Регулирование мощности шума по принципам адаптивной фильтрации, отвечающей высоким требованиям к точности настройки
Дипломная работа - Безопасность жизнедеятельности
Другие дипломы по предмету Безопасность жизнедеятельности
>
Рисунок 2.1 100 отсчетов шума
Ниже рассмотрены различия в результатах расчетов для всех промоделированных алгоритмов. Программный код математической модели, приведен в приложении А.
Критерием оценки, являет рассчитанное значение коэффициента передачи W при разных уровнях шума на входе устройства. Начальное состояние коэффициента передачи (0 дБ, среднее положение), выборка шума, время усреднения для расчета (N = 32) и коэффициент сходимости (M = 0,01) одинаковы для всех моделей.
На рисунках 2.3 и 2.4 изображены результаты моделирования для семи алгоритмов, где W_ско_теор - теоретический расчет, с оценкой СКО шума, без квадратур; W_ско_кв_теор - теоретический расчет, с оценкой СКО шума, с разбиением на квадратуры; W_дисп_теор - теоретический расчет, с оценкой D шума, без квадратур; W_дисп- целочисленный расчет, с оценкой D шума, без квадратур; W_кв_дисп - целочисленный расчет, с оценкой D шума, с разбиением на квадратуры; W_ско - целочисленный приближенный расчет, с оценкой СКО шума, без квадратур; W_кв_ско - целочисленный приближенный расчет, с оценкой СКО шума, с разбиением на квадратуры.
Рисунок 2.3 Зависимость коэффициента передачи (дБ) от изменения шума на входе (разы)
На рисунке 2.3 изображены графики, отражающие изменение коэффициента передачи в зависимости от изменения входного шума. На оси абiисс показано изменение шума в разах, на оси ординат - значение коэффициента передачи в децибелах.
Для облегчения анализа полученных результатов удобно рассмотреть отклонения рассчитанных коэффициентов, от какого либо одного теоретического алгоритма, например W_ско_теор.
Рисунок 2.4. Отклонение коэффициента передачи от W_cко_теор, дБ
Графики W_cко_теор и W_cко_кв_теор совпадают, что подтверждает то, что СКОу полученное в результате точного расчета по формулам (1.10) и (1.14) идентично. Простые в реализации алгоритмы W_ско и W_кв_cко дают погрешность в среднем 0,1 дБ и 0,3 дБ соответственно. Алгоритм W_дисп_теор дает отклонение от W_cко_теор в области пониженного шума не превышающее 0,05 дБ в заданной области регулирования. Его целочисленные реализации W_дисп и W_кв_дисп дают одинаковый результат с отклонением не более 0,05 дБ в заданной области. Реализуемые алгоритмы W_ско и W_кв_cко, хоть и просты, имеют большие погрешности по сравнению с алгоритмами использующими для расчета корректировки дисперсию W_дисп и W_кв_дисп. Как сказано ранее, главным показателем является точность регулирования, поэтому надо отдать предпочтение наиболее простому алгоритму, использующему для расчета дисперсию W_дисп.
2.2 Выбор алгоритма
Использование для расчета мощности шума СКО даёт более высокую погрешность, чем использование дисперсии. Использование квадратурных составляющих не влечет за собой ощутимое повышение точности для алгоритма, использующего для расчета дисперсию. В рамках заданного в техническом задании диапазона регулирования алгоритм использующий дисперсию показывает высокую точность.
Исходя из выше сказанного, для реализации был выбран алгоритм, использующий для расчета дисперсию шума на входе и выходе устройства, хотя он и является более сложным.
В соответствии с выражениями (1.13), (1.14) проведен синтез алгоритма цифрового регулятора мощности шума и разработана его структурная схема, приведенная на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 Структурная схема алгоритма
В соответствии со структурной схемой разработана математическая модель демонстрирующая работу автоматического цифрового регулятора мощности шума. Программный код математической модели представлен в приложении Б.
Проведено математическое моделирование работы регулятора при количестве усредняемых отсчетов N = 32, скорости сходимости М = 0,01 для трех случаев, когда СКО входного шума близко к эталонному значению (S), СКО входного шума в два раза больше эталонного (S*2), а также в два раза меньше (S/2). Результаты моделирования приведены на рисунках 2.6 и 2.7.
Рисунок 2.6 СКО шума на входе регулятора
Рисунок 2.7 СКО шума на выходе регулятора
На рисунке 2.6 показаны вычисленные значения СКО входного шума для трех случаев. На рисунке 2.7 для S, S*2, S/2 соответственно приведены результаты вычислений СКО выходного шума. Как видно, коэффициент передачи регулятора подстраивается таким образом, что СКО шума на его выходе для трех рассмотренных случаев стремится к эталонному значению.
В качестве примера работы автоматического регулятора на рисунке 2.4 приведена эпюра шума на его выходе во время подстройки для случая при S*2. Закон распределения шума близок к нормальному закону распределения с нулевым средним. На рисунке 2.8 с нулевого по 1999 отсчет регулятор отключен, а с 2000 по 8000 отсчет проводится автоматическая регулировка мощности шума.
Рисунок 2.8 Вид выходного сигнала автоматического регулятора для входного воздействия S*2
В данной главе было проведено математическое моделирование алгоритмов, рассмотренных в первой главе. Были показаны их достоинства и недостатки. Сделан вывод, что алгоритмы, использующие для расчета дисперсию входного и выходного шума, превосходят по точности алгоритмы, использующие для расчета среднеквадратическое отклонение входного и выходного шума. Так же было установлено, что, в случае алгоритма, использующего дисперсию, использование для расчета квадратурных составляющих выходного сигнала, не влечет за собой пов