2017年深圳杯建模挑战赛C题决赛论文（独家）
本人2017年入选了深圳杯建模决赛，这是正式答辩时的论文。仅供各位建模的同学学习参考。基于问趣二中的预测结果,计算得出未来十年的总成本数量及各模式下各分项成本(涵盖直接业务成本、经济技术成本、问接的当下和远期社会成本)比例,分析其变化趋势,并通过作图直观反映。考虑到目前深圳已经开始建立生活垃吸强制分类制度,本文详细分析了家庭分类与专业分类两种前端分流模式对总成本的影响。问题三的分析基于较为完善的模型,对远期效益成木比进行估算,从深圳市具休情况岀发,设计一套生活垃圾处理的优选模式,以供参考。符号说明变量含义生活垃圾处理社会总成本直接成本直接业务成本收集成本第种收集方式的成本第种收集方式中的第种成本运输成木第种运输方式的成本第种运输方式中的第种成本处理成本第种处理方式成本绎济技术成本固定成本第种固定成本可变成本第种可变成本税收减免第种税收减免间接的当下和远期社会成本,即环境损失成本第种环境损失成本年度垃圾处理量湿垃圾占垃圾总量的比例垃圾分类中的干垃圾总量垃圾分类中的湿垃圾总量模型假设假设在估算时间内国家及深圳市相关政策不变。假设在估算时间内折现※为假设在佔算时间内政府对源头分类的补贴保持不变倀设在估算时间内填埋、焚烧、生物处理三种方式下的基准地价的季度增长率分别为模型建立与求解问题一的模型建立模型的准备针对问题一,将生活垃圾处理的社会总成本分为直接业务成本、经济技术成本、问接的当下和远期社会成本,如图生活垃圾处理社会总成本直接业务成本D经济技术成本E间接的当下和远期社会成本图生活垃圾处理社会总成本构成直接业务成本分析在直接业务成木中,我们又将其细化分成了垃圾收集成木、运输成木和处理成本三个部分,如图直接业务成本D收集成本D处理成本D匚运输成本D图直接业务成本构成4()收集成本分析由附件一可知,在不同的垃圾处理模式中,收集方式分别对应混合收集、源头分类收集和混合收集末端分类。即收集成本可划分为混合收集成本源头分类收集成本及混合收集木端分类成本而且每一种收集方式的成本又涵盖了公用垃圾桶成本(分别对应)和运输成本(分别对应),值得注意的是,源头分类收集方式会有额外的政府补贴,而混合收集末端分类方式在末端分类时会占用额外的土地、人力、设备等,因此会产生额外的成本和,如图收集成本De混合收集源头分类成本收集成本集,末端分类成本D公用福政府Dcg成本图收集成本构成()运输成本分析运输成本分为混合运输成本和分类运输成本两类,其中每一种运输成本都包括转运站成本(表示从各公用桶运输到转运站进行进一步处理所需成本,分别对应)和运输成本(分别对应),如图:运输成本Dt混合分类运输运输成本成本转运站成运输站成运输本成本DtD图运输成本构成5()处理成本分析由于处理模式的不同,处理成本可分为焚烧处理成本、填埋处理成本以及生物处理成本,如图处理成本D。焚烧填埋生物处理处理处理成本成本成本DstD图处理成本构成经济技术成本分析经济技术成本包括固定成本、可变成本和税收减免。固定成本分为土地成本和建设成本可变成本包括飞灰补贴、底灰补贴电价补贴、渗沥液补贴以及其他补贴;税收减笕分为増值税减笕、营业税减免和企业所得税减免,如图:经济技术成本E税收减免可变成本定成本E稅减税减税减其他补赎二c5EC2填埋场生物处理厂图经济技术成本构成间接的当下和远期社会成本分析问接的当下和远期成本涵盖了由于环保标准提高所花费的成本、水污染造成的损失、大气污染造成的损失以及固体废弁物污染造成的损失如图6问接的当下和远期社会成本L水污染损失气污染固体废物污染损失L4业损幻1匚人体健康损失[林损头「其他损类图间接的当下和远期社会成本构成模型的建立考虑到不同情况下,决策者会选择不同的模式组合方式。因此,在计算社会总成本时,本文选用各个模式下不同环节所需成本的叠加,从而求得深圳市生活垃圾处理的社会总成木。直接业务成本的计算直接业务成本包括收集成本、运输成本、处理成本直接业务成本的计算公式为:()收集成本的计算公式为=∑∑++代表混合收集成本,代表源头分类收集成本,代表源头混合收集,末端分类成木;代表第种收集方式的公用桶成木,代表第种收集方式的运输成本,代表单位垃圾消耗的公用桶成本,代表生活垃圾年产量,此成本仅包括垃圾桶至小型转运站的成本,如果决策者选择源头混合收集,末端分类方式收集垃圾,则应该加上额外的土地、设各、人工等成本(后面统称为额外成本),如果选择源头分类,则应加上政府补贴;代表单位吨数单位公里运输价格(是一个与距离有关的分段函数),代表距离;代表单位湿垃圾政府补贴成木;代表单位土地、设备、人工等的成木代表湿垃圾占总垃圾量的比重。()运输成本包括混合运输成本、分类运输成本运输成本的计算公式为7代表第种运输方式的转运站成本,包括转运站人工费,以及设备维护费等,代表第科运输方式的运输成本,此成本仅包括小型转运站至末端垃圾处理站的成本,代表单位转运站成本。()处理成本包括焚烧成本、填埋成本和生物处理成本处理成木的计算公式为代表单位垃圾焚烧处理成本;代表单位垃圾填埋处理成木;代表单位垃圾生物处理成本。经济技术成本的计算经济技术成本包括固定成本、可变成本、税收减免经济技术成木的计算公式为固定成本包括焚烧垃圾的十地成本、填埋的十地成本、建设成木。固定成木的计算公式为:代表当年地价,代表十地面积,代表折现率,代表工业用地年;十地机会成本为;代表年地价,代表季度地价增长率,代表时间:代表填哩高度;ρ代表填埋密度代表十地机会成本;代表建设补贴。可变成本包括飞灰补贴、底灰补贴、电价补贴渗沥液补可变成本的计算公式为8=代表单位底灰处理补贴,代表底灰量,代表单位飞灰处理补贴,代表K灰量;代表上网电价补贴,代表超额供电补贴;代表单位污水处理补贴,代表污水处理量税收减免包括增值税减免、营业税减免企业所得税减免税收减免的计算公式为:间接的当下和远期社会成本的计算间接的当下和远期社会成本包括环保标准提高后所需成本(远期环境标准提髙后垃圾处理费升高所需成本)、水污染导致的健康损失、空气污染健康损失、固体废弃物污染损失。水污染导致的健康损失包括早逝引起的健康损失、疾病治疗费用和误工损失;由于垃圾厂排放的气休中对人体造成巨大损失的气体为二嵁英,故将空气污染健康损失考虑为二嗯英造成的健康损失;在计算固休废弃物污染时,采用市场价值法对生活垃圾固休废弃物造成的人工管理费、设备费和运输费等费用进行计算不管对生活垃圾使用哪种处理方式,在计算生活垃圾堆存造成的经济损失时,以需按填埋量来进行计算间接的当下和远期社会成本为:∑∑总数总数指标评价和危险特征阐述,结合国际组织的研究成果,对水污染健康损伤的不良影响进行定量评{,代表年人均收入,代表就诊人数,代表人均治疗费用,代表日均收入,代表住院病例,代表每患病者入住天数;代表不同浓度区域的编码,代表不同浓度区域的二惡英致癌风险代表每平方公里人口密度,代表不同浓度区域所占的面积,代表个体生命价值代表治疗费用;代表生活垃圾堆存损失系数,代表生活垃圾堆存量。综上,由上述各式可得生活垃圾的社会总成本为:+十问题二模型建立及解决各模式的直接成本估算方案完善深圳市生活垃圾直接成木包括直接业务成木和经济技术成木,由式()至式()可知,城市生活垃圾直接成本为:当期社会总成本估算由已知数据代入问题一模型中可知年的社会总成本为:+十元日前仅得到年深圳市生活垃圾年产量数据,如图:s0047544069406图年深圳市生活垃圾年产量无法直接计算出当期以及未来十年各模式下直接成本,故基于灰色预测方法,根捃此数据,估算得出年的生活垃圾年产量如表
- 2020-12-05下载
- 积分：1
基于fpga的自适应滤波器
关于自适应滤波器的fpga实现，对于想学数字滤波器的和fpga的同学来说非常好基于FPGA的自适应滤波器设计摘要数字滤波器较模拟滤波器相比,具有信噪比髙,过渡带性能好,髙可靠性及可扩展性,设计灵活方便的优势,应用范围越米越广。随着专用数字信号处理芯片的发展,数字滤波器的可实现性能以及处理速度得到了极大的提升,FPGA(现场可编程门阵列)作为一种新型数字信号处理芯片,具有数字信号处理速度快、数据并行处理并且利用硬件编程语言直接进行硬件设计等特点,自适应滤波器的FPGA设计以及优化方法,是目前的一个研究热点。本文对自适应滤波器进行 Matlab仿真,以对其结构特性以及运算特点进行了解,利用 Matlab生成测试信号与FPGA仿真软件 Modelsim进行联合设计以及行为仿貞,采用 Altera公司的 Cyclone IV系列芯片EP4CE15F17C8为载体的开发板进行设计仿真,在设计过程中,充分利用FPGA可以并行处理以及快速的数字信号处理的特点进行针对性的结构设计。在此基础上做了以下工作。在充分了解滤波器,自适应横向滤波器,自适应陷波滤波器以及FFT变换原理的基础上,选择并搭建∫设计平台,在目前自适应横向滤波器的FPGA设计的研究基础上,采用模块化的设计方法,单独设计可重复调用的串行FR滤波模块以及串行LMS杖值更新模块,对两种模块的设计以及综合分别进行了设计以及仿真实验,通过并行调川两种不同模块,每种调用四个的方式设计一个16阶的滤波器为例来阐述模块化设计方法,并设计32阶64阶分别与仝串行以及仝并行设计方式的处理速率以及逻辑资源调用进行比较,结果说明运算速率与并行调用模块数量成正比,远快于全串行结构的设计方式,并且对于64阶仝并行系统来说,极大的减少了硬件资源的消万方数据耗,提髙了设计灵活性。在此设计的基础上,针对传统自适应陷波滤波器的滤波频夲固定不变的缺陷,提出了一种频域变换法检测噪声特征频夲,并可以根据特征噪声频率实时改变陷波频率的滤波器设计方法,为了减小设计复杂性,研究了符号LMS自适应陷波器算法,通过 Matlab仿真实验选取符号的特征变量。并对噪声信号提取算法进行了介绍和设计仿真,最终设计出根据噪声频率自动调节陷波中心频率的自适应陷波滤波器,并对滤波器性能进行了 Modelsim仿真研究,自适应陷波器具有能有效的滤除对应频的单频噪声信号,并且根据噪声的频率特性自动调节滤波频率的特点。针对两种自适应滤波器的FPGA设计,体现了FPGA在自适应滤波器设计时灵活性以及针对性,两种不同类型的自适应滤波器,可以分别适用于普通数字滤波器无法有效发挥作用的场合,同时本文的设计方法对其它类型数字信号处理系统的FPGA实现具有一定参考价值关键词:现场可编程门阵列,自适应横向滤波器,模坎化设计,自适应陷波器万方数据DESIGN OF ADAPTIVE FILTER BASED ON FPGAABSTRaCTCompared with analog filter, digital filter has the advantages of high signalto noise ratio, good performance of transition zone, high reliability andexpansibility, flexible and convenient design and application With developmentof special digital signal processing chip, digital filter Can achieve performanceand processing speed has been greatly improved, the realization of the use of thebetter performance of digital chip design more complex filter, so that the adaptivefilter realization and application become possible, FPGA (field programmablegate array) is a new type of digital signal processing chip, with parallel processingof data and Can use hardware programming language directly the characteristicsof the hardware design, is currently a hot research topic for study of adaptive filteris implemented on FPgaThe matlab simulation of the adaptive filter to understand the characteristicsof the structure and opcration characteristics, and the use of Matlab generatingtest signals and FPGA simulation software Modelsim joint behavior simulation ofFPGa design, then to Altera cyclone Iv series chip ep4cel5f17c8 as the carrierof the development board for simulation design. in the design process, make fulluse of FPGa parallel processing and fast digital signal processing for structuraldesign On this basis, the following work has been doneThe filter needed to fully understand, adaptive transversal filter, adaptivenotch filter and Fft transform based on the principle of selection and build adesign platform, first in the basic research of current FPGA adaptive transversalfilter realization, using modular design method, the structure is divided into singleand serial FiR filter module serial LMS weight update module, the design of thetwo modules and integrated were designed, and simulation experiments, through万方数据the parallel call two different modules, each call the four way to design a 1 6 orderfilter as an example to illustrate the modular design method, and design of 32order and 64 order respectively with serial and the processing rate parallel designmethods and logic resources call were compared. The results show that theoperation rate and parallel call module is proportional to the number, far faster Inthe whole serial design mode, and for the 64 order all parallel system, greatlyimprove the design flexibility, reduce the consumption of hardware resourcesAfter the design on this basis, the traditional adaptive trapped wave filter, filterfrequency fixed defects, put forward a method of frequency domain transformdetection noise characteristic frequency, and can change in real time accordingto the characteristics of noise frequency trapped wave frequency filter designmethods, in order to reduce the design complexity and the sign LMs adaptivenotch filter algorithm, the characteristic variables of the symbol is determinedthrough the simulation experiment of Matlab. And the noise signal extractionalgorithm are introduced and the simulation design, the final design according tofrequency noise automatically adjust the trapped wave frequency adaptive notchfilter, and on the performance of the filters were Modelsim simulation researchthe adaptive notch filter has CaN effectively filter on the frequency of the singlefrequency noise signal, and does not affect the characteristics of waveforms usefulFor the fpga design of two based on the lms adaptive algorithm of filterreflecting the FPGa in the adaptive filter design flexibility and uniqueness, twodifferent types of adaptive filter can be respectively applicable to ordinarydigital filter Can not effectively play the role of occasions, also the designmethod of other types of digital signal processing system based on FPGaimplementation has a certain reference valueKEY WORDS: FPGA, Adaptive transversal filter, Modular design, Adaptivenotch filter万方数据目录摘要ABSTRACT··,··*···第·章绪论…1.1研究目的与意义1.1.1数字滤波器简介·················+··*····+··········*···:··.*····…···*········:··+*·········1.1.2基于FPGA的自适应滤波器研究意义·“中,非2国内外研究现状1.2.1自适应滤波器研究现状122自适应滤波器的FPGA实现研究现状·······申中···申1.3课题的主要研究内谷··B申61.3.1课题的主要工作1.3.2课题的研究实现方案…4本章小结第二章自适应陷波滤波器的原理以及实验平台2.自适应滤波器理论介绍·····中中·········中·中·"中··中·中····中····申2.1.1IR与FIR滤波器简介2.12LMS算法原理132.1.3自适应陷波器的原理15214FFT变换的原理··p··中··中··,和p申·和中中····中·申22设计平台介绍2022.1自适应滤波器的设计平台20222自适应陷波滤波器接2223本章小结24第三章自适应横向滤波器的FPGA实现..273.1自适应滤波器的 Matlab仿真研究…····中中中申·中申···申申p中申·中申··申p申中273.1.1自适应滤波器的功能仿真研究273.2自适应滤波器的滤波收敛性能研究方法…83.1.3自适应滤波器的收敛性能研究….30万方数据3.2自适应滤波器的FPGA模块化设计333.2.1自适应滤波器FPGA模块化设计原理333.22FIR串行模块的设计申·中p申申,申申申·申和中p申申非申·p;申p申·非申·申新申中和申p申和·申·申P申申·申申申p申p343.2.3LMS串行模块的设计35324自适应滤波器多级处理结构整体设计363.2.5结构特性分析393.3木章小结···非中中非第四章自适应陷波滤波器的FPGA设计41符号LMS算法的梯度特征值选择及系统结构设计.414.1.1符号LMS算法的梯度特征值选择4141.2FIR自适应陷波滤波器系统结构设计42噪声信号分析以及参考信号频率值提取……1464.2.1FFT变换的功能464.2.2FFT变换的参数介绍42.3 FFT IP核的调试以及功能测试……4842.4特征噪声频率提取算法.…43自适应陷波模块的设计非··申申中431自适应波器的 Matlab仿真43.2自适应陷波器FPGA设计时的数据截取方法554.3.3白适应陷波器模块的FPGA设计56434自适应陷波器的整体设计6044采用频域变换法自适应陷波器滤除工频噪声.44.1提高系统实时性的方法6144.2模拟与实验验证45木章小结·········65第五章总结与展望DD67参考文献致谢75攻读学位期间发表的学术论文目录77ⅤI万方数据太原理工大学硕上饼究生学位论文第一章绪论1.1研究目的与意义滤波器从1917年发明以米,已经有近一个世纪的发展史1,滤波器的发明也极大的推进了电了器件以及通信的发展。计算机技术以及集成电路的技术的发展又使滤波器产生飞跃式的发展,各科数字电路以及模拟开关电路元件体积越来越小,密度越来越高,直接催生了集成芯片式RC有源滤波器,开关电容滤波器以及数字滤波器。使滤波器的应用范围再一次扩大,不仅仅在通信领域,在医学,电气,图像处理等领域也起到了举足轻重的作用。1.1.1数字滤波器简介数字滤波器作为数字信号处理的一部分,是随着计算机以及数字器件的发展而发展起来的一门比较新的技术,尤其近几年来,数字处理芯片以及数字信号处理技术的发展使得数字滤波器的优点越米越突出,现代数字滤波器可以轻易实现将过渡带缩短到Iz以內,这点是模拟滤波器无法达到的性能指标。数字滤波器比模拟滤波器还有更优越的信噪比、可靠性以及灵活性和可扩展性,并且随着数字集成电路的发展,制作成本将会越来越低S。目前使用比较多的滤波器设计方法分别是无限冲击响应(IR)以及有限冲击响应(FR)波器,其屮由于FR滤波器可以很容易实现具有严格线性相位结构的滤波器,而IR滤波器要达到严格线性相位结构必须经过仝通网终线性相位矫正从而大大增加滤波器的阶数。FR滤波器由于其冲击响应有限,所以是个稳定系统。并且没有反馈环节,有利于其在使件上实现。所以FR滤波器以其独有的优势应用于线性相位结构的系统屮。近几年米,随着RLS以及LMS自适应算法的提出S,很多专家学者提出了利用自适应算法在数字系统上设计自适应滤波器,使滤波器的性能更加灵活,并且在对滤波器有特殊滤波要求的场合使用門,例如自适应陷波器常用在电气设备中滤除工频干扰而对其余频率信号几乎完全不产生影响,以及在通道失配屮采用自适应滤波原理进行矫正12,有些系统可以采用自适应算法达到抵消噪声千扰3,这些都是常规滤波器无法达万方数据基于FPGA的自适应滤波器设计到的性能指标。LMS算法以其简单的特性,可以在多和数字芯片上进行设计。尤其在FPGA上实现各种自适应滤波器14,是目前针对自适应滤波器方面的一个研究方向。1.1.2基于FPGA的自适应滤波器研究意义FIR与IR滤波器都是数字滤波器,即在数字系统上实现滤波器功能,而数字系统又分为软件数字系统实现以及硬件数字系统实现,软件数字系统实现最常用的例如使用MEATLAB或者 Labview进行编程实现15,其优点是可以自如的调节信号字长以及滤波步长,可以达到很高的精度,并且可以综合其它的处理功能为一体。缺点是接口比较单,必须接外置的采集卡,需要以计算机为载休休积往往很大。并且对信号的处理速度在相同糸件下要比硬件实现的滤波器系统要慢,并不能达到很好的实吋性,实际应用中只适用于屮、少量的数据后期分析以及对成本以及实时性要求不高的一些系统使用16。哽件芯片实现的数字滤波器实吋性要比PC杋软件好,并且硬件载体也比较多,如单片机、ARM类芯片,和专门用于数字信号处理的DSP芯片上均可以实现滤波器功能,但是其运算均为串行运算,(现场可编程门阵列)FPGA作为·种可编辑器件,不仅能实现上述所有芯片的功能,在资源配置合理的情况下,还能进行处理馍垬多重并行调用,即在个芯片上实现多个基本芯片同时处理的功能8,从而达到特别优异的数字信号处理功能,目前在图像处理等需要实时对大量数字信号进行滤波处理的领域,FPGA已经成为款不可或缺的芯片。但硬件设计数字滤波器的时候,山于数字滤波器的特殊性,在设计数字滤波器的时候,并没有现成的标准公式,这造成了很多数字滤波器并不能完全直接在硬件系统上实现,例如,FR数字滤波器,必须先利用软件工具得出FIR滤波器的各延迟抽头系数才能进行硬件设计,所以设计FIR滤波器的时候,是离不开计算机系统的,但是设计好的滤波器,可以脱离软件系统进行使用。由亍FR滤波器的本质就是一个标准的乘加运算集,恰好可以利用分布式算法实砚FIR滤波器,分布式算法的每个乘法运算屮必须有一个乘数为常数,这又与FPGA的基本逻辑单元査找表的功能相适应,利用査找表结构可以进行个常数乘数与·个变量相乘的运算,这样在实现FIR滤波器的时候,利用分布式算法,可以实现不使用或仅使用少量乘法器资源即可完成FR滤波器结构设计,FPGA的设计结构刚好与FIR滤波器的万方数据
- 2021-05-06下载
- 积分：1
