动态特性模拟补偿滤波器设计与应用研究数字化控制单元设计(2)
5.1 实验环境与实验步骤 26
5.2 实验结果及讨论 27
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
1 引言
1.1 动态特性模拟补偿滤波的背景与意义
现代科学技术的发展对测试系统的要求越来越高，测试系统不仅要有优良的静态性能，动态测量的需求也越来越高。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。如果测试系统的动态特性达不到要求，最简单的方法就是选用更快响应特性的部件[1]。但是，这可能面临两个问题：第一，成本过高；第二，暂时没有符合要求的器件。因此，就必须寻找其他的办法[2]。
因为种种条件的制约，使用动态误差的修正技术，借此来保证动态测量误差在允许的误差范围内，或许是一种解决方法。北京航空航天大学的黄俊钦教授主要研究[1]了动态误差修正技术有频域修正法、数值微分法和叠加积分法[3-4]，但是它们只能用于非实时的补偿计算。而动态补偿滤波器，既可通过模拟电路实现，也可以用计算机软件实现实时的补偿计算。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]。由于现代测量系统广泛采用电测技术，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），因此动态特性补尝采用模拟电路实现的模拟补偿滤波器——模拟滤波电路是最自然的选择，通常会取得较好的效果。
而本文中采用单片机控制数字电位器和模拟开关的方法，设计出可以补偿众多一、二阶系统的补偿滤波器，综合考虑了测量噪声的宽带特性和补偿滤波器对高频信号的放大特性，使补偿后的等效系统仍具有低通特性。这样既满足了提高测试系统的动态性能得要求，又保证补偿后的输出信号仍具有较高的信噪比。动态测试系统的动态性能，如果能够达到实际使用的要求，那么许多的科学研究工作都将会得到推进和加速。以前由于没有动态测量手段而停滞的研究工作就可以继续开展下去，许多瞬态过程的细节也可以呈现在科研工作者的面前。所以，设计出合适可行的动态补偿滤波器，对实际的应用具有相当重要的价值。
1.2 国内外发展状况和发展趋势
1.2.1 动态补偿研究现状
1.2.2 动态补偿的发展趋势
1.3 本文的主要研究工作和安排
本文主要任务是完成动态模拟补偿滤波器数字化控制单元的设计，包括硬件电路的设计与制作和软件设计；对设计完成的数字化控制单元进行实验调试。
本文主要内容安排如下：
第一章介绍动态补偿的发展历史、研究现状和发展趋势；
第二章介绍动态补偿的基本原理，提出了动态补偿实现的要求；
第三章详细介绍数字化控制单元的硬件电路的设计，包括器件选型、电路原理说明，重点介绍了X9221和CD4051的原理；
第四章偏重于软件的设计说明，列出程序流程图，举例说明了具体函数的功能；
第五章是实验调试，通过实验来验证所设计完成的数字化控制单元能否达到控制要求。
2 动态特性补偿滤波器的原理和主要要求
2.1 动态特性补偿原理