自適應(yīng)噪聲對消在抑制振動干擾中的應(yīng)用.pdf

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1、第2期總第188期農(nóng)業(yè)科技與裝備No．2TotalNo．1882010年2月AgriculturalScience&TechnologyandEquipmentFeb．2010自適應(yīng)噪聲對消在抑制振動干擾中的應(yīng)用譚玉芳．楊方(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱150030)摘要：現(xiàn)實(shí)生活中存在大量非平穩(wěn)隨機(jī)振動干擾信號。將它們從有用信號中濾除具有十分重要的意義。介紹自適應(yīng)信號的處理方法及其在抑制振動信號中的應(yīng)用，并采用自適應(yīng)噪聲對消處理的方法對振動干擾進(jìn)行對消處理。用MATLAB進(jìn)行仿真驗(yàn)證的結(jié)果表明：自適應(yīng)噪聲對消在處理因振

2、動干擾而產(chǎn)生的非平穩(wěn)隨機(jī)信號時(shí)，具有可行性，消噪效果較好。關(guān)鍵詞：振動信號；自適應(yīng)噪聲對消；LMS算法；M，、TLAB仿真中圖分類號：X839．1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-1161(2010)02刪一03振動是一種普遍存在的自然現(xiàn)象，幾乎每一種機(jī)器和建筑物都存在開振動的問題。例如，汽車、火車駛過橋梁引起橋的振動，在飛行中的飛機(jī)因風(fēng)力和氣流影響而引起機(jī)身的振動，地震引起建筑物振動等。除了少數(shù)利用振動來進(jìn)行運(yùn)輸、加工和打樁等工作外，振動常常影響機(jī)器的性能、壽命或破壞建筑物。在車載測產(chǎn)系統(tǒng)中。由于拖拉機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中自身

3、產(chǎn)生的振動而引起測產(chǎn)系統(tǒng)的測量結(jié)果存在偏差，從而降低了測產(chǎn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，因此需要將這種振動干擾抑制或?yàn)V除。

4、l振動信號1．1振動信號的描述振動是指物體或結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化相對其平衡位置所做的往復(fù)運(yùn)動，通常用位移、速度和加速度來描述。也可以是一些物理量(力和應(yīng)變等)按上述運(yùn)動方式所做的變化。振動隨時(shí)間變化的過程可以畫成有坐標(biāo)的曲線圖形。通常橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為振動物理量的幅值。振動隨時(shí)間變化曲線稱為振動時(shí)程曲線。也稱為振動波形。描述振動的信息稱為振動信號。振動現(xiàn)象可分為兩大類：一類為確定性振動。其特點(diǎn)是振動有規(guī)律性，可以用確

5、定的時(shí)間函數(shù)來描述物體的所有振動物理量。另一類為隨機(jī)振動。也稱為非確定性振動。其特點(diǎn)為振動無規(guī)律性，物體的任何振動物理量都不能用確定的時(shí)間函數(shù)來描述．而只能用概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來描述。隨機(jī)振動可以分為平穩(wěn)隨機(jī)振動和非平收稿日期：2010-01—20基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BADllA03)作者簡介：譚玉芳(1981一)，女，碩士，從事智能檢測與自動化控帝l方面的研究。穩(wěn)隨機(jī)振動(非平穩(wěn)隨機(jī)信號)兩類。平穩(wěn)隨機(jī)振動是指運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)特性不隨時(shí)間變化的隨機(jī)振動；平穩(wěn)隨機(jī)振動是指運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)特性隨時(shí)間變化的隨機(jī)振動

6、。1．2隨機(jī)振動信號隨機(jī)振動即非確定性振動．是對應(yīng)確定性振動而言的一種振動。這種振動不能用確定的數(shù)學(xué)解析式表達(dá)其變化歷程。也就是說不可能預(yù)見其任一瞬間出現(xiàn)的數(shù)值。也無法用實(shí)驗(yàn)的方法重復(fù)再現(xiàn)。許多振動測試結(jié)果表明，隨機(jī)振動在客觀世界中普遍存在。例如，在道路上行駛的車輛受道路作用的振動，大氣湍流對飛行器作用的顛簸。海浪、地震以及機(jī)械傳動中隨機(jī)因素所導(dǎo)致的振動等，都能明顯地反映出隨機(jī)振動的特征。對于波形不變的振動．無論波形怎樣復(fù)雜，只要每次所得到的特征都是一樣的．就不能稱之為隨機(jī)振動。因此，不能以波形的復(fù)雜還是簡單來區(qū)別它是隨

7、機(jī)振動還是非隨機(jī)振動。總之，隨機(jī)振動不同于一般確定性的自由振動和受追振動，其特點(diǎn)可以歸納為以下3點(diǎn)：1)隨機(jī)振動沒有固定的周期，即不能用簡單函數(shù)的線性組合來表述其運(yùn)動規(guī)律。2)對于確定的時(shí)間，振動的三要素(振幅、頻率和相位)不可能事先知道，因?yàn)樗鼈儽旧硎请S機(jī)的。3)在相同條件下，進(jìn)行一系列的測試，各次記錄結(jié)果不可能一樣。對隨機(jī)振動的分析與對確定性振動的分析完全不同。其本質(zhì)區(qū)別就在于對隨機(jī)振動的分析一般指的不是對單一振動現(xiàn)象的分析，而是著眼于大量振動現(xiàn)象的分析。在這大量振動現(xiàn)象的集合中，就單一現(xiàn)象來看似乎是雜亂的、無規(guī)律的

8、，但從總體來看，它們之間卻存在著一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。因此，它的規(guī)律雖然不能用時(shí)間的確定函數(shù)描述。但卻能用概率論和統(tǒng)計(jì)2010年第2期譚玉芳等：自適應(yīng)噪聲對消在抑制振動干擾中的應(yīng)用45學(xué)的方法描述。1．3振動干擾信號處理在現(xiàn)實(shí)生活中。存在著大量非平穩(wěn)隨機(jī)振動干擾信號。將它們從有用信號中濾除具有十分重要的意義。自適應(yīng)濾波理論和技術(shù)是統(tǒng)計(jì)信號處理和非平穩(wěn)隨機(jī)信號處理的主要內(nèi)容，它可以在無需先驗(yàn)知識的條件下。通過自學(xué)習(xí)適應(yīng)或跟蹤外部環(huán)境的非平穩(wěn)隨機(jī)變化，并最終逼近維納濾波和卡爾曼濾波的最佳濾波性能。因而，自適應(yīng)濾波器不但可以檢測確

9、定性信號，而且可以檢測平穩(wěn)的或非平穩(wěn)的隨機(jī)信號。自適應(yīng)技術(shù)應(yīng)用包括自適應(yīng)譜線增強(qiáng)與譜估計(jì)方法、自適應(yīng)噪聲干擾抵消技術(shù)、自適應(yīng)均衡技術(shù)、自適應(yīng)陣列處理與波束形成以及自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號處理等內(nèi)容。本文采用自適應(yīng)噪聲干擾抵消的方法來對消由振動干擾引起的噪聲信號。2自適應(yīng)濾波器簡介及LMS算法原理自適應(yīng)濾波器屬于現(xiàn)代濾波器。