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基于自适应指数增益的滑模滤波器

作者:范正琪,金山海(延边大学电子信息学科,吉林延吉 133002)时间:2022-07-31来源:电子产品世界

摘要:为了提高传统滤波器的性能,改善其在远距离跟踪目标时收敛速度慢的问题。本文提出一种滤波器,此滤波器能够在距离面远处获得大的增益,迫使系统状态加速收敛,在距离面近时获得一个小增益,不损失滤波器的滤波效果。并将基于的滑模滤波器进行仿真验证,证明了其在开环条件下具有更优越的性能。

本文引用地址:http://www.846420.com/article/202207/436856.htm

关键词:滑模;

基金项目:本论文受吉林省自然科学基金(20210101471JC)和吉林省产业技术研究与开发专项(2019004-2)资助

1 引言

控制系统中常使用传感器进行信号采集,但由于环境等各种不确定因素,传感器采集的信号容易被噪声破坏干扰,被干扰后的传感器信号会降低系统的性能甚至影响系统的稳定性。因此,需要使用滤波器对被噪声干扰的信号进行滤波处理。很多学者为达到不同的目的,提出了各种不同的滤波器 [1-5],如卡尔曼滤波器、中值滤波器、滑模滤波器等,滑模滤波器作为一种物理实现简单的非线性滤波器,被国内外学者广泛研究。

Jin 等提出的一种结构简单的滑模滤波器( TD-J ),此滤波器的主要优点是并不需要对信号源进行建模,且当输入恒定时,可以实现输出对输入信号的有限时间收敛,并可以有效去除随机噪声。但其存在系统状态远离跟踪目标时收敛速度过慢的缺点。针对 TD-J 这一缺点,本文提出一种基于自适应指数增益的滑模滤波器,在距离滑模面远时此滤波器获得大的增益,迫使系统状态在远离滑模面时加速收敛。在距离滑模面近时获得一个小增益,提高滤波器的滤波效果。

接下来在第二部分是 TD-J 的工作原理,第三部分是本文所提出的基于自适应指数增益滤波器的工作原理,第四部分是 TD-J 和基于自适应指数增益滤波器的仿真验证,第五部分是结论。

2 传统滤波器的工作原理

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3 基于自适应指数增益的滑模滤波器

为了解决 TD-J 存在的问题,本文提出一种基于自适应指数增益的滑模滤波器,其表达式如下:

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4 仿真验证

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5 结语

本文提出的基于自适应指数增益的滤波器相对于 TD-J 响应更快,达到了远距离加快收敛的目的。下一步工作如下:

(1)还需对提出的新滤波器用其他信号进行效果验证,观察新滤波器是否达到预期提高滤波器性能的目的;

(2)还需进一步调整指数项 β 的值,寻找最佳值;

(3)还需采用另一种无抖振的离散方式,消除抖振。

参考文献:

[1] 蒋明.数字滤波器的设计与算法实现[J].微电子学与计算机.2020,2(1):16-19.

[2] GALLAGHER N. Wise G. A theoretical analysis of the properties of median filters[J]. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1981, 29(6):1136-1141.

[3] JIN S, LV Z, XIONG X, YU J. A Chattering-Free sliding mode filter enhanced by frst order derivative feed forward[J]. IEEE Access, 2020, 8(1):41175-41185.

[4] UTKIN V I, POZNYAK A S. Adaptive sliding mode control with application to supertwist algorithm: Equivalent control method[J]. Auto Matica, 2013, 49(1):39--47.

[5] 宋波,陈江,于再兴.调频滤波器研制初探[J].军事通信技术 .2001.22(1):1-8.

[6] JIN S. KIKUUWE R, YAMAMOTO M. Parameter selection guidelines for a parabolic sliding mode filter based on frequency and time domain characteristics[J]. Journal of Control Science and Engineering,2012, 2012(Pt.2): 1-13.

[7] JIN S. KIKUUWE R, YAMAMOTO M. Real-time quadratic sliding mode filter for removing noise[J]. Advanced Robotics, 2012, 26(8-9):877-896.

(注:本文转载自《电子产品世界》2022年7月期)

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