消除工频干扰的自适应滤波器.pdf
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第22卷第1期2006年2月黄石理工学院学报JOURNALOFHUANGSHIINSTITUTEOFTECHNOLOGYV0l_22No1Feb2oo6文章编号:
10088245(2006)01003003消除工频干扰的自适应滤波器彭中心(黄石理工学院国际学院,湖北黄石435003)摘要:
工频干扰是仪器仪表信号中的重要干扰因素,要消除它,人们通常采用滤波方法,而采用自适应滤波的方法,可以取得较好的效果。
-关键词:
陷波滤波;自适应滤波;工频干扰中图分类号:
TN9117文献标识码:
BTheSelf-adaptableFilterofEliminatingtheDisturbanceofIndustryFrequencyPengZhongxin(InternationalStudySchool,HuangshiInstituteofTechnology,HuangshiHubei435003)Abstrad:
ThedisturbanceofindustryfrequencyisItnimportantsolll-eininstrumentsThemethodoffilteringisa1waysemployedtoeliminateitThispaperdiscussesselfadaptablefilteringapproachwhichprovestobeveryeffeefiveKeywords:
Notchfilter;Selfadaptablefilter;Disturbanceofindustryfrequency0引言在工业过程控制中,常会遇到工频干扰,要想很好的消除这类干扰通常采用带阻滤波器(陷波滤波器),这类滤波器可以有效地消减5OHz的工频干扰,但这种设计方法的缺点在于在抑制输入干扰信号的同时也衰减了信号中50Hz的有效成份,同时滤波器会缓慢的衰减有用的信号,并且在干扰信号幅频特性有所改变时将会降低滤波器的性能。
典型的陷波滤波器幅相频率特性如图1所示。
为了有效地消减干扰信号,同时在不稳定过程中维持最佳的信噪比,我们可以采用一种简便的方法,就是设定一个50Hz的基准正弦波,然后用它跟综信号中的干扰信号直至消除它以达到最佳的滤波效果。
N_I捌、j。
、,图1陷波滤波器幅相频率特性1自适应滤波器的工作原理收稿日期:
20050308作者简介:
彭中心(1963一),男,湖北鄂州人,副研究员。
硕士生。
假设有一个信号为X(t):
m(t)+no(t),no维普资讯http:
/第1期彭中心:
消除工频干扰的自适应滤波器31(t)为干扰信号,它与信号源无关。
另外有一个参考的干扰信号R1(t),当R1(t)参数和no(t)的参数非常接近时(即R1(t)一no(t)我们可以有效的去消除信号中的干扰部分no(t),如图2所示:
a结构图b波形图图2自适应波滤器消除工频干扰原理图假设它在第n次采样时的信号可描述为R1(nT)=Asin(eont)
(1)那么它在前一次和后一次采样信号可分别描述为R1(n一1)T=AsintI)(n一1)T
(2)和Rl(n+1)T=AsintI)(n+1)T(3)根据三角函数的恒等式可知:
sin(ot+13)=2sincosl3一sin(仅一13)(4)如果令tI)nT=t-=B(3)式可化为:
R1(n+1)T=2Asin(tonT)CO8(tI)T)一Asin(tI)nTt)(5)=2Rl(nT)cosootR1(n1)T故图1中n+1次的输出可以写为:
Y(nT+T)=X(nT+T)一Rl(nT+T)(6)现在的问题是要使(6)式中R1(nT+T)完全地跟踪工频干扰信号,那么只要每个采样时刻保证其幅值相等即可,为此可以建立差分方程如下:
f(n+1)T1x(n+1)T一R1(n+1)T一X(nT)一R1(nT)(7)当采样有效信号在两次采样之间的变化近似相等时,可以把它看成是直流分量,即:
Vd(n+1)T=Vd(nT)(8)其中Vd(n+1)T=x(n+1)T一R1(n+1)TVd(nT)=x(nT)一R1(nT)根据(7)式就可以调整跟踪了,具体步骤如下:
(1)当f(n+1)T=0时,说明此刻跟踪值是准确的,这时不需要调整。
(2)当f(n+1)T0时,由于估计值小于实际值,只要在估计值上加上一个A值就可以了。
A值的选择一般是建立在实验基础上的,过大或过小都将不可能准确跟踪干扰信号的变化,因此对A的选择应特别注意。
上述方法,虽然只是在每个采样点采用了跟踪信号的幅值调整,实际上它还起到了相位调整的作用,当幅值增加时相当于将跟踪信号前移aP或将跟踪信号后移了aP的相位。
2自适应滤波器的计算机实现自适应滤波器是在一个假设的干扰信号的基础上来实现的,然后根据(7)式来估计干扰信号-2J。
因此将(5)式代入(7)式可得:
f(n+1)T=x(n+1)T+2Rl(nT)cosootRo(n一1)T一X(tI)nT)+2R1(n一1)T)cosTRl(n一2)T(9)因此整个滤波程序流程如图3所示:
图3滤波器流程图维普资讯http:
/32黄石理工学院学报2006正3仿真根据上述原理,可以利用Matlabsimulink软件对其进行仿真,仿真结果如下图4图7所示:
铀H工糖竿世7ff|ffilfr7i图450H工频干扰信号波形图图5500Hz有效信号波形图图6有效信号受干扰后未经滤波的波形图图7受干扰的信号滤波前后的图4为50Hz工频干扰信号波形图,图5为500Hz有效信号波形图,图6为有效信号受干扰后未经滤波的波形图。
从图6可知有效信号受50Hz的工频信号干扰后若未经滤波则其波形为二者叠加后的畸变波形,此时50Hz工频信号相当于是调制信号,而500Hz有效信号则相当于载波信号。
图7给出了受干扰的信号滤波前后的对比图,可以看出对出图6中的受干扰畸变信号经陷波器滤波后可以得到基本上被还原的有效信号。
上述仿真结果也说明了所讨论的滤波方法的正确性和白适应滤波器的性能。
4结束语文章采用的方法对智能仪器仪表中工频干扰的抑制有较强的适应性和实用性,有较好的实用价值。
在应用过程中要注意选取适当的A,如果选取不当将会造成滤波器失效或达不到预期效果。
参考文献1杨宁微计算机控制技术M北京:
高等教育出版社,2001:
1201252邱关源电路M北京:
高等教育出版社,1991:
210214维普资讯http:
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