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一种基于点频滤波器的微分信号提取方法

李军 万文军 胡康涛

王楠, 马书根, 李斌, 王明辉, 赵明扬. 震后建筑内部层次化SLAM的地图模型转换方法. 自动化学报, 2015, 41(10): 1723-1733. doi: 10.16383/j.aas.2015.c150125
引用本文: 李军, 万文军, 胡康涛. 一种基于点频滤波器的微分信号提取方法. 自动化学报, 2017, 43(3): 478-486. doi: 10.16383/j.aas.2017.c160012
WANG Nan, MA Shu-Gen, LI Bin, WANG Ming-Hui, ZHAO Ming-Yang. A Model Transformation of Map Representation for Hierarchical SLAM That Can Be Used for After-earthquake Buildings. ACTA AUTOMATICA SINICA, 2015, 41(10): 1723-1733. doi: 10.16383/j.aas.2015.c150125
Citation: LI Jun, WAN Wen-Jun, HU Kang-Tao. A New Method for Extraction of Process Differential Signal Based onSingle-frequency-pass Filter. ACTA AUTOMATICA SINICA, 2017, 43(3): 478-486. doi: 10.16383/j.aas.2017.c160012

一种基于点频滤波器的微分信号提取方法

doi: 10.16383/j.aas.2017.c160012
基金项目: 

国家自然科学基金 61473183

详细信息
    作者简介:

    万文军  广东电网有限责任公司电力科学研究院高级工程师.主要研究方向为火电厂热工控制.E-mail:tansthin@163.com

    胡康涛  广东电网有限责任公司电力科学研究院工程师.主要研究方向为火电机组热工过程控制和自抗扰控制.E-mail:08hukangtao@163.com

    通讯作者:

    李军  广东电网有限责任公司电力科学研究院工程师.主要研究方向为计算机控制与通讯.本文通信作者.E-mail:lijun87389@126.com

A New Method for Extraction of Process Differential Signal Based onSingle-frequency-pass Filter

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61473183

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    Author Bio:

    Ph.D., senior engineer at Electric Power Science Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd. His main research interest is coal-fired power plant thermodynamic control

    Ph.D., engineer at Electric Power Science Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd. His research interest covers coal-fired power plant thermodynamic control and active disturbance rejection control

    Corresponding author: LI Jun Ph.D., engineer at Electric Power Science Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd. His research interest covers computer control and communication engineering. Corresponding author of this paper
  • 摘要: 针对经典微分方法存在显著的干扰放大效应和非线性微分方法的不足,提出了一种新型线性微分方法.文中分析了对象阶跃激励响应和正弦激励响应的内在关联.指出了在一定的条件下,可通过对象的正弦激励响应获取对象阶跃激励响应的微分信号.并给出了一种点频滤波器能够实现阶跃激励到正弦激励的转换方法.进而由点频滤波器和一种新型正弦跟踪滤波器等构建了一种新型微分信号提取的逻辑回路结构.文中提出的方法具有良好的抗噪声干扰特性,是线性滤波技术的发展与延伸,并具有良好的理论意义和实际应用前景,可作为经典控制理论的有益补充.数学分析、仿真实验和实际应用的结果进一步证实了文中所述方法的正确性和有效性.
  • 图  1  二阶对象正弦激励响应过程信号示意图

    Fig.  1  Sine signal excitation response of the 2nd order object

    图  2  新型正弦跟踪滤波器示意图

    Fig.  2  The diagram of a new type sinusoid tracking filter

    图  3  新型正弦跟踪器单元示意图

    Fig.  3  The block diagram of a new sinusoid tracking

    图  4  新型正弦跟踪器的二阶微分激励特性示意图

    Fig.  4  The 2nd order differential excitation response of a new type sinusoid tracker

    图  5  LCR带通滤波器单元示意图

    Fig.  5  LCR band-pass filter schematic unit diagram

    图  6  激励方式转换环节示意图

    Fig.  6  Incentive method conversion constitute diagram

    图  7  激励方式转换频域幅频特性示意图

    Fig.  7  Amplitude frequency characteristics diagram of incentive method conversion

    图  8  新型正弦跟踪滤波器频域幅频特性示意图

    Fig.  8  Amplitude frequency characteristics of a new type sinusoid tracking filter

    图  9  串级系统频域幅频特性示意图

    Fig.  9  Amplitude frequency characteristics of cascade system

    图  10  新型微分器示意图

    Fig.  10  New type differentiator diagram

    图  11  四阶微分信号对比仿真实验结果示意图

    Fig.  11  Comparison of simulation results and 4th order differential signal

    图  12  二阶微分信号对比仿真实验结果示意图

    Fig.  12  Comparison of simulation results and 2th order differential signal

    图  13  新方法抗白噪声干扰实验结果 (意图 1)

    Fig.  13  Resistance to white noise of the new method (NO. 1)

    图  14  传统微分运算抗白噪声干扰实验结果 (意图 2)

    Fig.  14  Resistance to white noise of traditional differential operation (NO. 2)

    图  15  新方法抗白噪声干扰实验结果示 (意图 3)

    Fig.  15  Resistance to white noise of the new method (NO. 3)

    图  16  传统微分运算抗白噪声干扰实验结果 (意图 4)

    Fig.  16  Resistance to white noise of traditional differential operation (NO. 4)

    图  17  经典微分器原理示意图

    Fig.  17  Principle diagram of classic differentiator

    图  18  二阶跟踪微分器变形结构示意图

    Fig.  18  The deformation structure diagram of 2nd order tracking differentiator

    图  19  LCR微分信号随电阻R变化示意图

    Fig.  19  The trend of LCR differential signal with resistance R

    图  20  过程温度信号降阶环节示意图

    Fig.  20  Order reduction process of temperature signal

    图  21  过程信号降价效果示意图

    Fig.  21  Order reduction of process signal

    表  1  相对比例1

    Table  1  Relative proportion of 1

    成分 Y $_{\textrm{d4}}$ (t) Y $_{\textrm{d3}}$ (t) Y $_{\textrm{d2}}$ (t) Y $_{\textrm{d1}}$ (t) 稳态正弦
    相对比例 1.0 0.0198 -0.0095 -0.00038 0.00098
    下载: 导出CSV

    表  2  相对比例2

    Table  2  Relative proportion of 2

    成分 Y $_{\textrm{d2}}$ (t) Y $_{\textrm{d1}}$ (t) 稳态正弦
    相对比例 1.0 0.0198 0.0995
    下载: 导出CSV

    表  3  相对比例3

    Table  3  Relative proportion of 3

    信号 Y $_{\textrm{d2}}$ (t) Y $_{\textrm{d1}}$ (t) 稳态正弦
    正弦激励转换器 0.1979 0.00391 0.0197
    余弦激励转换器 -0.0099 0.0097 0.0099
    加法器合成信号 0.1880 0.01361 0.02204
    相对比率 1.0 0.07239 0.1172
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  • 收稿日期:  2016-01-07
  • 录用日期:  2016-08-15
  • 刊出日期:  2017-03-20

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