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用于数据处理与建立数学模型，TOPSIS方法的详细步骤及举例，

信号稀疏表示理论及其应用信号稀疏表示理论及其应用郭金库刘光斌余志勇吴瑾颖著斜学出版社北京内容简介信号稀疏表示是一种新兴的信号分析和综合的方法,吸引了研究者的大量关注,同时被应用到信号处理的许多方面,如非平稳信号分析,信号编码、识别与信号去噪,压缩感知,盲源分离等。信号稀疏表示方向的研究热点主要集中在稀硫分解算法、过完备原子字典和稀硫表示的应用等方面。本书在介绍国内外该研究方向研究进展的基础上,重点介绍了作者在稀疏分解快速算法、色散原子字典,稀疏表示在线性调频信号参数估计以及电磁兼容测试信号处理等方面的研究成果。本书可供从事信号与信息处理信号表示、非平稳信号分析等方面工作的科研工作人员和研究生学习、研究使用图书在版编目CIP)数据信号稀疏表示理论及其应用/郭金库等著,一北京:科学出版社2013IsBN978-7-03-038209-2Ⅰ.信…Ⅱ郭…Ⅲ.信号处理Ⅳ.TN91.7中国版本图书馆CP数据核字(2013)第171727号责任編辑:魏英杰杨向萍/责任校对:桂伟利责任印制:张倩/封面设计:陈敬荦幽社出版北京东黄城根北街16号邮政编码:10717http://www.sciencep,com此象通州皇家印刺厂印刷科学出版社发行各地新华书店经销2013年7月第一版开本:720×1000B52013年7月第一次印刷印张:91/4字数:176000定价:50.00元(如有印装质量问题,我社负责调换(科印〉)前言信号稀疏表示是过去近20年来信号处理界一个非常引人关注的硏究领域,众多硏究论文和专题研讨会表明了该领域的蓬勃发展。信号稀疏表示的目的就是在给定的过完备字典中用尽可能少的原子来表示信号,可以获得信号更为简洁的表示方式,从而使我们更容易地获取信号中所蕴含的信息,更方便进一步对信号进行加工处理,如压缩、编码等。信号稀疏表示方向的研究热点主要集中在稀疏分解算法、过完备原子字典和稀疏表示的应用等方面。本书在介绍国内外该方向研究进展的基础上,重点介绍作者在稀疏分解快速算法、色散原子字典及稀疏表示在线性调频信号参数估计等方面的研究成果。全书共分为6章。第1章为绪论,在回顾传统的非平稳信号分析方法的基础上引出信号稀疏表示的基本思想,并介绍稀疏表示理论的发展历程和研究现状。第2章首先给岀稀疏逼近和稀疏表示的定义,然后简要介绍常用的稀疏分解算法和时频原子字典,最后介绍一种利用稀疏表示结果构造的时频分布。第3章利用 Gabor原子特点,构造一种随信号或分解残留信号自适应变化的 Gabor子字典,提出基于自适应 Gabor子字典的匹配追踪算法并证明了算法的收敛性。进一步,基于离散自适应 Gabor子字典提出相应的匹配追踪快速算法并分析了计算复杂度。最后利用数值实验结果验证了提出的方法与传统的匹配追踪算法具有相同的计算精度。第4章为了描述色散信号,利用色散关系或者近似色散关系设计出能够描述色散特性的原子,并构造色散原子字典。针对类似色散原子这种瞬时频率随时间非线性变化的时频原子,给出一种非负、无交叉项的能量时频分布。第5章研究信号稀疏表示在线性调频信号的参数估计及线性时不变系统辨识中的应用。第6章探讨信号稀疏表示在电磁兼容现场测试信号处理方面的应用。本书的很多研究成果是在清华大学自动化系邹红星教授的指导和信号稀疏表示理论及其应用帮助下完成的,这为本书的写作打下了坚实的基础。同时,第二炮兵工程大学的领导也一直关心和支持作者的课题研究,尤其是本书的出版得到了第二炮兵工程大学控制工程系的直接支持和帮助。在本书出版之际谨向他们表示衷心的感谢!另外,借此杋会特别感谢第二炮兵工程大学控制工程系以及清华大学自动化系的周志杰、苏娟、郜震宵、杨晓君、王榕、马竞伟、俞力杰、刘冰、汪洪桥、胡来红、孙振生、席建祥等老师和同学的帮助。本书的出版得到了国家自然科学基金项目(61201120)、中国博士后科学基金(2012M521904)和第二炮兵工程大学创新性探索项目的资助。作者2年6月目录前言第1章绪论1.1非平稳信号分析方法·1.2基于基分解的线性时频表示1.2.1傅里叶变换1.2.2短时傅里叶变换………1124561.2.3小波变换1.2.4基分解的不足·1.3经典的时频分布101.3.1 Wigner- ville分布……101.3.2 Cohen类时频分布……1.4稀疏表示方法121.4.1稀疏的就是更优的121.4.2稀疏表示理论的发展141.4.3稀疏表示的应用………………………191.5本书的结构安排……21第2章信号的稀疏表示…222.1稀疏逼近与稀疏表示222.2常用的稀疏分解算法242.2.1框架算法………252.2.2匹配追踪算法262.2.3基追踪算法262.2.4稀疏分解算法的信号精确重构条件∵272.3时频原子字典…………………282.3.1 Gabor原子字典…282.3.2 Chirplet字典………………………29信号稀疏表示理论及其应用2.3.3 FMm let字典………292.3.4 Dopplerlet字典302.4稀疏表示与时频分布…302.5本章小结…34第3章自适应 Gabor子字典的匹配追踪算法363.Ⅰ稀疏分解与匹配追踪算法363.1.1基本的匹配追踪算法………………363.1.2正交匹配追踪算法……383.1.3匹配追踪算法的计算和存储瓶颈……403.2自适应 Gabor子字典…………443.3自适应子字典的匹配追踪算法收敛性493.4离散自适应子字典的匹配追踪快速算法3.5算法验证与实验…603.6应用GPU实现的匹配追踪算法…633.7本章小结··67第4章基于色散原子字典的信号稀疏表示…684.1稀疏表示与原子字典…694.2色散原子字典……………724.2.1稳态相位法4.2.2初始波形及色散原子734.2.3色散原子字典的构造754.2.4基于色散原子字典的稀疏表示…………764.3非负的无交叉项时频分布…804.3.1时频半仿射平面…804.3.2色散原子的非负、无交叉项的时频分布…834.4应用854.5本章小结…88第5章稀疏表示在线性调频信号参数估计及线性时不变系统辨识中的应用895.1基于稀疏信息的线性调频信号参数估计…895.1.1线性调频信号的参数估计89目录5.1.2线性调频率估计·955.1.3初始频率与结束频率估计985.1.4实验结果1005.1.5讨论1055.2稀疏分解在系统辨识中的应用…1065.2.1基于互功率谱的线性时不变系统辨识………1065.2.2匹配追踪算法的降噪原理1085.2.3利用稀疏分解进行线性时不变系统辨识1095.3本章小结…112第6章基于稀疏表示的电磁兼容测试信号处理技术………1136.1现阶段电磁兼容现场测试信号处理面临的难题…………1136.2国内外研究现状…1146.3稀疏表示在电磁兼容测试信号处理中的优势以及待解决的问题117参考文献119附录:自适应子字典的匹配追踪算法参考程序……133第1章绪论1.1非平稳信号分析方法信号的傅里叶变换和反变换实现了信号在时域和频域內的相互转换。傅里叶变换将信号分解为不同频率分量的线性组合,其结果可以告诉我们信号是由多少个正弦波叠加而成,以及相对的幅度。由于不能给出关于这些频率分量何时出现与何时消亡的时变信息,因此傅里叶变换比较适用于分析频率成分不随时间变化的平稳信号。但是,人们发现众多的实际信号却具有明显的非平稳特征。信号的平稳性或非平稳性主要是根据信号的统计量特征来衡量。常用的统计量包括均值(一阶统计量)、相关函数与功率谱密度(二阶统计量),以及高阶矩与高阶谱等(高阶统计量)。若信号的联合分布函数相对于时间是不变的,即信号的各阶统计量与时间无关,则称信号是平稳信号。若信号某阶统计量随时间变化,则称信号为非平稳信号或者时变信号,2。现实世界中存在着各种频率随时间变化的信号,如人类的声音、动物的叫声雷达和声呐信号、生物医学信号等。这些信号都是典型的非平稳信号,它们共同的特点都是持续时间有限,并且自相关函数或功率谱密度是随时间变化的。当研究和处理非平稳信号时,传统的傅里叶变换不能提供对信号频谱时变特征的有效分析和处理,也就是说,频谱和功率谱并不能清楚地描述信号的某个频率分量出现的具体时间及变化趋势。非平稳信号分析与处理是现代信号处理的一个重要研究内容和发展方向,在通信、雷达、信息对抗、自动控制、模式识别、水声、地震勘测和生物医学工程等领域有着广泛应用24。非平稳信号分析方法可以分为线性时频表示、非线性时频分布和信号的稀疏表示(图1-1)。假设信号为几个分量信号的线性组合,如果信号的时频表示也可以表示为这几个分量时频表示的相同线性组合,则这种时频表示称为线性时频表示;否则,称为非线性时频表示,2。传统意义上的线性时频表示通

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中文版的芯片手册，官方刚翻译不久，本人添加了所有书签，包含我的笔记注释，绝对可以成倍提高开发效率！TMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08/2018-NOV-19)目录10.1温度传感器3操作原则…看。香看音102短路保护..…731.1关键概念10.3开路诊断……751.2控制接口斜坡发生器…761.3软件1.4运动和控制电机11.1实际单位换算761.5静止态自动降电流.8112运动轮廓1.6 STEALTHCHOP2& SPREADCYCLE驱动……8113讴度阈值791.7 STALLGUARD2-机械负载传感114参考开关1.8 COOLSTEP-负载自适应电流控制…91.9 DCSTEP-负载相关速度控制…STALLGUARD2负载检测..821.10编码器接口∴…..10121调整 STALLGUARD2阈值SGT引脚分配12.2 STALLGUARD2更新速率和滤波器123检测电机堵转3521封装外形……11124用 STALLGUARD实现归零2.2信号描述12125 STALLGUARD2操作局限性85示例电路15COOLSTEP操作8631标准应用电路…15131对用户的好处…32外部栅极电压调节器.16132C00 OLSTEP设置.8633选择 MOSFET和斜率17133调节 COOLSTEP,883.4调整MOSF氏T桥臂19步进/方向接口sPI接口141时序4.1SP数据报结构.142改变分辩率4.2SP|信号23143 MICROPLYER和静止检测914.3时序24寄存器…D|AG输出…9251通用配置寄存器2715.1脉冲/方向模式925.2速度相关的驱动特性控制寄存器∴33152运动控制模式925.3斜坡发生器岢存器35DCSTEP 945.4编码嚣寄存器5.5电机驱动寄存器161用户好处42162设计 DCSTEP…STEALTHCHOP∴52163运动控制模式下的 DCSTEP9561参数自调整16.4 DCSTEP模式下的堵转检测9562 STEALTHCHOP选项16.5 DCSTEP操作中的测量电机实际速度.966.3 STEALTHCHOP电流调节器….16.6步进/方向模式下的 DCSTEP……976.4基于速度的定标……58紧急停止1006.5 STEALTHCHOP和 SPREADCYCLE两者组合.596.6 STEALTHCHOP的标志位增量编码器ABN接口∴1016.7空转和被动制动61181编码器时序102SPREADCYCLE和经典斩波方式63182没置编码器以匹配电机分辨率∴…..102183闭环10271 SPREADCYCLE斩波器647,2经典恒定关断时间斩波器67直流电机或螺线管104选择采样电阻19.1螺饯管操作104基于速度的模式挫制快速配置指南105诊断和保护73人门∴110www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19421.1初始化例程11027.2地的布线119独立操作模式273桥臂电压的布线119111274供电滤波119外部复位..113275布线示例120时钟振荡器和输入113封装机械数据.22241内部时钟…∴113281TQF48EP封装尺寸图…122242外部时钟113282 QFN-WA封装尺寸124283封装代码125最大电气参数设计理念,126电气特性114声明126261操作范围114262直流特性和时序…ESD敏感126115263热特性11732图表127布线考虑119修订历史128271芯片底部焊盘119参考…128www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19操作原则TMC5160运动控制和驱动芯片是C門U和大功率步进电机之间的智能功率接口器件。所有步进电机逻辑完全在TMC5160内,不需要软件来控制电机一一只需提供目标位置。TMC5160提供了许多独特的増强功能,这些功能通过集成的控制驱动器得以实现。TMC5160的六点斜坡发生器自动使用 stealthchoesTep, costEp, and stallguard2来优化每个电机的运动。TMC5160将TMC2100、TMC2130和TMC513系列扩展到更高的电压和更高的电机电流TMC5160提供三种基本操作模式:模式1:全功能运动控制和驱动器所有步进电机逻辑完全在TMC5160内。不需要软件来控制电机—一只需提供目标位置。SDMoDE接地使能此模式模式2:脉冲和方向驱动器像TMC4361这样的外部高性能S-rεmp运动制器或￠pU产生与系统內其他部件(如电杌)同步的脉冲和方向信号。TMC5160控制电流和运动模式,并反馈电机状态。 micro Plyer自动平滑运动。SDMⅥODE接高电平使能此模式。模式3:简单的步进和方向驱动器TMC5160裉据步进和方向信号控制电机。 micro Plyer自动平滑运动。不需要CPU:配置由硬件引脚完成。静止保持电流控制由TMC5160完成。可选的反馈信号作为错误检测和冋步标志的输岀。SP|MODE接地, SD MOD接高电平使能此模式TMC5160SOUTI StepBlABREMP generatethtronmotor driversA interfaceeado,dle千aprag"arnrsteppemctoDIAG/INT out4206 er tryDIAGO SWNngle wirak dlanosicsinfare16MH亿r→HtellGuard2Tudose:3V。-5vCC 10一oth GD: UART modeoct driver enable图11TMC5160基本应用框图(运动控制器)www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-192OUTtage TMC5160redUcionInterfacespread OyclestealthahopSRBHsteppeDIAG/INTDIAG1ingle wira931. 121 MHtCKINstallGuard2Tv图12TMC5160步进/方向模式应用框图TMC5160carge pumAnigratioDMD2ConfiguratonCntrol resisterpmgrarmmahlAmotorspreadace (CNDCFGSllIndex pulseDriver erpBMMA23.3v5r5vCC villagec1→SRALStandalone modeapt driver enable图13TMC5160独立模式驱动器应用框图11关键概念TMC5160实现了 TRINAMIC产品独有的高级功能。这些特征在许多步进电机应用有效的提高了精度、能效、可靠性、平滑性和能耗。www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19stealth Chop2m无噪声、高精度斩波算法,用于电机的静止和运动状态下的静音控制。 stealth Chop2在stealthChoρ的基础上,加快了电机迳动加减速特性,降低的所需的电流最小值。spread cycleˉ高精度斩波算法,用于高动态电机运动和产生绝对干净的电流波。低嗓音、低共振和低振动圻波器。dcstep7负載相关速度控制。它机尽可能快地移动,不失步stal guard2w无传感器堵转检沏和机槭负載测量coo/Step根据负载自适应电流,可将能耗降低75%micro Plyer细分内抬器,用于从全步开始,以较低分辨率步长输入获得仝256微步的平滑度除了这些性能増强辶外, TRINAMIC电机驱动器还提供了裣测和防上短路输岀、输岀开路、过热和欠压情况的保障措施,以增强安全性和故障恢复。12控制接口TMC5160支持SP接口和带有CRC校验的UART单线接口。此外还支持为无需寄存器配置的独立STEPDR模式。配置引脚SP_MoDE和SD_MODE到相应的高电平或者圯选泽接口。121sP接口sP丨接口是与总线时钟同步的串行位接口。当SP丨主设备发送数据到从设备时,从设备同时会向主设备返回数据。SP主机和TMC5160之间的通信包括一条40位发送命令字和一条40位接收状态字。每个完整乜机运动过程通常是由多条命令杓成,122UART接口单线接口支持类似RS485(SWP和SWN)或单线接口(SWN开路)的差分操作。它可以由任何标准UART驱动。不需要波特率配置13软件从软件的角度来看,TMC5160是一个具有多个控制和状态寄存器的外围设备。其中大部分是只读或者只写的。一些寄存器允许读写访闩。如果只写寄存器需要读-修改-写访问,可以在主软件中通过阴影寄存器实现www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19814运动和控制电机141集成运动控制器集成的32位运动控制器貞接驱动电机到目标位置,或者加速到目标速度。所冇的运动参敖都可以动态改变。运动控制器立即重新计算。最小运动配置数据包含加速和减逸值以及最大运动逸度。支持设置启动和停止速度以及第二加速和减速度。集成运动控制器可对机械参考开关和无传感器 stallguard2及时响应。优势灵活编程斜坟参数有效地利用电动机转矩来加速和减速允许更高的机器性能即时反应停止和堵转条件142STEP/DR接口电机可选择通过步进和方向输入来控制。在这种情况下,运动控制器不使用。步进输入引脚上的有效边沿可以是上升沿,也可以是上升沿和下降活双边缘,归模弌笠(deσεe)控制。使用两个边缘捋步进信号的触发速率降低一半,对慢速通信接口(如光耦隔离接口)非常有用。在每个活动边上,DR输亼电平值决定是向前还是向后运行。每个脉冲可以是全步或微步,其中每个全步有2、4、8、16、32、64、18或256个微步。DR引脚上电平为低的步进(STE卩)脉冲增加了微步汁数器数值,而电平高的减少了微步计效器的数值。内部表袼将指针值转换成正弦和余弦值,控制电机微步咆流15静止态自动降电流自动电流减少大大降低了应用功耗和冷却需求。通过寄存器设置修改静态电流、延迟时间和衰减。自动飞轮和被动制动是静止的一种选择。被动制动将电机静止功耗降低到零,同时仍然禔供有效的阻尼和制动!斜坡发生器和STEP/DR两个操作模式都支痔一种更快检测靜止的配置。Standstill flag(st st)ORRENTIRUNstandstill delay 7POWERDOWN/HCLDDELAY220/218 docks power down pow er downRMS motor current trace(astsfandstill) delay tinm图1.1电机自动降电流16 stealth Chop2& spreadcycle驱动为灬 stealthcho基于电压斩波器的原理。除了电机机械滚轮軸承产生的噪音,它特别保证了电机在静上慢动作时绝对安静。不同于其他电压模弌斩波器, stealth Chop2不需要任何配置。通电后,它会在第次运动中自动学习最佳设置,并进一步优仳后续运动中的设置。初始的归麥过程足以使系统完成stealth Chop最佳配置。也可以选择,通过接口预先配置初始学习参数。 stealth Chop,通过对电机度的变化立即做出反应,允许高的电机动态。www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-19对于高动态的应用, spread Cycle是除 stealth Chop2之外的选项。它可以通过输入引脚(独立模式)或SP或UART接口配置。 stealth Chop2和 spread Cycle甚至可以结合使用,以达到两者的最佳效果: stealth Chop2用于无噪音的静止状态,无声平滑的性能, spread cycle用于高动态,低振动和最高的峰值逸度。spreadeαycle是周期斩波模弌。它在很宽的速厦和负载范围内提供平稳的操作和良好的共振阻尼。spreadcycle方案自动集成和调节快衰减周期,以保证平滑过零性能。stealth Chop2优势显著改善了低成本电机微步性能电机运行平稳安静绝对没有待机噪音降低机械共振产生改善的扭矩17 stallard2-机械负載传感stallguard2提供了对电机负载的精确测量。它可以用于堵转检测,也可以用于低于使电机失步的负载下的其他用途,例如 coolSte负载自适应调节电流。这提供了更多关于驱动器的信息,允许诸如无传感器归零和驱动器机械诊断之类的功能18 coolStep-负載自适应电流控制costep以最佳电流驱动电机。它根据stal! guard2负载测量信息将电机电流调整到实际负载所需的最小量。节约了能源,降低了芯片的温度。好处是:能效能效功耗降低高达75%电机产生较少热量提高了机械精度较少或没有散热提高了可靠性使用较小的电机减少所需的转矩→成本较低的电机完成这项工作图15显示了42mm步进电机当使用 costep时,与50%转矩的标准操作相比的效率。在本例中cool step在60转/分以上时启用EffieEficiency with 50% torque reserve彐 fluency050100150200图15 costEp下的能效(示例)19 esTep-负载相关速度控制esTep能让电机在其负载极限和逸度极限附近运行,而不失步。如果皃机上的机械负载増加到堵转负载点,电机会自动降低速度,这样它仍然可以驱动负载。有了这饣功能,马达将不会堵转。除了在较低速庋下增加扭矩之外,动态惯性淂允许电杋通过减速克服机械过载。 esTep直接与斜坡发生器集成,www.trinamic.comTMC5160 DATASHEET(Rev. 1.08 /2018-NOV-1910因此即使电杌速度因机械负载増加而需要降低,也能达到目标位置。dcStεp可以在没有任何失步的情况下达到10倍或更大的动态范围。通过优化高负载情况下的运动速度,该功能进-步提高了整体系统效率esTep优电机在过载情况下不会失步应用程序可以运行的更快自动实现最高的加速度在速度极限下实现最高的能效全步驱动达到最高电机扭短便宜的马达便能满足应用110编码器接口TMC5160为部增量编码器提供编码器接口。编码器不仅用于失步的判断,还可实现运动控制器的归零功能(替代参考开关)。可编栏预分频器设置编码器分辨率以适应电机分辨率。内部包含一32位编码器计数器。www.trinamic.com