容易产生静电。 控制系统的机壳接地：抗干扰能力强，安全可靠，但工艺较复杂。 2.一点接地与多点接地的应用原则。 一点接地：低频（1MHz）电路，计算机控制系统采用。 串联一点接地 并联一点接地 多点接地：高频（10MHz）电路 3.交流地与信号地 交流地一段电源地线两点电压会较大，而对低电平信号电路干扰很大。所以两者不能共用。 4.数字地与模拟地 数字地和模拟地分开走线，最后只是在一点汇在一起。 5.功率地 这种地线电流大，地线应当粗