Лабораторная работа Экспоненциальный фильтр

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-29

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Принимаю Политику конфиденциальности

Скидка 25% при заказе до 25.1.2025

Лабораторная работа № 2

ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР

Цель работы

Ознакомиться с аналоговым и дискретным вариантами реализации фильтра

Общие сведения

В аналоговом варианте экспоненциальный фильтр представляет собой апериодическое звено и описывается дифференциальным уравнением
,                                                                  (15)
где и – параметры настройки фильтра.

Уравнению (15) соответствует амплитудно-фазовая характеристика (АФХ)
,                                                          (16)
где – постоянная времени фильтра.

Из условия (3) (математическое ожидание) для статического режима определяют оптимальное значение параметра . Коэффициент усиления
.                                                                                           (17)

Определение оптимального значения параметра

производится из условия (4) (среднеквадратичная погрешность оценки).

Для этого предварительно рассчитывают спектральную плотность погрешности экспоненциального фильтра по формуле (7) с учётом (16) и (17).
.                                          (18)
Дисперсия погрешности экспоненциального фильтра, согласно (6), (7), с учётом (16), равна
.     (19)
При вычислении этого интеграла оба слагаемых подынтегрального выражения раскладывают на простые дроби, каждая из которых сводится к табличному интегралу вида
.                                                          (20)
После выполнения соответствующих преобразований получают следующее выражение для дисперсии погрешности фильтрации:
.                                                             (21)

Оптимальное значение параметра настройки получают из необходимого условия экстремума функции :
.                                     (22)
Откуда оптимальное значение параметра
.                                                                            (23)
Таким образом, функция имеет единственную точку стационарности, тип которой зависит от знака второй производной при .

Можно показать, что при выполнении условия
,                                                                                           (24)
особая точка является минимумом функции , а при выполнении условия
                                                                                            (25)
в точке , функция достигает максимума.

Таким образом, если сочетание характеристик полезного сигнала и помехи соответствуют случаю (24), то оптимальное значение параметра настройки определяется по формуле (23).

Если это условие не выполняется, то оптимальным является наибольшее допустимое значение параметра .

При программной реализации экспоненциального фильтра дифференциальное уравнение (15) заменяют разностным уравнением вида
                                              (26)
где i – номер цикла расчёта

Отсюда получают следующее рекуррентное соотношение для вычисления сглаженного значения в очередном i-том цикле расчёта:
                                                        (27)
К достоинствам алгоритма экспоненциальной фильтрации относятся: малая трудоёмкость расчётов и малый объём памяти ЭВМ, в которой должны храниться величина и обновляемая в каждом цикле расчёта величина .

Пример выполнения лабораторной работы с использованием пакета MCAD представлен в Приложении 3 к лабораторной работе №2. Здесь представлен вариант расчёта трёхкратного сглаживания экспериментальных данных, полученных от ИИК технологического процесса, построены графики.

Общая часть заданий

1. Ознакомиться с теоретическим описанием

2. Выполнить расчёты в MCAD сглаженных значений данных полученных от ИИК. Для расчётов пользоваться формулами:

За начало отсчёта примем следующие допущения:

Расчёт произвести для трёх значений g:
g = 0,4; 0,5; 0,6
3. Провести анализ полученных зависимостей на выполнение фильтрации полезного сигнала от помехи

4. Сделать выводы и дать предложения о возможности применения сглаживающего фильтра для уменьшения помех

Bukvasha