船舶动力定位自适应滤波器设计

传统的陷波滤波器虽然能够很好的滤除一阶高频海浪波,但是滤波的同时也使得信号产生了相位滞后,在时域里面的表现就是信号的延时。卡尔曼滤波器虽然能够解决这一问题,但是其非常依赖于船舶模型。本文针对传统陷波滤波器的缺陷,使用了一种积分补偿型陷波滤波器,对传统的陷波滤波器进行改进。并以某拖轮为仿真对象进行仿真实验,其结果表明,该滤波器不但能够很好的滤除高频海浪波,还能够保持很好的相位特性。同时,递推的最小二乘估计(RLS)方法能够实时的估计出海浪的主导波频,使得陷波滤波器具有很好的自适应性。     

一种具有鲁棒性的海浪干扰滤波器

海浪干扰对船舶的航向输出具有很大的影响,而运用海浪滤波器可以有效地消除海浪干扰,提高船舶的控制品质.本文系统地研究了H∞滤波技术及其在海浪干扰处理中的应用,设计出了具有较强鲁棒性的海浪干扰滤波器,并通过MATLAB软件中的仿真工具Simulink对该滤波器进行了仿真研究.通过分析仿真结果可知,H∞滤波器的滤波效果比较稳定,估计精度较高,能够有效地减小打舵的幅值和次数,达到节能的目的.总的来说,设计的H∞海浪滤波器能够有效地消除海浪干扰,并具有较强的鲁棒性.     

基于扩展卡尔曼滤波的船舶纵向运动受扰力与力矩的估计

基于递推最小二乘法设计并实现海浪干扰力和干扰力矩的成型波滤器,对有色的次优卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波(EKF)的效果进行对比.通过引入成型滤波器,采用EKF,提高了状态估计的精度,实现对随机海浪扰动力和力矩的估计.仿真结果表明,通过扩展卡尔曼滤波对海浪扰动力和力矩进行估计是可行的.     

X波段雷达中基于高阶色散关系的滤波器设计

由于在X波段雷达海浪参数反演过程中,利用已有的带通滤波器反演得到的波高、波周期等参数会出现偏大的问题,提出了一种将高阶色散关系边界与基本色散关系相结合的新滤波器.首先推导证明出高阶色散关系的单调性和有界性,得到其边界方程;其次,结合基本色散关系得到新的滤波器;最后进行仿真实验,并与原带通滤波器的结果进行对比.实验结果表明,新的滤波器不仅能够准确的提取海浪信息,滤除掉噪声信息,而且得到的波高、周期及波向等参数结果优于原带通滤波器.     

工程船动力定位系统滤波器设计与研究

为了解决卡尔曼滤波器在给定艏向线性化和过程噪声矩阵难以精确计算的问题,在建立船舶动力定位系统数学模型的基础上,设计了基于Sage-Husa自适应滤波算法的动力定位系统滤波器,并针对具体船型进行了滤波器设计,通过实船试验表明此方法能够很好的滤除高频运动信息的干扰,准确地估计出船舶低频运动信息,在工程上是可行的。     

船舶动力定位系统非线性估计滤波器的设计

随着航运业发展,海上航行船舶的密度及体积越来越大,如何控制船舶航线的误差精度是保障航行安全的关键。船舶动力定位系统分析船舶受到的海风、海浪等综合外力,利用推进器产生的作用力平衡各种外力,使船舶按照既定航向及速度航行;同时,采集的综合外力信号混有测量噪声、低频运动等各种非线性因素。本文建立了船舶动力定位系统受力模型,针对船舶航行中的各种外力干扰因素设计了非线性估计滤波器,对干扰动力进行滤除,最后进行仿真。     

海上航行船舶操纵的非线性鲁棒控制器设计

提出了一种运用自抗扰控制理论设计的非线性鲁棒控制器。波浪干扰的影响通过一种简单的方法计算出来。同时从被有色噪声污染的航向测量中估计出了低频运动成分,这是应用海浪滤波技术做到的。在文中,一种扩张状态观测器被用作海浪滤波器。恶劣海况下的仿真结果表明该控制器对环境干扰和模型扰动具有很强的鲁棒性,同时避免了高频操舵。     

基于无源性理论的船舶动力定位滤波器设计

为滤除船舶动力定位系统中的高频分量,减少推进器不必要的机械磨损和燃料消耗,基于无源性理论设计了非线性无源滤波器,并证明了其稳定性。建立了非线性船舶模型并在Matlab上对一实际船舶模型进行仿真,针对4种不同海况将所设计非线性无源滤波器和卡尔曼滤波器进行对比分析,结果显示在平静海况下,2种滤波器均能有效的滤除高频噪声,在高海况和极端海况下,卡尔曼滤波器滤波效果不明显,所设计无源滤波器仍有较好的滤波效果,仿真结果表明无源滤波器稳定性更好,鲁棒性更强。     

基于MATLAB图像处理的几种滤波器的比较

噪声的特点表现为临近像素值梯度的急剧变化,噪声点反映在频域上代表图像信号的高频分量,通过低通滤波器滤除这些高频分量,实现对图像的平滑抑噪.论文介绍了四种滤波器在图像处理中的应用实例.实验表明,四种滤波器均能够达到良好的去噪效果.     

船舶双三相永磁同步电机高频注入算法研究

传统高频信号注入法只适用于具有凸极特性的永磁同步电机,并且在位置估计和电流反馈环节引入多个滤波器,造成位置估计和电流响应延迟,降低了系统的动态性能。针对凸极特性不明显的表贴式双三相永磁同步电机,在低速阶段提出一种基于高频方波电压注入法的无位置传感器控制策略,将高频注入周期和磁场定向控制周期分离,高频注入周期内直接在两相静止轴系采样高频响应电流进行转子位置估计,且位置估计和电流反馈环节均未使用滤波器。通过理论分析和仿真验证了该控制策略的有效性。     

Robust autopilot with wave filter for ship steering

Research was done to overcome traditional problems associated with automatic steering systems of a ship in a seaway. A ship＇ s dynamic model with wave disturbances was built and a wave filter was designed by means of an extended states observer （ESO）. The model estimated the low frequency motion component from a heading measurement corrupted by colorednoise, so back-and-forth steering caused by high frequency wave disturbances was avoided. At the same time, a robust autopilot system, designed by variable structure control theory, was presented. Simulation results achieved in dangerous sea status show that the wave filter works very well and the autopilot has strong robustness to environmental disturbances and model perturbation, and more importantly, the frequency of rudder adjustments is reduced noticeably.     

船舶电力推进变频输出电压谐波抑制研究

根据船舶电力推进变频驱动的特点,提出了一种新型变频器输出混合有源正弦波滤波器,在变频器的输出侧接上一个LC基波串联谐振电路,使变频器的输出电压对基波呈现低电抗、对谐波呈现高阻抗;同时实时检测负载端电压,根据瞬时无功功率理论可直接检测出谐波电压波形,并通过变流器和串联变压器反馈一个与谐波电压幅值相等、相位相反的电压去抵消系统中剩余的谐波电压。阐述了新型变频器输出混合有源正弦波滤波器的结构和工作原理,分析了滤波器的谐波抑制原理,给出了滤波器的仿真结果及分析。仿真结果表明:此滤波器设计新颖、结构简单、可靠性高,在各种工况条件下都能得到优化的滤波效果,很好地改善变频器的输出电压波形。     

超低频有源桥式微分器型陷波器的设计与实现

在超低频通信系统中50Hz工频干扰是主要的干扰源之一,为了抑制丁频干扰,通常要在前置电路中加入陷波滤波器.介绍一种性能优越的陷波滤波器一有源桥式微分器,推导设计公式,并从得到的转移函数出发,重点分析理论上元件值的偏差对陷波器性能产生的影响;总结设计方法,针对超低频通信系统的工程应用,设计出具体的实现电路,实测表明有源桥式微分器型陷波器性能优越,完全能够满足工程要求.     

船舶电网频率实时检测仿真研究

针对电力推进船舶电网频率的实时精确检测,阐述了基于二阶直接型IIR数字陷波器的基本原理,基于LMP(p=3)自适应算法建立了在跟踪陷波器参数基础上的船舶电网频率实时检测模型,并分别在电网频率不变、频率发生阶跃变化以及频率线性变化的不同情况下进行了基于Simulink的仿真研究。仿真结果验证了提出的频率检测方法的实时性和精确性。     

时频分析在宽带信号检测中的应用研究

该文以时频分析中最典型的Wigner Ville分布在宽带信号检测中的应用展开讨论 ,与传统的处理方法进行比较 ,着重突出了其时频特征分离的特性。对比匹配滤波器进行了宽带确知信号的检测 ,指出基于互Wigner Ville分布的检测方法能够达到匹配滤波器的检测效果。在此基础上提出了采用时变滤波的改进方法 ,最后讨论了信号时宽、带宽对检测性能的影响。     

小波变换在风浪研究中的应用

基于小波理论,将实测波高与压力资料减去平均值作为修正后的资料,经小波变换所得系数再将它平方,可以得出能量密度在时间域和频率域上的三维分布特性。将三维分布图对时间积分后,再除以总延时,可以得到波浪与压力在频率上的平均能量,即传统傅立叶变换所得之波谱,对时间积分,可得各瞬间波浪与压力总能量。通过应用认为小波分析在波浪研究上有广阔的应用前景。     

全球定位系统和全球卫星导航系统伪距综合法

论述了综合GPS、GLONASS伪距测量值获取定位信息的滤波方法。GPS、GLONASS的坐标系、时间系统、工作频率不同，不同卫星的方位、高度各不相同，因而其测距的系统误差也各不相同，通常的方法是用GPS和GLONASS的钟差2个参数来描述不同系统卫星的系统误差，需用5颗卫星来定位，且精度受限。采用扩展状态维数，对不同卫星的系统误差进行在线估计的滤波方法，可以有效地改进卫星定位的精度。同时既可以用多星定位，充分利用测量信息，也可在任一系统的l颗卫星可用时，给出测者的最优估计位置信息，改进了双星系统的导航性能。     

Wave data assimilation with the Kalman filter

A new data assimilation method for ocean waves is presented, based on an efficient low-rank approximation to the Kalman filter. Both the extended Kalman filter and a truncated second-order filter are implemented. In order to explicitly estimate past wind corrections based on current wave measurements, the filter is extended to a fixed-lag Kalman smoother for the wind fields. The filter is tested in a number of synthetic experiments with simple geometries. Propagation experiments with errors in the boundary condition showed that the KF was able to accurately propagate forecast errors, resulting in spatially varying error correlations, which would be impossible to model with time-independent assimilation methods like OI. An explicit comparison with an OI assimilation scheme showed that the KF also is superior in estimating the sea state at some distance from the observations. In experiments with errors in the driving wind, the modeled error estimates were also in agreement with the actual forecast errors. The bias in the state estimate, which is introduced through the nonlinear dependence of the waves on the driving wind field, was largely removed by the second-order filter, even without actually assimilating data. Assimilation of wave observations resulted in an improved wave analysis and in correction of past wind fields. The accuracy of this wind correction depends strongly on the actual place and time of wave generation, which is correctly modeled by the error estimate supplied by the Kalman filter. In summary, the KF approach is shown to be a reliable assimilation scheme in these simple experiments, and has the advantage over other assimilation methods that it supplies explicit dynamical error estimates.     

基于单片机的罗兰-C导航系统信号发生器设计

根据罗兰-C信号的基本特征,以单片机为主体,利用查表方式输出数字量,再经过DA转换模拟产生罗兰-C导航系统标准信号.输出信号包含了该台链中主台和副台的完整信号,另外针对导航台发射信号的环境,还添加了天波信号,同频干扰信号,噪声等干扰信号.信号发生程序完全按照主副台发射标准,以及奇偶周期的不同相位编码,对输出的脉冲进行时间上和相位上的控制.     

Application of an improved EEMD method in bearing fault diagnosis of induction motors北大核心CSCD

[Objective]In order to overcome the disadvantages of the traditional ensemble empirical mode decomposition (EEMD) method in selecting parameters (integration time and white noise amplitude coefficient) based on experience, and reduce the cost of calculation time, a fast ensemble empirical mode decomposition (FEEMD) method is used to extract the characteristic frequency. [Method]By changing the distribution density of the added white noise, different signal envelopes can be obtained. Furthermore, we can identify the optimal envelope by finding the optimal search window width of the moving mean filter, thereby avoiding the defect of EEMD selecting parameters by experience. At the same time, after the abnormal component in the signal is decomposed, the residual component can be decomposed by EMD to further save the calculation time cost. Finally, the method is combined with Hilbert envelope demodulation technology and applied to the fault characteristic frequency diagnosis of the bearing inner ring of an asynchronous motor. [Results]As the results show, compared with the traditional EEMD method, FEEMD can extract the fault frequency more efficiently. [Conclusion]FEEMD overcomes the disadvantages of the traditional EEMD method in selecting parameters based on experience and shortens the calculation time. As such, it can be effectively applied in bearing fault frequency extraction experiments. © The Author(s) 2022.