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在導(dǎo)彈測(cè)試過(guò)程中，由于大功率用電設(shè)備的頻繁開(kāi)啟以及各種輻射源的存在使得導(dǎo)彈的測(cè)試電氣環(huán)境相當(dāng)惡劣，輸入端常含有各種噪聲和干擾信號(hào)，如果對(duì)這些信號(hào)不加以處理而直接進(jìn)行采集，采集出來(lái)的信號(hào)可能與信號(hào)真實(shí)值相差甚遠(yuǎn)，可信度應(yīng)該說(shuō)是很低的，為了提高所得信號(hào)的可信度，必須對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。在傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)中為了提高抗干擾能力，常采用硬件濾波整形電路，而在有微機(jī)組成的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，為了減小干擾源對(duì)采樣的干擾，常采用數(shù)字濾波。 數(shù)字濾波的特點(diǎn) 所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比重，其實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波。 數(shù)字濾波與模擬濾波相比有以下特點(diǎn)： ·無(wú)須增加硬件設(shè)備，只需在程序進(jìn)入數(shù)據(jù)處理和控制算法前，加一段數(shù)字濾波程序; ·數(shù)字濾波不需增加硬件設(shè)備，所以不存在阻抗匹配的問(wèn)題; ·數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷; ·濾波器可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法和濾波參數(shù)，實(shí)現(xiàn)一些特殊濾波，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn); ·數(shù)字濾波極大地簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性。 數(shù)字濾波方法 根據(jù)導(dǎo)彈地測(cè)設(shè)備故障診斷系統(tǒng)所測(cè)信號(hào)性質(zhì)的不同，提出并采用了以下三種數(shù)字濾波方法。 智能濾波法：智能濾波法又稱為程序判斷濾波法，是預(yù)先根據(jù)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，確定出采樣輸入信號(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差Δy，若采樣值的偏差超過(guò)此偏差值時(shí)，則表明輸入信號(hào)是干擾信號(hào)，應(yīng)去掉;如果小于偏差值，可將信號(hào)作為本次采樣值。當(dāng)采樣信號(hào)由于隨機(jī)干擾，如大功率用電設(shè)備的啟動(dòng)或停止，造成電流的干擾或誤檢測(cè)，以及調(diào)理板不穩(wěn)定而引起的嚴(yán)重失真等，采用此法效果相當(dāng)好。根據(jù)濾波方法的不同，可分為限速濾波和限幅濾波兩種。 限幅濾波 限幅濾波是將兩次相鄰采樣值相減，求出其增量(用絕對(duì)值表示)，然后與兩次采樣允許的最大差值(由被控對(duì)象實(shí)際情況決定)Δy進(jìn)行比較，若小于或等于Δy，擇取當(dāng)前值作為采樣值;若大于Δy，則仍去上次采樣值作為本次采樣值。程序流程圖如圖1所示： 圖1 限幅濾波流程圖 其中Y(K)、Y(K-1)分別為本次和上次采樣，Δy是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。這種濾波方法主要適用于變化比較緩慢的參數(shù)，在使用此類濾波方法時(shí)，關(guān)鍵問(wèn)題是如何選取最大允許誤差Δy，Δy太大，將會(huì)引入大量的各種干擾信號(hào)，使系統(tǒng)誤差增大;Δy太小，又會(huì)使某些有用信號(hào)被拒之門外，使計(jì)算機(jī)采樣效率變低，由此也可能使得控制系統(tǒng)達(dá)不到預(yù)期的效果，因此如何選取門限Δy至關(guān)重要，通常此數(shù)依靠試驗(yàn)獲得。限速濾波 限幅濾波使用兩次采樣值來(lái)決定采樣結(jié)果，而限速濾波則最多可用三次采樣值來(lái)決定采樣結(jié)果。其原理是，當(dāng)|Y(K)-Y(K-1)|>Δy時(shí)，不像限幅濾波其那樣，用Y(1)作為本次采樣，而是再來(lái)一次，取得Y(3),然后根據(jù)|Y(3)-Y(2)|與Δy的關(guān)系來(lái)確定本次采樣值。具體判別原則如下： 設(shè)采樣時(shí)刻t1、t2、t3所采集的參數(shù)分別是：Y(1)、Y(2)、Y(3)，那么： 當(dāng)|Y(2)-Y(1)|≤Δy時(shí)，Y(2)作為采樣值輸入計(jì)算機(jī); 當(dāng)|Y(2)-Y(1)|>Δy時(shí)，Y(2)不采用，但仍保留，繼續(xù)采樣得Y(3); 當(dāng)|Y(3)-Y(2)|≤Δy時(shí)，Y(3)作為采樣之輸入計(jì)算機(jī); 當(dāng)|Y(3)-Y(2)|>Δy時(shí)，則取(Y(2)+Y(3))/2輸入計(jì)算機(jī)。 限速濾波是一種折衷的方法，既照顧了采樣的實(shí)時(shí)性，又顧及了采樣值變化的連續(xù)性，但這種方法也有明顯的缺陷，首先是Δy的確定不夠靈活，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況不斷地更換新值;不能反映采樣點(diǎn)數(shù)N>3時(shí)，各采樣數(shù)值受干擾情況。此濾波程序流程圖如圖2所示。 圖2 限速濾波流程圖 中值濾波法：所謂中值濾波就是對(duì)某一參數(shù)連續(xù)采樣n次(一般n取奇數(shù))，然后把n次采樣值從小到大或從大到小排列，把區(qū)間中間值作為本次采樣值，中值濾波對(duì)于由于偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差引起的脈動(dòng)干擾比較有效。若變量變化比較緩慢，濾波效果就較好，對(duì)于速度變化快的信號(hào)則不適用此法，中值濾波其設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是排序。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，這種濾波方法對(duì)于比較穩(wěn)定的直流小信號(hào)電壓的測(cè)量還是很奏效的。其程序流程如圖3所示。 圖3 中值濾波流程圖 平均濾波法：在各種控制測(cè)量場(chǎng)所，經(jīng)常會(huì)遇到尖脈沖干擾現(xiàn)象。干擾通常只影響到個(gè)別采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，此采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差甚大，如用一般平均值法，則將干擾平均到計(jì)算結(jié)果中去，故平均法不易消除脈沖干擾的影響。為此，可采取先對(duì)N個(gè)采樣值進(jìn)行比較，去掉其中最大的和最小的一個(gè)或幾個(gè)值，然后計(jì)算余下點(diǎn)的平均值，這種方法不僅可以濾除脈沖干擾，也可濾去小的隨機(jī)干擾，經(jīng)試驗(yàn)，N取4較合適。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 本實(shí)驗(yàn)的目的主要是檢驗(yàn)該檢測(cè)診斷系統(tǒng)測(cè)量電壓的精度、穩(wěn)定性和抗干擾能力。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本實(shí)驗(yàn)采用了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源A(信號(hào)源電壓精度為1‰)的高精度信號(hào)作輸入信號(hào)，然后通過(guò)本檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行采集并將結(jié)果記錄以觀察該檢測(cè)診斷系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和抗干擾能力。 本實(shí)驗(yàn)將幅值為500mV的直流電壓輸入到該系統(tǒng)的小信號(hào)電壓測(cè)量輸入端，然后將此小信號(hào)電壓經(jīng)調(diào)理板調(diào)理之后送到A/D板進(jìn)行采集，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)十次，每次為一組，且每次是獨(dú)立的，每次連續(xù)采集50個(gè)數(shù)據(jù)。現(xiàn)摘錄10組數(shù)據(jù)(表1)，每組10個(gè)數(shù)。 表1 小信號(hào)電壓數(shù)據(jù) 單位: 毫伏 ·信號(hào)受干擾比較強(qiáng)烈，如果直接將采集到的數(shù)據(jù)作為原始信號(hào)將會(huì)有很大的誤差; ·干擾信號(hào)主要來(lái)自電磁干擾、熱噪聲等，是隨機(jī)的; ·這些信號(hào)也是有規(guī)律的，如果選用合適的濾波方法也能取得較好的效果。采用數(shù)字濾波法如中值濾波法就能得到比較好的效果，但是采樣樣本必須足夠大，至少50次以上。 結(jié)語(yǔ) 由于該故障診斷系統(tǒng)測(cè)量的信號(hào)不管是種類還是數(shù)量都特別的多，有交流電也有直流電，有強(qiáng)電也有弱電，如果處理上稍有不慎就會(huì)使信號(hào)之間相互影響、相互干擾，特別是一些小信號(hào)很容易被干擾信號(hào)或噪聲所淹沒(méi)，面對(duì)這種情況，一次次失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，在盡量保持硬件不變的前提下，從軟件入手采用數(shù)字濾波的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，最后終于取得了實(shí)驗(yàn)的成功。 采用數(shù)字濾波技術(shù)對(duì)導(dǎo)彈地測(cè)設(shè)備進(jìn)行故障診斷，可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法和濾波參數(shù)，實(shí)現(xiàn)一些特殊濾波，具有靈活、方便、功能強(qiáng)、開(kāi)發(fā)周期短的特點(diǎn)，而且極大地簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行，結(jié)果表明文中提出的三種數(shù)字濾波方法有效的抑制了所采集信號(hào)中的虛假成份，充分提取了故障診斷所需信號(hào)的全部信息，為故障診斷提供了真實(shí)、可靠的依據(jù)。 |
