ADC 50 60 Hz 控干扰的抑制技术 许多工业设置需要抑制50 Hz和60 Hz干扰。本应用笔记介绍如何使用AD7708/AD7718、AD7709、AD7719、AD7782/AD7783 Σ-Δ型ADC实现这些频率的最佳抑制。 ### ADC 50 60 Hz 干扰抑制关键技术解析 #### 一、引言 在众多工业场景中，特别是那些需要使用高精度模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）进行数据采集的应用中，来自电力系统的50Hz和60Hz干扰常常成为一大难题。本文将详细介绍如何通过合理配置AD7708/AD7718、AD7709、AD7719、AD7782/AD7783等Σ-Δ型ADC来实现对这些频率的高效抑制。 #### 二、电力线路频率及其干扰 全球范围内的交流电频率主要分为两种标准：50Hz和60Hz。这些频率可能会通过电源变压器、无屏蔽电缆或电气设备辐射等方式对电信号造成干扰。除了基频干扰外，还可能存在其谐波成分，如100Hz、120Hz等，尽管这些谐波的强度通常低于基频。由于实际电网频率可能在50Hz或60Hz的基础上波动±1Hz，因此在使用高分辨率ADC测量低电平信号时，交流电干扰会成为一个严重的挑战。 #### 三、干扰抑制方法 ##### 1. 差分信号技术 若系统具备良好的共模抑制能力，则可以通过使用差分信号来抑制共模50Hz/60Hz干扰。然而，这种方法无法有效解决正常模式干扰问题。 ##### 2. 模拟滤波器 使用低通模拟滤波器是一种减少干扰的传统方法。为了有效地抑制50Hz和60Hz的干扰，滤波器通常需要有较低的截止频率和较高的阶次。但这不仅限制了可测量信号的带宽，而且高阶模拟滤波器的成本较高且占用较大的电路板空间。此外，模拟滤波器的截止频率容易受温度等因素的影响而发生变化。 ##### 3. 数字滤波器 数字滤波器作为替代方案，可以在特定的电力线路频率下实现优秀的抑制效果，并且可以同时衰减50Hz和60Hz的干扰，使得设备能够在不重新配置的情况下适用于不同的电网环境。设计数字滤波器时需考虑的关键参数包括：在50Hz±1Hz和60Hz±1Hz频率下的抑制效果、谐波抑制能力、滤波器建立时间以及滤波器的复杂度（这会影响功耗等其他因素）。例如，60dB的抑制效果足以将1mV的干扰电压衰减至1μV水平。 #### 四、Σ-Δ型ADC的特点及应用 Σ-Δ型ADC内置有数字滤波器，这是其架构中的关键组成部分之一。当正确配置后，该滤波器能够有效抑制电力线路频率的干扰，同时保持足够的带宽以测量输入信号。ADI公司的AD7708/AD7718、AD7709、AD7719、AD7782/AD7783等型号的ADC均采用了sinc3滤波器。 ##### 1. sinc3滤波器 - **滤波器响应**：sinc3滤波器的响应特性由滤波器的采样速率fS(通常是32.768kHz)和寄存器值SF决定。 - **滤波器特性**：sinc3滤波器具有较短的建立时间，使其在追求高速转换的同时也能保持低噪声性能。 - **滤波器配置**：sinc3滤波器响应仅能在斩波关闭模式下(ADMODE[7]=1)获得，如在AD7708/AD7718中。在该模式下，通道变化后的建立时间是转换间隔的三倍，以确保sinc3滤波器完全建立起来。 #### 五、结论 通过对Σ-Δ型ADC中的sinc3滤波器进行合理的配置，可以有效地抑制50Hz和60Hz的电力线路干扰。相较于传统的模拟滤波器，数字滤波器具有更高的灵活性和稳定性，能够更好地满足现代工业环境中对于高精度数据采集的需求。此外，通过选择合适的滤波器参数，可以在保持信号质量的同时降低系统成本并提高整体性能。

针对传统伺服系统运行中受扰动的问题，提出了基于干扰观测器的改进PID控制方法。通过干扰观测器来补偿扰动对伺服系统运行的影响，提高系统的跟踪精度。仿真和实验结果表明，该控制方法可有效提高系统的跟踪精度，增强伺服控制系统的适应性和鲁棒性。 伺服系统在现代工业自动化领域扮演着至关重要的角色，它们被广泛应用于精密定位、速度控制、力矩控制等任务。然而，传统的伺服系统在运行过程中常常受到各种内外部扰动，如机械摩擦、负载变动、参数漂移等，这些扰动会严重影响系统的跟踪精度和稳定性。为了解决这一问题，研究者提出了一种基于干扰观测器的伺服系统PID控制方法，旨在提高系统的抗扰动能力和跟踪性能。 PID控制器是工业控制中最常见的控制策略，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，可以有效地平衡系统的响应速度、稳定性和准确性。然而，当面对复杂环境和不确定性时，单纯的PID控制可能无法达到理想的控制效果。因此，引入干扰观测器的目的是实时估计并补偿这些未知扰动，使系统能够更好地跟踪设定值。 干扰观测器的设计原理是基于系统模型的差异，通过观测实际输出与模型预测输出之间的偏差，估算出等效的干扰信号，并将其反馈到控制输入端，实现对扰动的补偿。这种设计使得控制器能够“看见”并抵消那些无法直接测量的干扰，从而提高了系统的鲁棒性。 在具体实施中，通过构建适当的干扰观测器结构，可以有效地抑制伺服系统中的摩擦干扰，这对于改善系统的动态性能至关重要。例如，当伺服电机在低速运行时，摩擦力的影响尤为显著，干扰观测器可以显著减小由于摩擦引起的误差。 仿真和实验结果证实了这种方法的有效性。对比没有干扰观测器的伺服系统，引入干扰观测器后，系统的跟踪精度显著提升，极限环振荡现象得到消除，这表明系统的稳定性得到了增强。同时，系统的适应性和鲁棒性也有了明显的提升，能够在面临不确定性和扰动时保持良好的控制性能。 基于干扰观测器的伺服系统PID控制方法是一种有效的抗扰动策略，它通过实时估算和补偿干扰，提高了伺服系统的控制精度和鲁棒性。这种方法对于应对复杂工业环境中的伺服控制挑战具有重要的理论和实践价值，为未来伺服系统控制技术的发展提供了新的思路。

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