計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抑制干擾的技術(shù)分析

郭光瑞

摘要：具有良好的抗干擾性，是衡量計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者，曾經(jīng)研究過(guò)這一課題，認(rèn)為抗抗干擾性的理論十分復(fù)雜，技術(shù)也十分精密，需要大量的實(shí)踐才能解決。本文通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中存在的干擾源進(jìn)行分析，且通過(guò)本身的研究提出具體的抗干擾措施，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能正常可靠的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)系統(tǒng);抗干擾;措施

具有良好的抗干擾性，是衡量計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者，曾經(jīng)研究過(guò)這一課題，認(rèn)為抗抗干擾性的理論十分復(fù)雜，技術(shù)也十分精密，需要大量的實(shí)踐才能解決。目前通過(guò)不少技術(shù)人原的努力，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾性終于取得一些成果。以下就計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾性的原因與抑制抗干擾性的技術(shù)措施作一些淺談。

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)干擾的概述

1.1分類

以下三個(gè)途系的信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可形成干擾：電磁感應(yīng)、電源線、傳輸通道。若以干擾信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的方式，又可分為串模干擾、共模干擾、數(shù)字電路干擾、電源干擾、地線系統(tǒng)干擾。凡擾屬于因計(jì)算機(jī)外部的原因形成的干擾都可以稱為外部干擾，由計(jì)算機(jī)元件、導(dǎo)線之間因分部電容形成的干擾屬計(jì)算機(jī)內(nèi)部的干擾。

1.2來(lái)源

串模干擾（常態(tài)干擾）一般是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾，串?？赡軄?lái)自干擾源，也可能來(lái)自被測(cè)信號(hào)本身。共模干擾（共態(tài)干擾），一般是放大器或模與數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上共有的干擾。現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件與計(jì)算機(jī)接地設(shè)備的情況決定干擾幅度高低。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的電源也能引起干擾，比如，電網(wǎng)、電壓和頻率的變化，波形發(fā)生畸變、變壓器投入切除時(shí)的磁涌流、雷電波的入侵、諧波電流等，都能對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形成干擾。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中存在的數(shù)子電路、元件之間、導(dǎo)線之件、導(dǎo)線與元件之間分布的電容對(duì)其它導(dǎo)體的電位也會(huì)產(chǎn)生干擾。

1.3危害

干擾源產(chǎn)生的特性比較復(fù)雜，如有些干擾既來(lái)源于傳導(dǎo)干擾也來(lái)源于輻設(shè)干擾，這些干擾使系統(tǒng)引起間歇性和隨機(jī)性的故障，原因又很難查找分析，這些干擾會(huì)影響系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的危害，也影響系統(tǒng)的工作。

2、當(dāng)前常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性技術(shù)

2.1 容錯(cuò)及避錯(cuò)手段

容錯(cuò)和避錯(cuò)手段是提高計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要方法，硬件設(shè)計(jì)者利用容錯(cuò)及避錯(cuò)手段進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程，構(gòu)建高質(zhì)量工作環(huán)境。同時(shí)，具體操作階段選擇合適的避錯(cuò)手段，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行階段彌補(bǔ)元器件相關(guān)漏洞，進(jìn)而強(qiáng)化整體控制監(jiān)督及管理力度。使用高質(zhì)量元器件，對(duì)于運(yùn)行環(huán)境要求較高，長(zhǎng)期使用會(huì)明顯降低計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。另外，容錯(cuò)作為基于外部資源剩余情況開(kāi)展具體操作方式，其實(shí)際應(yīng)用較少，但可有效避免外界因素對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的各種不利影響，從而有效提升整體計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。

2.2 硬件兀余現(xiàn)象

通常硬件兀余現(xiàn)象也能有效提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性，當(dāng)前很多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用雙機(jī)結(jié)構(gòu)形式，尤其實(shí)際操作過(guò)程中應(yīng)用較多。當(dāng)使用雙機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，具體由兩主機(jī)對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)施有效控制，其中一個(gè)主機(jī)主要用于輸出控制，另一主機(jī)則在同等任務(wù)級(jí)上開(kāi)展相同任務(wù)，達(dá)到雙主機(jī)微同步，可將具體內(nèi)容傳輸至主機(jī)。假使兩個(gè)主機(jī)運(yùn)行結(jié)果出現(xiàn)差異，便可行直接解析，這樣能夠保證整體系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)確性。

一般來(lái)說(shuō)，主機(jī)在任務(wù)處理階段應(yīng)當(dāng)確保一用一備，而任務(wù)分組作為特殊性操作形式，在一定程度上有效提升系統(tǒng)的可靠性。諸如對(duì)于永久性故障形式而言，雙主機(jī)主要以一備一用方式實(shí)現(xiàn)任務(wù)分組，實(shí)際計(jì)算機(jī)控系統(tǒng)使用過(guò)程中，一備一用會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)變方式，如果運(yùn)行流暢，這種運(yùn)行的方式就會(huì)轉(zhuǎn)化為單一工作模式，這樣導(dǎo)致系統(tǒng)存在一定的安全隱患。假使系統(tǒng)任意組件或芯片發(fā)生故障，均會(huì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)發(fā)生故障，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整體控制系統(tǒng)出現(xiàn)永久性癱瘓。因此使用任務(wù)分組方法難以達(dá)到系統(tǒng)重組效果，其應(yīng)用局限性較為明顯。

3、對(duì)各種干擾的抑制措施

3.1使用數(shù)字濾波器抑制干擾。

與過(guò)去的模擬濾波器不足之處相比，數(shù)字濾波器通過(guò)一定的計(jì)算程序減少信號(hào)傳輸中的干擾，它能能有效的抑制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的常態(tài)干擾。

1）數(shù)字濾波器的算法

數(shù)字濾波器的算法有以下幾種：算術(shù)平均值算法，算術(shù)平均值算法能抑制周期性的干擾，然而對(duì)脈沖性的平滑干擾掏性不強(qiáng)，不適合在脈沖性干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合使用;中值小巧波算法，中值濾波算法是在三個(gè)采樣的周期內(nèi)，連續(xù)的采樣，讀出三個(gè)檢測(cè)信號(hào)，從中選擇一個(gè)大小居中的數(shù)據(jù)作有效的信號(hào)，如果X1

3.2抑制交流電源對(duì)系統(tǒng)的干擾

停電、電壓變化、閃變、電壓波形缺口、高次諧波畸變、高頻瞬態(tài)電壓、浪涌、脈沖以及嗓聲，都能產(chǎn)生交流變網(wǎng)的操聲與干擾。一個(gè)繼電器可抑制交流電源對(duì)系統(tǒng)的干擾。在安裝繼電器以前先要保證安裝現(xiàn)場(chǎng)的電源條件符合《計(jì)算機(jī)場(chǎng)地的技術(shù)要求規(guī)定》，之后可以采取以下措施：電網(wǎng)波動(dòng)較大的干擾，可以采用交流穩(wěn)壓器，對(duì)規(guī)模較大和需要供電質(zhì)量較高的系統(tǒng)采用公共接地點(diǎn)，或UPS不間斷共電系統(tǒng)，通過(guò)改善供電電源的性能，降低對(duì)系統(tǒng)的干擾;侵入電網(wǎng)的外部高頻干擾，使用低通濾波器抑制;電網(wǎng)侵入的瞬態(tài)強(qiáng)脈沖、射頻可使用隔離變壓器]嗓聲濾波器等噪聲掏裝置;電源或電源回路中的干擾，可通過(guò)合理的布線解決，以短，防止布成回路形與“菊花”鏈形為原則，地引入端與電源的集成電路芯片間可以接入一個(gè)0.01-0.1μF的無(wú)感瓷片電容，還可在每塊電路板上裝穩(wěn)壓塊，另外可在電源和地線的引入處接入10-100μF的電容和0.01-0.1μF的無(wú)感瓷片電容，抑止邏輯電路板的電源線與地受驅(qū)動(dòng)器的干擾。

3.3接地方式抑制干擾

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)約有以下幾種接地線：交流供電回路50HZ地線（交流地）;直流供電回路地線（直流地）;為防止靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng)設(shè)置的地線（屏蔽地）;邏輯開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)地線（數(shù)字地）;A/D轉(zhuǎn)換、前置放大器和比較器的地線（模擬地）;大電流網(wǎng)絡(luò)部件地線（功率地）;信號(hào)傳感元件地線（信號(hào)地）。接地可從計(jì)算機(jī)殼、被控機(jī)械和設(shè)備保護(hù)接地與屏蔽、信號(hào)基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇接地。根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以合理的配置接地線，它關(guān)系到系統(tǒng)自身的安全與抗干擾性能。

3.4抵制過(guò)程通道的干擾

計(jì)算機(jī)的導(dǎo)線分散在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)地方，被檢測(cè)和被控制的參量很多，干擾信號(hào)容易侵入過(guò)場(chǎng)導(dǎo)線的信號(hào)和發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)此可以用以下方法抑制：使用代通濾波器、高通濾波器、掏干擾信號(hào)來(lái)抑制頻率不同的干擾信號(hào)。采取隔離或者屏蔽的措施，防止電磁耦合干擾;及早完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換;使用光電耦合器或者使用變壓器把模擬信息與數(shù)字信息隔離，讓被測(cè)信息通過(guò)兩者之間獲得通路，如果形不成回路，便可以抑制共模干擾;儀表放大器的阻抗高、源泉移低、增益可調(diào)，可以抑制部份程度的共模干擾。

4、總結(jié)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的干擾信息，形成的環(huán)境比較復(fù)雜，系統(tǒng)自身也不夠完善，因此會(huì)出現(xiàn)各種原因的干擾，此時(shí)，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干能力，積極運(yùn)用掏抗系統(tǒng)干擾的方法，讓系統(tǒng)能不受干擾的正常運(yùn)行。目前對(duì)出現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)干擾的分析，及實(shí)踐中出現(xiàn)解決抗干擾的措施，都沒(méi)有完全解決現(xiàn)存在的問(wèn)題。要真正排除干擾，需要在理論上進(jìn)行更深入的研究，在實(shí)踐中作更多的探索。

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（作者單位：天津航天中為數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司）