压力传感器动态数字滤波的实现方法图文.docx

1、压力传感器动态数字滤波的实现方法图文匡亘垂塑雯亚亟壅垂薹蛩传感器与仪器仪表文章编号（）一种压力传感器动态数字滤波的实现方法，加（南京工业大学）毛丽民孙冬梅程明霄摘要：本文运用高斯一牛顿法，根据压力传感器的响应曲线建立了传感器的动态模型。该方法可使拟合结果逼近无偏估计。从而提高拟合的精度。为提高传感器动态特性采用零极点配置法根据动态模型设计了动态补偿数字滤波器。运用提供的开发工具从模型自动生成代码并在上实现了阶的数字滤波器，通过仿真取得了较好的效果。关键词：高斯牛顿法；压力传感器：数字滤波器中图分类号：文献标识码：，融，（，：；脚引言在测控系统中，最重要的部件是传感器。为了准确掌握被测对象的运动

2、规律。首先应了解传感器的参数、动态特性是否符合测试要求，如不符合或有偏差则需要进行调整或改善。研究传感器动态特性的一种有效方法是对传感器进行动态特性的校准，根据实验结果进行数据处理，建立全面描述传感器动态特性的动态数学模型。本文运用高斯一牛顿法方法。通过对观测的输入输数据进行曲线拟合，提取了被研究对象的数学模型。依据得到的传递函数模型设计动态补偿滤波器，以改善和扩展传感器本身的幅频特性扩展其丁作频带。单位幅度矩形脉冲法在传感器模拟系统中对象的传函是对象单位脉冲响应甬数的拉氏变换容易联想到在计算机控制系统中对象的传函应该与矩形脉冲的时域响应是否有着某种联系。图矩形脉冲定义如图所示的其宽度为计算机

3、控制系统采样周期高度为的矩形脉冲（）为单位幅度矩形脉冲，则单位幅度矩形脉冲（）可以看成单位阶跃函数（）和（）的差，即：（）（）一（）（）因此（）的手）氏变换为：（）（一。）（）毛丽民：硕士研究生若对象的传函为（）。则对象在单位幅度矩形脉冲作用下输出的托氏变换为：（）（）（一“）（）这个结果是非常巧的，由于计算机控制系统有输出保持器存在所以计算机控制系统中控制器面对的是广义对象：。（）（）宰（一一。）（）而不是（）非常幸运的是。：（）正好是（）。这比一般模拟系统的相应结果方便多了因为一般模拟系统要在单位脉冲函数（）的作用下才得到（）（）的结果，理想占（）函数是无法实现的只能用矩形脉冲近似代替，得

4、到的只是近似解。而在计算机控制系统中，却能用单位幅度矩形脉冲得到精确解。在模型处理上：计算机控制系统也比模拟系统方便，因为在实际系统中只能得到对应于。（）或（）的对象时域响应函数。（）或（）。在模拟系统中常用的传函形式是（上在计算机控制系统中常用的传函形式是（）：（）（）（一）（）由（、曲线计算（）是比较繁琐的。而由。（）曲线计算（）则非常简捷。因为（）的幂级数展开式正好对应于脉冲响应甬数（）的离散形式：（，。因此，只需对。（）按采样周期采样。得到的数据。）构成级数：）（矿矿舻叫（一（）就得到（）的幂级数展开形式。于是町以用宽度为采样周期高为的单位幅度矩形脉冲作用于被控对象然后按采样周期对对象

5、输出进行采样，所得的数据按照）式构成级数就得到对象在计算机控制模式下的传函（）的幂级数展开形式。这个方法称为单位幅度矩形脉冲法。高斯一牛顿法前面讨论的单位幅度矩形脉冲法在采样周期比较小的蝴圈邮局订阅号：元，年万方数据传感器与仪器仪表中文核出期刊（微算机信息（测控自动化）年第卷第期时候实阳应州效果小太好。这是凶为，象的激励程度与矩形式中，。用所希望的一个实数极点和一对共轭复极点去脉冲的面积即冲量有关。当较小时由于输入对象的冲昔较代替传感器的极点，而零点不变。当确定毒、蛾及后，即得到小其输出幅度也较小。干扰信号对辩识结果的影响就比较明补偿环节的模型。显。并且实际对象总带有一定的非线性撤励程度过小将

6、使辩识依据实验数据，高斯一牛顿法方法得到的模型为式的：作点低于实际运行的工作点过多，因而得到的模型与实际，、。（）运行时的模型相差过大。”一一七高斯一牛顿法的基本思想是把非线性模型在未知参数初采用双线性变换得到，（）值处进行线性化，按最小二乘准则平差估计出一次近似值然一矿删仍孤臼后以该近似值作为下一次线性化的初值，反复迭代计算逐次逼近真正的极小点。设一般的非线性模型为：（，口）式中为一般函数，可以是单个自变量，也可以是个自变量；（，而，）为维数向量，即（。，：，。）。；为随机误差项，且（，盯），设对和工通立脚次观测，得到组数据（而，：，矗）口，的两个角标，第一个代表观测序号，口；第一个代表自变

7、量序号，口，。求“最小二乘”拟合曲线，就是求的估计值，使得（）为最小。（）？【，一（，）】（）对于非线性模型，无法直接求“最乘”解。若把它对待定参数（，。）在，（），色），（）处展开成只包括一次项的泰勒级数，从而使非线性模型线性化。为方便起见，以下（日）用代替（五，），文献中导出了满足式（）”【，（最），（最）】。（最，）（包）（）式中为递推次数。（，），（。）【（。），正。），埘（。，）】。用式（）从，开始，一步步递推下去。直到）收敛为止即“，一“的值小于或者等于预先指定的小正数，从而得到的估计值日。应用高斯一牛顿法，针对压力传感器的动态校准实验中所测数据，建立传感器的动态数学模型。图是激波

8、管动态校准中，某压力传感器的实测响应曲线横坐标为采样点，采样频率为。由于激波管可以产生上升时间小于的压力阶跃，恒压持续时间一般町达，因此将输入视为理想阶跃信号，于是被较传感器的响应即为阶跃响应。图传感器的阶跃响应曲线得到传递函数为：）丽芦忑函芦石丽（）动态补偿数字滤波器的设计设传感器三阶模型为（，）：生之生生（）。设计补偿环节为风（）善等萎毒绷（）此时，等效系统为啪）意裟端）选乒，），建立补偿环节为）图零极点配置法设计补偿器的效果卒偿前的阶跃响应；一补偿后的阶跃响应；经过补偿，扩展了传感器的带宽，传感器的动态特性得到了明显改善。用零极点配置法设计补偿数字滤波器，其特点是：（）零极点配置法设计补

9、偿环节，要依据传感器的模型。所以对建模精度有一定要求。但并不严格。由于人为控制极点，补偿效果比较明显。（），于高阶系统，采用降阶的方法去近似处理以及用低阶补偿环节去校正。基于自动生成代码及设计数字滤波器的设计流程是公司开发的基于的设计具，它加速了用实现的开发流程，实现了系统仿真模型到实现代码之间的无缝链接。通过这一工具，结合和，给用户提供了一个无缝的自上而下的解决方案：系统结构设计小组可使用提供的模块在中搭建系统的模型进行仿真并可直接从该模型自动地生成呵综合的代码，两者的逻辑功能有着一一对应的关系从而排除了以前可能而且经常出现的实现与系统仿真模型逻辑功能不相符的情况大大缩短了产品的开发周期。图

10、三阶滤波器结构（下转第页）一，年邮局订阅号：万方数据匣画墅塑垂堕亟亟困故障诊断设置置信度，根据置信度筛选出最后的规则集合。如表（卜转第页）约简所对应的规则集所示。设计步骤：表约简对应的规则集在中建立一个模型文件，用图规则置信度；卸卸。：卸结论本文给出了基于粗糙集理论的提升机故障诊断规则获取方法，并以提升机故障诊断实例验证其有效性。该方法可用于信息不完备、完备情况下的故障诊断的规则获取。该方法能得出完备、最简的决策规则，通过求各规则的置信度，可以证明该方法是切实有效的。本文作者创新点：将基于粗糙集理论的规则获取方法应用于提升机故障诊断中去，并给出相应的算法及实验证明。参考文献【】刘娜，高文胜，谈

11、克雄基于组合神经网络模型的电力变压器故障诊断方法【】电工技术学报，（）：【】孙辉，李卫东，孙肩忠判决树方法用于变压器故障诊断的研究【中国电机工程学报，。（）：【】束洪春，孙向毪，司大军电力变压器故障诊断专家系统知识库建立和维护的粗糙集方法【中国电机工程学报，（）：一，【】，（）【】陶志，商维，李卫民基于决策支持度的不完备信息系统约简算法【】中山大学学报，（）：孙辉，李卫东，孙启忠判决树方法用于变压器故障诊断的研究【】中国电机工程学报，。（）：【刘志海，徐文尚，鲁青矿井提升机故障诊断专家系统的研究阴煤矿机械（：【障瑗，黄河清基于的粗糙集约简在故障诊断中的应用微计算机信息，：作者简介：胡启飞（一）

12、，男（汉），山东省泰安市人，硕士研究生，主要研究领域故障诊断；夏士雄（一）。男（汉），黑龙江省鹤岗市人，教授，博士生导师。主要研究领域数据处理与信息融合；牛强（一），男（汉），辽宁省沈阳市人。博士研究生，主要研究方向：数据挖掘与知识获取。：（一），（），（江苏徐州中国矿业大学计算机科学与技术学院）胡启飞夏士雄牛强（）一托唱通讯地址：（江苏徐州中国矿业大学文昌校区计算机学院级研究生胡启飞（收稿期：）（修稿日期：）形方式调用和其它库中的图形模块进行设计输入。如图所示使用提供的模块搭建滤波器模型瓯（）一。一一。（）通过中的模块把设计的模型文件转化为通用的硬件描述语言件。结语本文介绍的方法简明实用，动

13、态建模结果与实验数据吻合较好模型准确度高。阶次较低，其中可用较低的阶数获得高的选择性。所用的存储单元少，计算量小，效率高。利用从模型自动生成实现代码的设计流程使得设计者可以利用快捷灵活的仿真功能和强大的数据分析能力进行系统级的仿真并使得设计者从手编写等实现代码的繁琐工作中解放出来而专注于在搭建系统模型的工作上缩短了设计周期提高了设计的灵活性。本文作者创新点：采用建模补偿方法分别对瞬变信号和顺便信息进行滤波的设计，该滤波算法在上能够快速、有效的实现。参考文献：谢剑英等微型计算机控制技术【】北京：国防工业出版社，【】徐科军传感器动态特性的实用研究方法】合肥：中国科学技术大学出版社【】马军爽，李振东

14、一种改善压力传感器曲线拟合特性的方法微计算机信息，：潘松，黄继业，王国栋现代技术【】西安：西安电子科技大学出版社【方开泰实用回归分析【】北京：科学出版社，作者简介：毛丽民，（一），男，汉族，硕士研究生主要研究方向测试仪器仪表设计及动态数据分析；孙冬梅，（一）女，汉族南京理二大学博士讲师，主要研究方向高压测量系统的非线性模型辨识；程明霄，（一），男，汉族，南京下业大学自动化学院教授主要研究方向为测控技术、智能仪器。：一），（南京南京工业大学）毛丽民孙冬梅程明霄通讯地址：（南京南京工业大学丁家桥校区新模范马路号毛丽民（收稿日期：）（修稿：期：）微计算机信息杂志旬刊每册定价元一年订价：元地址：北京海

15、淀区皂君庙号院鑫雅苑号楼室微计算机信息邮编：电话：（）啾嗣邮局订阅号：万方数据 一种压力传感器动态数字滤波的实现方法作者：毛丽民， 孙冬梅， 程明霄， MAO Li-min， SUN Dong-mei， CHENG Ming-xiao作者单位：南京工业大学,南京,210009刊名：微计算机信息英文刊名：CONTROL & AUTOMATION年，卷(期：2008，24(34被引用次数：0次参考文献(5条1. 谢剑英 微型计算机控制技术 19992. 徐科军 传感器动态特性的实用研究方法 19993. 马军爽. 李振东 一种改善压力传感器曲线拟合特性的方法期刊论文-微计算机信息 20074. 潘松. 黄继业. 王国栋 现代DSP技术 20045. 方开泰 实用回归分析 1988本文链接：下载时间：2011年3月14日