Structure synthesis and modeling of adaptive digital shaping filters
Abstract
The paper substantiates the method of automatic identification of the variance of random useful signals and random interference with given values of spectral-correlation characteristics, which allows determining the current estimates of the variance and their change for arbitrary random influences with unknown characteristics. It is shown that the parametric output of the adaptive digital filter can be used to automatically adjust the controller parameters in the control loop of the control system in the adaptation range of the adaptation coefficient, taking into account the bit depth of the ADC and DAC converters, which expands the scope of the proposed identification method.
Relevance. The relevance of the work lies in the possibility of synthesizing the structure and modeling of adaptive digital shaping filters.
Research methods. The main research method is the method of automatic identification of the variance of random useful signals and random interference with given values of spectral-correlation characteristics, which allows determining the current estimates of the variance and their change for arbitrary random influences with unknown characteristics.
Results. It is shown that the parametric output of the adaptive digital filter can be used to automatically adjust the controller parameters in the control loop of the control system in the adaptation range of the adaptation coefficient, taking into account the bit depth of the ADC and DAC converters, which expands the scope of the proposed identification method.
Conclusions. A method for automatic identification of the variance of random useful signals and random interference with given values of spectral-correlation characteristics has been substantiated, which allows determining current estimates of the variance and their change for arbitrary random influences with unknown characteristics. Automatic identification of the statistical parameters of random signals and interference in the forming adaptive filter allows taking into account their change in the optimal parameters of control system tuning. The formulas for calculating the optimal value of the adaptive filter constant time depending on the adaptation coefficient Kb, which characterize the assessment of the current ratio of the levels of the useful signal and the interference, are obtained. It is shown that the parametric output of the adaptive digital filter can be used to automatically adjust the controller parameters in the control loop of the control system in a limited range of changes in the amplitude and frequency characteristics of the useful signal and interference in the adaptation range of the adaptation coefficient at specified ratios or taking into account the bit depth of the ADC and DAC converters, which expands the scope of the proposed identification method. The simulation results on the software model of the adaptive digital filter (m-file of the modulation program) and the graphs of the simulation results showed a high interference suppression coefficient in the entire range of its change and a change in the interference level at the AF output depending on the input signal level. When the input noise level increases, the output noise level decreases. When the AFs are connected in series, the overall adaptation coefficient Kb*Kb*...automatically increases.
Downloads
References
/References
Nebylov A.V. Guaranteed precision control. -M.: Science. Fizmatlit, 1988.-304s.
Research of digital automatic systems. Laboratory workshop. Ed. A.V. Nebylova. - St. Petersburg: St. Petersburg University Publishing House, 1996.- 192 p..
Besekersky V.A. Digital automatic systems. - M.: Nauka, 1976.-576 p..
Ostrem K., Vitenmark B. Computer control systems: Transl. from English - M.: Mir, 1987.-480 p.
Microprocessor automatic control systems. Ed. V.A. Beskersky.- L.: Mechanical Engineering, 1988.-365 p.
Izerman R. Digital control systems M.: Mir, 1984.-541s.
Design of digital devices on single-chip microprocessors. V.V. Stashin, A.V. Urusov, O.F. Mologontseva.- M.: Energoatomizdat, 1990.-224 p.
Kuo B. Theory and design of digital control systems. - M.: Mechanical Engineering, 1986. – 449 p.
Sytnik B.T. Synthesis of structure and modeling of adaptive digital filters and control systems with non-stationary characteristics. Part 1. / Sytnik, V.B. Sytnyk //I nformation core systems of health transport. – 2003. – N6. – C. 18 – 24.
Solodovnikov V.A. Microprocessor automatic control systems. -M.: Higher School, 1991.-255 p.
Alekseenko A.G., Galitsyn A.D., Ivannikov A.D. Design of electronic equipment on microprocessors: Programming, standard solutions, debugging methods. -M.: Radio and communication, 1984. -272 p.
Romanenko V.D., Ignatenko B.V. Adaptive control of technological processes based on micro-EOM: Textbook. allowance -K.: Vyshcha School, 1990. -334 p.
Zagariy G.I., Shubladze A.M. Synthesis of control systems based on the criterion of the maximum degree of stability. -M.: Energoatomizdat, 1988. -104 p.
Пат. № 4063 Україна Пристрій для вимірювання параметрів інерційних ланок / винахідники: Г. І. Загарій, Б. Т. Ситнік, І. В. Гусєв, А. В. Мамонов, Б. С. Левочко, П. В. Гусєв; володілець: Харківська державна академія залізничного транспорту; заявл. 07.02.1990; опубл. 27.12.1994, Бюл. № 6-І. http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/8478
Пат. № 11427 Україна Адаптивний фільтр / винахідники : Г. І. Загарій, Б. Т. Ситнік, Б. С. Левочко, А. В. Мамонов, І. В. Гусєв, П. В. Гусєв, В. С. Коновалов, В. Г. Пороцкій ; володілець : Харківська державна академія залізничного транспорту; заявл. 13.03.1989; опубл. 25.12.1996, Бюл. № 4. http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/8478
Vilkevich B.I. Automatic control of electrical transmission and electrical circuits of diesel locomotives. -M.: Transport, 1987. -272 p.
Anthony A. Digital filters: analysis and design. – M.: Radio and Communications, 1983. – 320 p.
Bendat J., Peirsol A. Applied analysis of random data. – M.: Mir, 1989. – 540 p.
Bleikhut R. Fast algorithms for digital signal processing. – M.: Mir, 1989. – 448 p.
Goldenberg L.M. and others. Digital signal processing: Handbook. - M.: Radio and communication, 1985.- 312 p.
Goldenberg L.M. and others. Digital signal processing: Textbook for universities. - M.: Radio and communication, 1990.- 256 p.
Gutnikov V.S. Filtering of measurement signals. – L.: Energoatomizdat, 1990. – 192 p.
Dajion D., Mersereau R. Digital processing of multidimensional signals. – M.: Mir, 1988. – 488 p.
Dmitriev V.I. Applied information theory: Textbook for university students. - M.: Higher School, 1989.- 325 p.
Cooper J., McGillem A. Probabilistic methods for analyzing signals and systems. – M.: Mir, 1989. – 376 p.
Max J. Methods and technology of signal processing in physical measurements: In 2 volumes. - M.: Mir, 1983.
Oppenheim A.V., Shafer R.V. Digital signal processing. – M.: Svyaz, 1979. – 416 p.
Rabiner L., Gould B. Theory and application of digital signal processing. – M.: Mir, 1978. – 848 p.
Hemming R.V. Digital filters. – M.: Nedra, 1987. – 221 p.
Vasiliev D.V. Radio engineering circuits and signals: Textbook for universities. - M.: Radio and communication, 1982. - 528 p.
Zinoviev A.L., Filippov L.I. Introduction to the theory of signals and circuits: A textbook for universities. - M.: Higher School, 1975. - 264 p.
Adaptive filters. /Ed. C. F. N. Cowan and P. M. Grant. – M.: Mir, 1988, 392 p.
Ayficher E., Jervis B. Digital signal processing. Practical approach. / M., "Williams", 2004, 992 p.
Небылов А.В. Гарантирование точности управления. -М.: Наука. Физматлит, 1988.-304с.
Исследование цифровых автоматических систем. Лабораторный практикум. Под ред. А.В. Небылова. - СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 1996.- 192с.
Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы.- М.: Наука,1976.-576 с. https://b.eruditor.link/file/2129497/
Острем К., Витенмарк Б. Системы управления с ЭВМ: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987.-480 с. https://lib-bkm.ru/12515
Микропроцессорные системы автоматического управления. Под ред. В.А.Бескерского.- Л.: Машиностроение, 1988.-365 с. https://libarch.nmu.org.ua/handle/GenofondUA/48188
Изерман Р. Цифровые системы управления М.: Мир, 1984.-541с. https://lib-bkm.ru/12325
Проектирование цифровых устройств на однокристальных микропроцессорах. В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-224 с. https://electronics.lnu.edu.ua/course/mikroprotsesorna-tekhnika-153-mikro-ta-nanosystemna-tekhnika
Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. - М.: Машиностроение, 1986.449 с. https://b.eruditor.link/file/18241/
Сытник Б.Т. Синтез структуры и моделирования адаптивных цифровых фильтров и систем управления с нестационарными характеристиками. Часть 1./Сытник, В.Б. Сытник//Інформаційні керуючі системи залізничного транспорту. – 2003. – N6. – C. 18 – 24. http://jiks.kart.edu.ua/article/view/265542
Солодовников В.А. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. -М.:Высшая школа,1991г.-255с.
Алексеенко А.Г., Галицын А.Д., Иванников А.Д. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах: Программирование, типовые решения, методы отладки. -М.: Радио и связь, 1984. -272с.
Романенко В.Д., Игнатенко Б.В. Адаптивное управление технологическими процессами на базе микро-ЕОМ: Учеб. пособ. -К.: Выща школа, 1990. -334с.
Загарий Г.И., Шубладзе А.М. Синтез систем управления на основе критерия максимальной степени устойчивости. -М.: Энергоатомиздат, 1988. -104с. https://www.researchgate.net/signup.SignUp.html
Пат. № 4063 Україна Пристрій для вимірювання параметрів інерційних ланок / винахідники: Г. І. Загарій, Б. Т. Ситнік, І. В. Гусєв, А. В. Мамонов, Б. С. Левочко, П. В. Гусєв; володілець: Харківська державна академія залізничного транспорту; заявл. 07.02.1990; опубл. 27.12.1994, Бюл. № 6-І. http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/8478
Пат. № 11427 Україна Адаптивний фільтр / винахідники : Г. І. Загарій, Б. Т. Ситнік, Б. С. Левочко, А. В. Мамонов, І. В. Гусєв, П. В. Гусєв, В. С. Коновалов, В. Г. Пороцкій ; володілець : Харківська державна академія залізничного транспорту; заявл. 13.03.1989; опубл. 25.12.1996, Бюл. № 4. http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/8478
Вилькевич Б.И. Автоматическое управление электрической передачей и электрические схемы тепловозов. -М.: Транспорт, 1987. -272с. https://libarch.nmu.org.ua/handle/GenofondUA/70858
Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование. – М.: Радио и связь, 1983. – 320 с. https://skylots.org/6562863709/Antonyu+A+Cifrovye+filtry+Analiz+i+proektirovanie
Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. – М.: Мир, 1989. – 540 с. https://book-i-nist.com/view.php?book_id=18544
Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. – М.: Мир, 1989. – 448 с. http://bamper.info/972-blejhut_r_bystrye_algoritmy_cifrovoj_obrabotki_si.html
Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник. - М.: Радио и связь, 1985.- 312 с. http://booksshare.net/index.php?id1=4&category=physics&author=goldenber-lm&book=1985
Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990.- 256 с. https://studizba.com/files/show/djvu/3622-1-gol-denberg-l-m-matyushkin-b-d-polyak-m.html
Гутников В.С. Фильтрация измерительных сигналов. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 192 с. https://bon.ua/ru/obyavlenie/gutnikov-v-s-filtraciya-izmeritelnyh-signalov-e3edab
Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. – М.: Мир, 1988. – 488 с. https://libarch.nmu.org.ua/handle/GenofondUA/58914
Дмитриев В.И. Прикладная теория информации: Учебник для студентов вузов. - М.: Высшая школа, 1989.- 325 с. https://studfile.net/preview/953348/
Купер Дж., Макгиллем А. Вероятностные методы анализа сигналов и систем. – М.: Мир, 1989. – 376 с. http://booksshare.net/index.php?id1=4&category=biol&author=kuper-dg&book=1989
Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х томах. - М.: Мир, 1983. https://b.eruditor.link/file/130058/
Оппенгейм А.В., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. – М.: Связь, 1979. – 416 с. https://b.eruditor.link/file/3758471/
Рабинер Л., Гоулд Б.Теория и применение цифровой обработки сигналов. – М.: Мир, 1978. – 848 с. https://www.geokniga.org/books/10680
Хемминг Р.В. Цифровые фильтры. – М.: Недра, 1987. – 221 с. http://elib.kstu.kz/lib/document/IBIS/1215BA04-CE80-417A-A46C-3D28F47B1CC0/
Васильев Д.В. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1982. - 528 с. https://b.eruditor.link/file/243537/
Зиновьев А.Л., Филиппов Л.И. Введение в теорию сигналов и цепей: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1975. - 264 с. https://crafta.ua/lots/6537702886-zinovev-al-filippov-li-vvedenie-v-teoriyu-signalov-i-cepyay
Адаптивные фильтры. /Под ред. К.Ф.Н.Коуэна и П.М.Гранта. – М.: Мир, 1988, 392 с. http://repository.vsau.org/getfile.php/5343.pdf
Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов. Практический подход. / М., "Вильямс", 2004, 992 с. https://studizba.com/files/show/djvu/2295-1-ayficher-e-dzhervis-b-cifrovaya.html