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(5)加权平均滤波：即对采样值乘以权系数再求均值，权系数在0～1之间取值，其和为1，其值应根据具体情况来确定，一般采样次数越靠后，取得比例就越大。若用最小二乘法求加权系数，则成为数值平滑滤波，它能使滤波后的数据按最小均方差逼近原始数据，对随机干扰特别有效。用五点采样时，它的中点值公式为：
?（0）? Y135??3Y（?2）?12Y（?1）?17Y（0）?12Y(1)? （4-6） -3Y（2）(6)去除低频干扰的滤波：极低频干扰经常会突破硬件的抗干扰措施进入微机系统，对此我们常采用一段程序来模拟RC滤波器，其计算公式如下：
（4-7） Y（n）?aX（n）?（1?a）Y（n?1）/Ts?Tf） 其中a?Ts（称为滤波系数，Ts是采样周期，Tf是滤波时间常数，
由低频率干扰的信号的频率来选定，一般取a=0.75。这种方法对周期性、脉冲性及频率干扰有较强的抑制能力。
(7)限速滤波：当Y（n）?Y（n?1）??Y0，取Y（n）?Y（n）；当
。其中?Y0是由被控对象实际情Y（n）?Y（n?1）??Y0，取Y（n）?Y（n?1）况决定的两次采样允许的最大差值。这种方法用于抑制大的随即干扰，要求过程变化缓慢。
采取软件滤波可以消除传感器通道中的干扰信号和数据采集系统中的误差，可以获得满意的效果，但须根据信号的变化规律来选择滤波数字模型和算法。本文研究的温度控制系统由于A/D转换器精度不高，只有0.4℃，温度值常出现
上下跳动，且传感器通道经常出现干扰，使温度值剧烈变化，与实际过程变化缓慢的特性相违背。为了消除这些因素的影响，使采样的精度更高，算法中采用了滑动平均滤波和限速滤波相结合的方式，实践表明经过处理后的采样温度值变化更加平滑，且不会出现大幅度跳变，精度也由原来的0.4℃变为0.1℃ 4.3.2 晶闸管模块
晶闸管本质上是一种直流电力元件，在用于交流控制时，需要用一对反并联的晶闸管或者双向晶闸管元件，其结构如图：
~OUTN控制部分~INN
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图4-9 晶闸管模块
欲使晶闸管中通过交流电流，必须在每半个周期对元件进行一次触发。只有在元件中通过的电流大于擎住电流后，才能在去掉触发脉冲后维持元件继续导通；只有当元件中通过的电流下降到维持电流以下时，元件才能关断，并恢复阻断能力；元件过零关断后，必须再次进行触发才能重新导通。控制电加热炉的温度，只需控制发热电流的大小而不必考虑其流向。控温所用晶闸管电路的任务是通过调压来实现交流调功。通常，由晶闸管实现交流调压的途径有两条：一是改变控制周期内电压波形的触发角（从晶闸管开始承受电压到开始导通之间的角度），称为调相；另一种是波形不变而改变其电压波在控制周期内出现的次数，称为脉冲调功。就触发方式而言，前者为移相触发，后者为过零触发。移相触发的优点首先是输出相对地连续、均匀而调节精细，适合于要求高精度的控温场合，其次，调相输出的波形虽不“规整”但却正负半周对称，无直流成分，可直接用于电感负载，但其最大的缺点是大电流的切入造成对电网的冲击，不规整的脉冲负载电流引起电网波形的畸变及对其它用电设备的中频干扰，输出的线性范围窄而且线性度也不好，只能靠反馈来改善。过零触发在调节的精细度和抗电源扰动方面均不如移相触发，但它最大的优点是不对电网造成严重污染和干扰其它用电设备，而且电炉功率愈大，优点愈突出。
移相触发方式中需要调节的是触发角α或者导通角θ（晶闸管导通到过零关断之间的角度，θ=π-α）来改变负载电压的有效值，触发角越小，负载上的电压有效值越大，反之，则越小。输出电压与α、θ的关系如式（4-7），其中U为电源电压有效值。
Uout?1??（2Usin（?t））d（?t）
??2 ?U ?U12????sin2??12?????
（4-8）
sin2?
负载有效值电压Uout与某时刻加热炉释放的热量有关系：
Q?UoutR，R热电阻元件电阻值 （4-9）
为保证系统控制量u与输出功率Q成正比，Q=ku，那么触发角α与u的关系如下：
u?U?1????sin2???? （4-10）
kR?2???在控制器计算出控制量u后，要经过上式求出触发角α并输出给触发器触发
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可控硅。
过零触发方式控制的是晶闸管导通比，即导通时间与周期之比，天然地有: Q=ku （4-11）
4.4 本章小结
本章为PLC温度控制系统硬件部分的设计。首先给出了加热炉温度控制装置的基本构成图，并分别介绍了各个硬件部分的作用原理。下面还给出了模糊控制器的设计及其简化数学模型，并对模糊控制装置中的模块进行了简要介绍。通过各个硬件部分的协调工作来完成本文工业加热炉温度的有效控制。
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5 PLC温度控制系统软件设计
5.1 PLC流程设计
PLC软件指令控制部分主要由PID控制主程序与系统数据采集子程序组成,主程序开始后进行初始化与储备空间设置,然后扫描调用子程序,设置PID参数,设定定时中断的时间并开中断。系统数据采集子程序首先开中断,之后进行数据采样以及采样值的累加,在采样环中设置累加次数并用计数器不断判断采样次数是否达到设置值,若采样次数达到设置值,则跳出循环返回其平均值,若采样次数未达到设定值,则继续完成采样,直到返回平均,关中断。这样PLC不断在主程序与子程序之间运行,完成了系统对数据的采集以及PID控制算法的实现。控制部分主要使用PID控制器,其由比例、积分、微分控制环节组成,PID控制策略是一种广泛采取的控制策略,应用在基于PLC的数字控制系统中,可以有效的稳定受控对象的输出特性,并且有较快的反应速度和反应时间。PID参数的设计通常有三种方法:(1)在了解被控对象的数学模型的前提下,推导受控对象的开环传递函数,设计PID的参数满足系统的阶跃反应对响应时间和稳定性的需求,并确保校正之后的系统的相角裕量和幅值裕量,使系统拥有较好的动态特性。(2)在受控对象的数学模型不明确的情况下,可以使用模型识别法,通过对系统发射阶跃信号,同时观察系统输出端信号的变化情况,从而识别出系统的传递函数,并在此基础上应用PID参数设计。模型识别方法并不可能完全精确的识别受控对象的开环传递函数,因此基于识别后系统所设计的参数有可能出现不准确现象。(3)第三种方法是通过不断实验修改三个控制参数,比例环节控制系统的反应速度,积分环节消除系统的静态误差和静态扰动误差,微分环节提高系统的动态性能,当发现受控系统的输出的某个特性需要变化时,改变响应的参数可以实现对响应输出特性的优化,最终通过不断实验得到系统最优的控制结果。受控对象所收到的的静态扰动可以通过积分器作用予以消除,但当所收到的扰动并非是恒定量的静态扰动时比如空气对流对室内温度的影响,这种对流信号即是一种状态值随机的物理量,需要设计前馈控制环节,将扰动引入PID控制环节之前,在其未作用之前将其影响予以消除。
5.2 软件流程图
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初始化
SCR PID调节 测炉温并与sp比较 即（sp-pv） 判断模块是否正常 Y 温度设计sp 启动加热系统 N
加热炉 测加热炉温度 pv
图5-1 加热炉控制流程图
5.3 控制算法
由于温度控制本身有一定的滞后性和惯性，这使系统控制出现动态误差。为
了减小误差提高系统控制精度，采用PID控制算法，另外考虑到系统的控制对象，采用增量型PID算法。
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