專利名稱：一種點(diǎn)頻濾波方法、裝置及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種點(diǎn)頻濾波方法、裝置及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在控制回路中施加激勵(lì)信號(hào)獲取相應(yīng)的過程響應(yīng)是控制工程應(yīng)用最廣泛的一種實(shí)驗(yàn)分析方法和手段。經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法主要有以階躍信號(hào)為激勵(lì)的階躍時(shí)域分析法，以正弦或余弦波頻率信號(hào)激勵(lì)的頻域分析法等。時(shí)域分析是描述數(shù)學(xué)函數(shù)或物理信號(hào)對(duì)時(shí)間的關(guān)系，頻域分析則是描述信號(hào)在頻率方面的特性。例如，信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律屬于時(shí)域特性，信號(hào)是由哪些單一頻率的信號(hào)合成的則屬于頻域特性。對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析時(shí)，有時(shí)一些信號(hào)的時(shí)域參數(shù)相同，但并不能說明信號(hào)就完全相同。因?yàn)樾盘?hào)不僅隨時(shí)間變化，還與頻率、相位等信息有關(guān)，這就需要進(jìn)一步分析信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，并在頻率域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行描述?？刂苹芈坊?qū)ο蟮念l率特性是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整的根本依據(jù)。在工業(yè)過程中，在頻率域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析或描述受到了各種因素的限制。首先，獲取頻率特性便是一項(xiàng)極其繁雜的事情，有時(shí)工藝過程卻不允許施加過大的正弦波激勵(lì)信號(hào)。其次，對(duì)于慢時(shí)變過程系統(tǒng)而言，試驗(yàn)所經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng)，可能受到的干擾能量更大。因而，控制實(shí)踐中，工程技術(shù)人員往往通過對(duì)象或系統(tǒng)的時(shí)域過渡過程來研究控制系統(tǒng)特性。然而，通過這種時(shí)域分析手段難以掌握對(duì)象的本質(zhì)特性，致使分析和研究過程具有較大的盲目性。最后，現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，動(dòng)態(tài)信號(hào)從時(shí)間域變換到頻率域主要通過傅立葉級(jí)數(shù)和傅立葉變換實(shí)現(xiàn)，繁雜的傅里葉變換計(jì)算增加了實(shí)驗(yàn)的難度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種點(diǎn)頻濾波方法、裝置及其系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)從階躍信號(hào)成分中抽取頻率信號(hào)，作為頻域分析的數(shù)據(jù)源。本發(fā)明提供了一種點(diǎn)頻濾波方法，包括 設(shè)置預(yù)設(shè)數(shù)頻率和預(yù)設(shè)數(shù)帶寬；
識(shí)別接入的測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍信號(hào)頻譜成分；
在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從所述階躍信號(hào)頻譜成分中抽取頻率信號(hào)。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種點(diǎn)頻濾波裝置，包括 參數(shù)設(shè)置單元，用于設(shè)置預(yù)設(shè)數(shù)頻率和預(yù)設(shè)數(shù)帶寬；
與所述參數(shù)設(shè)置單元相連的信號(hào)識(shí)別單元，用于識(shí)別接入的測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍信號(hào)頻譜成分；
與所述信號(hào)識(shí)別單元相連的信號(hào)抽取單元，用于在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從所述階躍信號(hào)頻譜成分中抽取頻率信號(hào)。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種點(diǎn)頻濾波系統(tǒng)，包括如前所述的點(diǎn)頻濾波裝置；
與所述點(diǎn)頻濾波裝置輸入端相連的控制對(duì)象。進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的一種點(diǎn)頻濾波系統(tǒng)
所述控制對(duì)象的輸入端與點(diǎn)頻濾波裝置的輸入端相連，所述點(diǎn)頻濾波裝置用于識(shí)別接入的激勵(lì)測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍信號(hào)頻譜成分，在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從該階躍信號(hào)頻譜成分中抽取第一頻率信號(hào)；
所述控制對(duì)象的輸出端與點(diǎn)頻濾波裝置的輸入端相連，所述點(diǎn)頻濾波裝置用于識(shí)別接入的響應(yīng)測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍響應(yīng)信號(hào)頻譜成分，在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從該階躍響應(yīng)信號(hào)頻譜成分中抽取第二頻率信號(hào)；
點(diǎn)頻濾波裝置的輸出端與頻率特性分析單元相連，所述頻率特性分析單元用于比較所述第一頻率信號(hào)和所述第二頻率信號(hào)的幅值和/相位，獲得激勵(lì)測(cè)試信號(hào)與響應(yīng)測(cè)試信號(hào)之間的頻率特性。實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果
本發(fā)明開創(chuàng)性地提出了階躍信號(hào)不僅可用于時(shí)域分析方法，而且能充當(dāng)頻域分析中的數(shù)據(jù)源。根據(jù)工程檢測(cè)的需要而設(shè)置預(yù)設(shè)數(shù)頻率，并根據(jù)提取頻率信號(hào)的便捷性設(shè)置預(yù)設(shè)數(shù)帶寬，就可以將階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)的頻譜特性分布分離和識(shí)別出來。為此，我們可采用帶通濾波器實(shí)現(xiàn)將需要的頻率段信號(hào)從階躍響應(yīng)中提取出來，而其它頻率信號(hào)均將被濾除。理想的情況下，如果帶通濾波器相應(yīng)的帶寬無窮小得話，那么就可以獲得某個(gè)頻率點(diǎn)上“單色”信號(hào)。進(jìn)一步的，提取出控制對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)并進(jìn)行比較，便可直接獲取該控制對(duì)象的頻率特性，從而避開了繁雜的傅里葉變換數(shù)值分析計(jì)算，能快速有效地分辨出系統(tǒng)或控制對(duì)象的頻域特性。


圖1是本發(fā)明一種點(diǎn)頻濾波方法的流程圖；圖2是本發(fā)明一種點(diǎn)頻濾波方法的實(shí)施例流程圖3是本發(fā)明一種點(diǎn)頻濾波系統(tǒng)的實(shí)施例效果之一示意圖；圖4是本發(fā)明一種點(diǎn)頻濾波系統(tǒng)的實(shí)施例效果之二示意圖；圖5是本發(fā)明一種點(diǎn)頻濾波系統(tǒng)的實(shí)施例效果之三示意圖；圖6是本發(fā)明一種點(diǎn)頻濾波裝置的示意圖；圖7是本發(fā)明一種點(diǎn)頻濾波裝置的實(shí)施例示意圖；圖8是本發(fā)明一種點(diǎn)頻濾波系統(tǒng)的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明一種點(diǎn)頻濾波方法的流程圖，包括
5101設(shè)置預(yù)設(shè)數(shù)頻率和預(yù)設(shè)數(shù)帶寬；
5102識(shí)別接入的測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍信號(hào)頻譜成分；
5103在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從所述階躍信號(hào)頻譜成分中抽取頻率信號(hào)。階躍信號(hào)是控制工程領(lǐng)域中時(shí)常采用的激勵(lì)信號(hào)之一，通過階躍響應(yīng)可以判斷控制回路的各種品質(zhì)特征，通過階躍響應(yīng)也可以辨識(shí)出對(duì)象的近似參數(shù)模型。但現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，階躍響應(yīng)分析往往被人為地局限于時(shí)域分析中，僅僅用于完成控制回路表象上的分析， 放棄了其深層次的頻率特性分析，或者是因缺乏有效手段而忽略了其在頻域分析方面的應(yīng)用。本質(zhì)上而言，階躍響應(yīng)的背后蘊(yùn)藏著系統(tǒng)或控制對(duì)象的頻率特性。因?yàn)殡A躍信號(hào)是由無數(shù)個(gè)連續(xù)頻率、初始相位為90°的正弦波信號(hào)疊加而成，且這些信號(hào)在低頻段(大多數(shù)工業(yè)過程均在低頻段)的幅值較大。由此可知，由于階躍信號(hào)包含了連續(xù)頻譜成分，本質(zhì)上已具備了頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)的信號(hào)特點(diǎn)。因而，系統(tǒng)或?qū)ο蟮碾A躍響應(yīng)實(shí)際上是由無數(shù)的連續(xù)頻譜正弦波信號(hào)共同激勵(lì)產(chǎn)生。如果將對(duì)象或系統(tǒng)看作為線性系統(tǒng)，那么階躍響應(yīng)結(jié)果也含有各種頻率下激勵(lì)的效果。特別是，對(duì)于慢時(shí)變工業(yè)過程而言，由于低頻成分具有較大的幅值，一般系統(tǒng)或?qū)ο笠矊⒌玫匠浞旨?lì)?；谏鲜隹茖W(xué)原理，本發(fā)明開創(chuàng)性地提出了階躍激勵(lì)信號(hào)實(shí)際上是一種理想頻率響應(yīng)信號(hào)源，它可以充當(dāng)頻域分析中的數(shù)據(jù)源。本發(fā)明根據(jù)工程檢測(cè)的需要設(shè)置預(yù)設(shè)數(shù)范圍的頻率，并設(shè)置足夠小的預(yù)設(shè)數(shù)帶寬，足夠小的帶寬有利于在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)提取所需的頻率信號(hào)。優(yōu)選地，可以通過帶通濾波器識(shí)別接入的測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍信號(hào)成分，從而排除干擾。在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從所述階躍信號(hào)成分中抽取頻率信號(hào)，理想的情況下，如果帶通濾波器相應(yīng)的帶寬無窮小得話，那么就可以獲得某個(gè)頻率點(diǎn)上“單色”信號(hào)。如前所述，階躍激勵(lì)信號(hào)本質(zhì)上是理想的頻率響應(yīng)信號(hào)源。階躍響應(yīng)能夠成為頻域分析的原始數(shù)據(jù)需要解決的關(guān)鍵問題是將階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)的頻譜特性分布分離和識(shí)別出來。典型的帶通濾波器由電感L、電容C、電阻R構(gòu)成的無源LCR電路所組成，可以用下面的傳遞函數(shù)表述兩者之間的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種點(diǎn)頻濾波方法，其特征在于，包括 設(shè)置預(yù)設(shè)數(shù)頻率和預(yù)設(shè)數(shù)帶寬；識(shí)別接入的測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍信號(hào)頻譜成分；在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從所述階躍信號(hào)頻譜成分中抽取頻率信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)頻濾波方法，其特征在于，所述測(cè)試信號(hào)包括階躍激勵(lì)信號(hào)和階躍響應(yīng)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的點(diǎn)頻濾波方法，其特征在于，在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從所述階躍信號(hào)頻譜成分中抽取頻率信號(hào)的步驟，包括在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從階躍激勵(lì)信號(hào)頻譜成分中抽取第一頻率信號(hào)；在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從階躍響應(yīng)信號(hào)頻譜成分中抽取第二頻率信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的點(diǎn)頻濾波方法，其特征在于，在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從所述階躍信號(hào)頻譜成分中抽取頻率信號(hào)的步驟之后，還包括比較所述第一頻率信號(hào)和所述第二頻率信號(hào)的幅值和/相位，獲得所述階躍激勵(lì)信號(hào)和所述階躍響應(yīng)信號(hào)之間的頻率特性。
5.一種點(diǎn)頻濾波裝置，其特征在于，包括參數(shù)設(shè)置單元，用于設(shè)置預(yù)設(shè)數(shù)頻率和預(yù)設(shè)數(shù)帶寬；與所述參數(shù)設(shè)置單元相連的信號(hào)識(shí)別單元，用于識(shí)別接入的測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍信號(hào)頻譜成分；與所述信號(hào)識(shí)別單元相連的信號(hào)抽取單元，用于在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從所述階躍信號(hào)頻譜成分中抽取頻率信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的點(diǎn)頻濾波裝置，其特征在于，所述信號(hào)識(shí)別單元包括第一接入端口和/或第二接入端口；所述第一接入端口，用于接入階躍激勵(lì)信號(hào)； 所述第二接入端口，用于接入階躍響應(yīng)信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的點(diǎn)頻濾波裝置，其特征在于，所述信號(hào)抽取單元包括與第一接入端口相對(duì)應(yīng)的第一輸出端口和/或與第二接入端口相對(duì)應(yīng)的第二輸出端口；所述第一輸出端口，用于輸出在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從第一接入端口的階躍激勵(lì)信號(hào)頻譜成分中抽取的第一頻率信號(hào)；所述第二輸出端口，用于輸出在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從第二接入端口的階躍響應(yīng)信號(hào)頻譜成分中抽取的第二頻率信號(hào)。
8.一種點(diǎn)頻濾波系統(tǒng)，其特征在于，包括 如權(quán)利要求5至7任一項(xiàng)所述的點(diǎn)頻濾波裝置； 與所述點(diǎn)頻濾波裝置輸入端相連的控制對(duì)象。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的點(diǎn)頻濾波系統(tǒng)，其特征在于所述控制對(duì)象的輸入端與點(diǎn)頻濾波裝置的輸入端相連，所述點(diǎn)頻濾波裝置用于識(shí)別接入的激勵(lì)測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍信號(hào)頻譜成分，在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從該階躍信號(hào)頻譜成分中抽取第一頻率信號(hào)；所述控制對(duì)象的輸出端與點(diǎn)頻濾波裝置的輸入端相連，所述點(diǎn)頻濾波裝置用于識(shí)別接入的響應(yīng)測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍響應(yīng)信號(hào)頻譜成分，在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從該階躍響應(yīng)信號(hào)頻譜成分中抽取第二頻率信號(hào)；點(diǎn)頻濾波裝置的輸出端與頻率特性分析單元相連，所述頻率特性分析單元用于比較所述第一頻率信號(hào)和所述第二頻率信號(hào)的幅值和/相位，獲得激勵(lì)測(cè)試信號(hào)與響應(yīng)測(cè)試信號(hào)之間的頻率特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的點(diǎn)頻濾波系統(tǒng)，其特征在于，所述頻率特性分析單元包括幅值比較單元和/或相位比較單元，所述幅值比較單元，用于比較第一頻率信號(hào)與第二頻率信號(hào)的幅值；所述相位比較單元，用于比較第一頻率信號(hào)與第二頻率信號(hào)的相位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種點(diǎn)頻濾波方法、裝置及其系統(tǒng)。該方法包括設(shè)置預(yù)設(shè)數(shù)頻率和預(yù)設(shè)數(shù)帶寬；識(shí)別接入的測(cè)試信號(hào)中所包含的階躍信號(hào)頻譜成分；在所述預(yù)設(shè)數(shù)頻率和所述預(yù)設(shè)數(shù)帶寬的條件下從所述階躍信號(hào)頻譜成分中抽取頻率信號(hào)。采用本發(fā)明，可以使階躍信號(hào)充當(dāng)頻域分析中的數(shù)據(jù)源，將階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)的頻譜特性分布分離和識(shí)別出來。在帶寬無窮小的前提下，就可以獲得某個(gè)頻率點(diǎn)上“單色”信號(hào)。進(jìn)一步的，提取出控制對(duì)象的階躍激勵(lì)輸入、階躍響應(yīng)輸出信號(hào)頻譜成分中的頻率信號(hào)并進(jìn)行比較，便可直接獲取該控制對(duì)象的頻率特性，從而避開了繁雜的傅里葉變換數(shù)值分析計(jì)算，能快速有效地分辨出系統(tǒng)或控制對(duì)象的頻域特性。
文檔編號(hào)H03H17/02GK102386888SQ201110294940
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者萬文軍, 劉志剛, 李軍 申請(qǐng)人:萬文軍, 劉志剛, 李軍