[發明專利]一種基于并行階梯型微分器的微分信號提取方法

在審

• 申請號: 202310042115.6
• 申請日: 2023-01-13
• 公開（公告）號: CN116185345A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 李向陽;劉嶼;曾明
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F7/64
• 分類號: G06F7/64;G06F7/50
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種基于并行階梯型微分器的微分信號提取方法，包括以下步驟：S1、將輸入信號輸入到并行階梯型微分器的sQsubgt;b/subgt;(s)運算模塊；S2、sQsubgt;b/subgt;(s)運算模塊對輸入信號進行運算得到第一級信號；S3、進行迭代計算，將第一級信號經過n?1次并行階梯型微分器的Psubgt;b/subgt;(s)運算模塊的運算后再輸入到并行階梯型微分器的加法器運算模塊，與原來第n?1級信號相加，得到第n級信號；S4、輸出第n級信號，即為所提取的輸入信號的微分信號；本發明的并行階梯型微分器采用并行階梯型結構，采用級數部分和的方法提高微分跟隨效果，沒有穩定性問題，同時避免數字跟蹤微分器的初始微分峰值現象，同時微分器采用常規模擬電路來實現，比數字跟蹤微分器具有更高的實時性和更低的成本。

技術領域

本發明涉及信號微分提取的技術領域，尤其是指一種基于并行階梯型微分器的微分信號提取方法。

背景技術

在系統的建模、預測和控制中，求取信號的微分是非常重要的信號處理過程。現有的通過信號的增量與發生該增量所需時間之比來求出信號的微分的方法非常容易受到采集信號中噪聲的影響，由于求取微分增量改變所需的時間比較小，而噪聲引起增量的變化可能比較大，致使微分器變成了噪聲放大器，有用的微分信號可能完全被淹沒在噪聲信號中。

現有的模擬微分器是采用一個微分電路加一個低通濾波器來構成實際的微分器，存在微分跟隨能力和抗噪聲能力之間的矛盾，電路參數很難折中，電路參數值選擇比較困難。雖然數字微分器在大量應用，但是模擬微分器由于其由模擬電路實現，成本低和運算速度快，在一些超高速度的控制場合一直不可缺少。

發明內容

本發明的目的在于為解決現有技術中的不足，提供了一種基于并行階梯型微分器的微分信號提取方法，并行階梯型微分器采用普通的電阻、電容和放大器電路來實現，采用級數部分和的方法提高微分跟隨效果，沒有穩定性問題，同時避免數字跟蹤微分器的初始微分峰值現象。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種基于并行階梯型微分器的微分信號提取方法，所述并行階梯型微分器采用低帶寬的低通濾波器作為基本濾波器，所述微分信號提取方法包括以下步驟：

S1、將輸入信號Y₁輸入到并行階梯型微分器的sQ_b(s)運算模塊；

S2、sQ_b(s)運算模塊對輸入信號Y₁進行運算得到第一級信號；

S3、進行迭代計算，將第一級信號經過n-1次并行階梯型微分器的P_b(s)運算模塊的運算后再輸入到并行階梯型微分器的加法器運算模塊，與原來第n-1級信號相加，得到第n級信號，其中n≥2；

S4、輸出第n級信號，即為所提取的輸入信號Y₁的微分信號Z₂。

進一步，所述低通濾波器為線性二階濾波器，其公式如下：

其中，ω_b為基本線性低通濾波器Q_b的帶寬，ξ_b為衰減系統，取ξ_b為1，s為拉普拉斯算子；定義幾何級數為

其中公比為

P_b(s)＝ρ_b(1-Q_b(s))??(3)

其中0＜ρ_b＜1為魯棒系數。幾何級數的部分和為

通過選擇ρ_b和(3)表達式可以保證0＜|P_b(jω)|＜1，(2)表示的幾何級數的和為