利用Hilbert变换提取信号瞬时特征的算法实现
研究了在工程中如何通过算法来实现利用 Hilbert 变换提取信号的瞬时特征。深入地分析了如何利用数值微分法提高提取瞬时频率特征的精度。最后,给出了一种可行的算法,并通过实验验证了这种方法可以在工程中有效地提取信号的瞬时频率特征。84微机发展第13卷①H(x)=y;H(x)=y;(i=0,1,…n)(j=0,1(11)②在每个小区间/x1,x1+17i=0,1,…,n-1)上由相关定理知:当划分的小区间的长度趋于零时H(x)是三次多项式。s(x)及其一至三阶导数分别一致收敛到f(x)及其一至可以写出分段三次 Hermite插值函数的分段表达式:三阶导数。所以用三次样条插值函数去近似表达用离散值(x)=(1+2x-x过+)2v;+表示的原函数,具有较高的可靠性。3)两种插值的比较挨尔米特 Hermite插值较三次样I-i,1+2条插值具有较好的稳定性与收敛性,但它只能休让各段曲线在连接点上的连续性,而不能保证整条曲线在这些点上y+1Ditl的光滑性。而有时不仅要求曲线连续,而且要求曲线的曲X/(i=0,18)率也连续即要求分段插值函数具有连续的一阶导数,埃H(x)的导数为尔米特 Hermite插值此时就不能满足上述要求6次样条插值较埃尔米特 Hermite插值具有较好的H(x光滑程度,用三次样条插值函数求数值导数比用埃尔米特+2(x-x2(xHermite插值可靠性大,但计算比较复杂,二者的区别见图h2yV+17, h(i-0,12)三次样条插值。已知函数y=f(x)在区间/a,b上的n+1个节点上的值y=f(x;)(i=0,1,…m),求插值函数s(x),使(i=0,1图4 Hermite插值与三次样条插值的比较图2在每个小区间x,x+1(=0.1.…n-1)上利用埃尔米特 Hermite插值得到的2FSK信号的瞬时s(x是三次多项式,记为s(x频率见图5,利用二次样条插值得到的该信号的瞬时频率③3(x)在la,b/上二阶连续可徵。见图6。数s(x)称为f(x)的三次样条插值函数可以利用节点处的二阶导数值为参数,也可以利用节点处的导数值为参数求三次样条插值涵数的表达式。若利用节点处的一阶导数值为参数,求得的三次样条插值函数的表达式为(x)=M-1x-x-)36 h6 hMihi5 DEMeN5a亩pai66hx∈[x;,x+17,b-x+1-x,S"(x)=M图5由 Hermite插值提取图6由三次样条插值提取(j=0,1的2FSK信号的瞬时频率的2FSK信号的瞬时频率对s(x)进行求导,利用S(x)在节点处一阶导数连从图5、图6可以看出利用三次样条插值得到的瞬时续的性质结合边界条件求解出参数M,把求得的参数代频率可以准确反映出信号具有的的摒时频率特征而利用入公式(10),即得三次样条插值函数的s(x)分段表示式。埃尔米特 Hermite插值得到的瞬时频率与信号具有的瞬s;(x)的导数为时频率特征不符。这是因为利用数值微分法求瞬时频率插值以后喫进行求导。三次样条插值函数具有连续的二阶M2 hiM; 2 hj导数,因而具有较好的光滑程度,符合求导条件,所以可以J+1-h(M2+1-M/)准确求出信号的瞬时频率;而埃尔米特 Hernite插值.不够光滑,虽能保证插值多项式收敛于原函数,但不能保证插x Elx,x;+1 h,=xi+I-x, S(xj )=M;值多顷式的导数收敛于原函数的导数,所以求得的值与信o1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net第6期刘慧婷等:利用 Hilbert变提取信号瞵时特征的算法实现号实际的瞬时频率值不符。实验结果和理论分析结果是(1) Hilbert变换只能近似应用于窄带信号,即形如纹的(t)=a(1)cosu+6(1)),其中>>B(B为信号带2.3.3结论宽)的信号。但实际应用中,存在许多非窄带信号, Hilbcrt利用数值微分法求瞬时频率ω(t)的步骤可以归纳变换对这些信号无能为力为:首先通过三次样条插值得到分段多项式p(1),(2)对于任意给定时刻,通过 Hilbert变换运算后的结pp(抄);然后分别对分段多项式p(t),Pp()关于变量t果只能存在一个频率值,即只能处理任何时刻为单一频率进行求导,得到pd(,ppd(t);最后求出每一时刻t所对的信号。这显然不合理,因为在实东中同一信号会含有多应的导数值,即求得t(t,u(t)。再把求得的值代入公种频率成分式(6)就完成了提取瞬时频率ω(1)的过程。求解结果见(3)对信号进行 Hilbert变换时,信号的两端会出现严图7重的端点效应。提取某些信号瞬时特征所得的瞬时频率在局部出现了负数,端点效应是造成负频率的一个原因而端点效应可以通过利用特征波对原有数据序列进行延拓的方法来解决,具体解决办法将在今后讨论。尽管目前出现了EMD担论4,其目的是将不满足Hibt变换的信号进行分解得到若干个IMF( intrinsic mode function),然后进行 Hilbert运算,达到提取信号瞬时特征的目的。该理论开辟了信号处理的新空间。但它还不够成熟还需喫进一步的完善和研究图7利用数值微分法提取信号的瞬时频率特征参考文献从图7可以看出,以三次烊条指值进行的数值微分可[]黄长蓉. Hilbert变换及其应用[J].成都气象学院学报以准确岀提取岀信号的瞬时频率特征。199,14(3):273-276.[2]杨小牛,楼A义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北3结束语京:电子工业出版社,2001在工程中, Hilbert变换使得我们对短信号和复杂信号[3]丁丽妤.数值计算方法[M].北京:北京理工大学出版社,的摒时特征的提取成为可能特别是对瞬时频率特征提1997取,在工程中具有十公重要的意义。文中讨论的利用三次[4] Huang N e. The empirical mode decomposition and the hilbert样条插值进行数值徵分以提取瞬时特征的方法是可行的,spectrum for nonlinear and nor stationary time series anal ysis但还存在着如下问题。[].Proc.R.soc.Lond.A,1998,454:903-995(上接第81页)218994。例22(x)=(1-2siny=223101075一般的(A算法计算了120代,求到的最大值为454176.219。154370083改进的α算法计算了34代,求到的最大值为1048575.875。改进后的αA算法收敛速度(指迭代次数)比一般GA算法几乎快了一个数量级,精度也提高了不少,特别是例2的最大值提高一倍多,速度提高这么快是未曾料到的y=74958参考文献+4X Axl Thla[1]陈国良.遗传算法及其应用[M]·北京:人民邮电出版社,图2函数2的图像1996一般GA算法计算了20代,求到的最大值为[2]袁亚湘,孙文瑜.最优化理沦与方法[M]北京:科学出版社,19991.218983[3]张铃,张钹·遗传算法杋理的硏究[J]·软件学报,改进(A算法计算了5代,求到的最大值为2000,11(7):945952o1994-2010ChinaacAdemicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
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安川MP2000系列编程手册0606(内部资料)
安川MP2000系列编程手册0606(内部资料),不可多的,学习安川运动控制器的最佳资料,有详细样例和注解!涵盖安川全系列运动控制器!本手册的使用方法本手册的使用方法前言机器控制器MP900/WP2000系列是指,采用最新的电子信息技术,将迄今为止以机构为主体的机器实现杋电一休化,大幅度提高其性能、功能,冋时集成了机器的控制技术及使用技巧的控绱器以往的机器是使用通用的电机作为动力源,由电机驱动齿轮、连杆、凸轮等产生各种各样的运动来进行加工和装配等。安川电机凭借数百年的发展历史和技术积累,各种各样的机器正不断面世,并且其性能、功能显著提正因为如此,迎来了个日诸多机器的辉煌但是,由于这些杋器也是由称作机构的硬件构成的,因此缺乏高灵活性。另外,事实表明:由于受机器本身的限制,无法期待其性能、功能有更进一步的提高。另一方面,材料的革新性开发和提高,特是半导体领域的芧命性的性能提高和小型化,对电机以及电机控制技术带米的影响是无可估量的。其影响之一就是变频器、伺服电机及其驱动技术得到了惊人的发展。另外,即使是在驱动伺服电机的运动控制技术领域,基」微电脑的,融合了已普及的以数值控制(NC)为代表的运动控制器(MC)和可编程控制器(PC)的新型控制器正在不断面世采用这些伺服电机和新型控尙器,使以往的以机构为主休的机器实现机电一休化,进一步提高其性能、功能,以及在搭载前所未有的新功能等方面都在进行不断的积极尝试。然而,由于这些新技术采用的配套方法还没有得以充分普及,许多机槭技术人员对机电一体化还是很犹豫,有时甚至敬而远之,这是不可否认的亨实。因此,本手册作为用户指南,主要介绍采用安川电机的伺服驱动器∑系列和其机器控制器Ⅶ2000系列如何来实现机电一体化以及如何实现控制的方法。机器品种繁多,不可能一一介绍但是,由」作为基础的基本控制技术对哪个札器鄱是通用的,通过对其的介绍,无论将其应用」哪个机器上都能仗过去的机器实现机电一体化。木手册正是为此目的编写的参考手册,它与控制器和伺服驱动器的使用说明书不同,主要说明如何能实现各种搾制以及具体的编稈方法本手〗按以卜项目分门别类列出了苫丨梯形图或运动程序的编写示例。同步控制速度控制位置控制转矩控制位置控制以轨迹为主的运动控制各种机器的运动,如果从电机运转角度来看,都可以还原为上述控制。因此,在进行某种机器的控制时,就要弄清楚感应电机和伺服电机需要何种控制,如果知道其控制的具休控制内容(梯形图和运动程序),就可将该控制组合起来。有村一种控制并不够,必须同时使用个同的控制模式。木手册就是木着这样的观点列出了实际的栏序。如果以这些程序作为指导编程的方针,任何人都能编写出某种机器的基本控制程序。使用本手册时的推荐设定本手册示例的梯形图是使用安川电机的MP900/MP2000系列程序编辑软件MPE720Ver.5.22编写的。使用该梯形图时,请使用上述软件的Ver.5.22或史高的版木。另外,请在勾选“使用新的梯形图编辑器”后再使用梯形图编辑器。/7yPLc欄重動作環境棵能指定工P礻一?2一212-步管理7配送他1辛么[列=于F-工使用了新一老使用主寸1作成大几2工使用主OK也卟另外,作为OS,可选择 Windows95/98/T4.0/2000/XP中的任何一个。以MP2000系列控制器为主体的程序实例已发行的本手册2004年8月版本中,针对MP00系列给出了程序的基本框架巾最近面世的MP2000系列可构成新的机器控制虽然两机型的基本使用方法都相同,但在地址和运动命令的使用方法上存在一些差别。MP2000系列全面地强化并改善了MP900系列的功能。籍此札会,决定发行以M2000系列控制器为主体的编程手册另外,对于MP900系列,已发行版(2004年8月版)仍然可以使用,请加以利用。目录本手册的使用方法第1章计算机与机器控制器的连接1.1利用机器控制器进行设计1.2计算机和MP2000系列的通信参数的设定1.3设定MPE720的使用环境---1.4新建文件夹1-91.5进行M2200构成设定1-23第2章设定参数2.1设定伺服驱动器或变频器的规格2-42.2设定编码器的规格2-62.3设定机器的相关参数2-102.4设定控制结构202.5设定设定参数2-222.6设定伺服参数2-23第3章连接硬件3.1连接伺服驱动器(∑-Ⅱ、∑-I系列)3.2连接带 MECHATROL INK-Ⅱ的伺服单元的输入输出(∑-Ⅲ系列)第4章运动控制设计4.1各种控制的基本构成-4-34.2将伺服设定为0N4-64.3自由切换动作模式4.4设计主干梯形图4.5J0G(点动)运行4-134.6STEP(步进)运行4-154.7给出平滑的运行指令4-17第5章速度控制5.1速度控制(基本一直线加减速—)5-25.2设定直线加减速5-95.3速度控制(S形加减速)第6章转矩控制6.1转矩控制(基本:无反馈)6.2转矩控制(有反馈)6-66.3由运动程序改变转矩限制值6-14第7章位置控制7.1位置控制(基础)7-27.2基于运动程序的位置控制7-107.3通过运动命令、用外部信号定位7-217.4用手动脉冲发生器移动--7-257.5滚珠丝杠节距误差的补偿7-327.6用直线伺服驱动器定位7-337.7使用绝对值编码器7-38第8章编写运动程序8.1进行定位8.2通过外部信号进行定位(运动程序)8-583使其直线移动(直线加工)-84使其以圆弧的方式移动(圆弧加工)8-88.5平滑地加工自由曲线(直线移动命令)86坐标变更8-1087施加额定速度比88进行无限长定位-8-1289剪裁加工中保证刀具角度垂直8-138.10由运动程序控制外部设备-8-148.11从外部赋予运动程序中的设定值8-158.12暂时从工件坐标移到机器坐标-8-168.13使数个运动程序同时动作-8-178.14单方向定位回转工作台8-198.15以最小移动量进行回转工作台定位-8-20第9章相位控制9.1相位控制的基本内容9.2控制薄膜生产线(相位控制实例)9-10第10章使用电子凸轮控制机器10.1使用双向型电子凸轮控制机器10-410.2使用单向型电子凸轮控制机器10-1910.3电子凸轮加超前角控制10-3610.4编写凸轮曲线10-40第11章进行原点复归11.1进行原点复归(基本)-11-211.2使用运动程序进行原点复归11-9第12章掌握了梯形图将会带来很大便利12.1设定图中使用的D寄存器的数量-12-212.2全部清除继电器和作业寄存器----12-312.3检测各轴的警报,显示警报12-512.4防止失控(位置控制、相位控制)一12-812.5掌握运动程序的警报内容12912.6通过运动程序进行顺序控制12-11第13章进行调试13.1故障检修的流程13-213.2数据示踪13-613.3更加便利地示踪数据13-1413.4调试运动程序-13-27第14章便利的功能14.1对程序加注释14-214.2打印程序14-414.3检查程序存储器的剩余量14-5V11附录附录1MPE720简明手册附录-2附录2指令一览附录-23附录3梯形图转换作业步骤附录-30附录4 Expression的表示方法附录-31第章第1章计算机与机器控制器的连接1.1利用机器控制器进行设计1-21.2计算机和MP2000系列的通信参数的设定1.3设定MPE720的使用环境1.4新建文件夹1.5进行MP2200构成设定1-23第1章计算机与机器控制器的连接1.1利用机器控制器进行设计本节介绍利用机器控制器MP2000系列设计运动控制系统的步骤。设计分硬件设计和软件设计,这里主要介绍以软件设计为中心的设计流程。设计流程软件设计流程如下所示选择、订购所使用的机器。绘制主电路·控制电路展开连接图。通过MPE720新建文件夹。①模块构成② MECHATR0L|NK构成③输入、输出分配(伺服单元和1/0单元的设定)脱机操作④组定义编写梯形图编写运动程序至CPU的统一传送和伺服单元的设定调试联机操作结束
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