adaptive notch filter
Download
Skip this Video
Download Presentation
Adaptive Notch Filter

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 37

Adaptive Notch Filter - PowerPoint PPT Presentation


  • 130 Views
  • Uploaded on

הטכניון - מכון טכנולוגי לישראל TECHNION - ISRAEL INSTITUTE OF TECHNOLOGY הפקולטה להנדסת חשמל המעבדה לבקרה ורובוטיקה. Adaptive Notch Filter. מגישים: נדב יחזקאל עומר הלביץ מנחה: ד"ר גבריאל דוידוב תאריך: יוני, 2010. ראשי פרקים. הצגת הבעיה ועבודות קודמות מטרות הפרויקט מסנן ANF יחיד

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Adaptive Notch Filter' - chaney


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
adaptive notch filter

הטכניון - מכון טכנולוגי לישראל TECHNION - ISRAEL INSTITUTE OF TECHNOLOGYהפקולטה להנדסת חשמלהמעבדה לבקרה ורובוטיקה

Adaptive Notch Filter

מגישים:נדב יחזקאל

עומר הלביץ

מנחה:ד"ר גבריאל דוידוב

תאריך:יוני, 2010

slide2
ראשי פרקים
  • הצגת הבעיה ועבודות קודמות
  • מטרות הפרויקט
  • מסנן ANF יחיד
    • אופטימיזציה
    • הוספת רעש
    • שילוב במערכת האלקטרו-מכאנית
  • זוג מסנני ANF המחוברים במקביל
    • אופטימיזציה
    • הפרדה של הרמוניות
    • שילוב במערכת האלקטרו-מכאנית
  • הרחבה
    • זוג מסנני ANF המחוברים בטור
    • שישה מסננים המחוברים במקביל
  • סיכום, מסקנות והמשך מחקר
  • מקורות מידע
  • סרטוני הדגמה
slide3
הצגת הבעיה
  • במערכות בקרה קיים הצורך לסינון אותות בקבוצות תדרים בודדים. כיוון שתדרים אלו עלולים להשתנות בזמן יש צורך בעקיבה וסינון בזמן אמת (לדוגמא הרמוניות שמתווספות במערכות לא ליניאריות).
  • בעיה נוספת הינה הצורך בפירוק והפרדה לרכיבים השונים של אות מקור הבנוי מאוסף רכיבים הרמוניים בעלי כפולות שלמות של תדר בסיס, תוך שמירה על יציבות האלגוריתם.
  • יש דרישה שהעקיבה והסינון יהיו מהירים ובעלי מבנה פשוט על מנת לממשם במערכת מכאנית בזמן אמת.

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide4
עבודות קודמות
  • על הפרויקט הראשון בנושא עבדו צוות הבנות:
    • גוסקוב אלכסנדרה
    • אוצ\'יטלבה ילנה
  • בפרויקט שלהן ישנה התמקדות בבעיה של מסנן אחד.
  • מסקנותיהן הן:
    • שיטת התכנון פשוטה
    • הביצועים של מסנן ה- ANF מספקים
    • דיוק שערוך התדר מותנה בקצב שינויו
    • הפרמטרים שולטים על זמן ההתייצבות ודיוק השערוך

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide5
מטרות הפרויקט
  • הרחבה של פתרון המסנן היחיד, הכוללת אופטימיזציה נוספת של הפרמטרים ושיפור שערוך התדר והשגיאה בו.
  • סימולציה בסביבת Simulink של שני מסננים המחוברים במקביל. ניתוח הביצועים עבור ערכים שונים של פרמטרי המסנן וביצוע אופטימיזציה לשערוך וסינון. בדיקת זמני התכנסות ותגובות היתר של המסנן.
  • מימוש במערכת זמן אמת (הזרוע) הן של מסנן יחיד והן של שניים במקביל.
  • הרחבה: מימוש שני מסננים בטור, ושישה מסננים במקביל ובדיקת תכונותיהם.

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide6
הקדמה למסנן ANF
  • ניתן להתמודד עם בעיית הסינון בכמה דרכים: באמצעות פילטרים שונים, בשיטת Phase Locked Loop (PLL) ובאמצעות מסנן ANF.
  • מסנן ה-ANF נועד על מנת לשערך את תדר אות הכניסה ולהנחית את האות בתדרים אותם הוא משערך.
  • מסנן ה-ANF הינו פשוט לתכנון וליישום גם עבור מערכות מכאניות בזמן אמת.

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide7
מסנן ה- ANF
  • משוואות ה- ANF:
  • שרטוט המסנן:
slide8
אופטימיזציה למציאת פרמטרי המסנן

באמצעות הרצות סימולציות מתקבל גרף שגיאת השערוך כפונקציה של פרמטרי המסנן.

ניתן לקבל אופטימיזציות נוספות עבור תחומים ותנאי התחלה שונים.

מתוך הסימולציות נבחרו ערכי הפרמטרים המתאימים.

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide9
דיאגראמת בודה של ANF בתחום תדרים מסוים (בזמן רציף)
  • ניתן באמצעות הגבלת תחום האינטגרציה של משערך התדר לבחור את תחום הסינון (ניתן גם לא להגביל את התחום)
  • הגרף מציג הרצה של

כניסת סינוס בתדרים

שונים כאשר הערך נלקח

לאחר 10 שניות.

slide10
תגובת השגיאה ושערוך התדר

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide11
ANF בתוספת רעש

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide12

ניתן לראות כי החל מאמפליטודת רעש של 0.4 ומעלה ההנחתה בתחום של הפילטר לא כל כך טובה, זאת למרות העקיבה היחסית טובה אחר התדר, בגלל תוספת הרעש.

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide13
השוואה בין סוגי אינטגרטורים שונים

מקרא:

1 – אוילר קדמי

2 – אוילר אחורי

3 - טרפזי

האינטגרטורהטרפזי מביא ברוב המקרים למינימום את השגיאה, אך לא ניתן לממשו במערכת סיבתית כמו הזרוע, לכן אינטגרטוראוילר קדמי נבחר.

בנוסף עבור זמן דגימה קצר יותר, העקיבה טובה יותר, אך יש גבול לזמן הדגימה שניתן לממש במערכת הזרוע.

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide15
שילוב ה-ANF במערכת האלקטרו- מכאנית
  • יש צורך לעבור לזמן בדיד והוספת השהיות במעגל במקומות בהם יש חוגים סגורים.
  • יש צורך להחליף את כל הרכיבים הבלתי ניתנים למימוש במערכת המכאנית.
  • יש צורך להבין את המערכת באמצעות ניסוי.

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide17
דיאגראמת בודה מעשית של המערכת לאחר הוספת המסנן

Technion - Control And Robotics Laboratory

2 anf
2 מסנני ANF במקביל
  • משוואות המסנן (עבור n מסננים):

i הינו המסנן ה-i מתוך n.

שרטוט המסנן:

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide19
בחירת פרמטרים באמצעות זמן התכנסות ותגובת יתר של השגיאה (זמן רציף)

0- מייצג מצבים שלא התכנסו למעטפת הנתונה תוך 10 שניות.

slide20
דוגמא להפרדת רכיבי אות הכניסה

עבור כניסה מהצורה:

התקבלו העקיבות הבאות:

הרכיב השני

הרכיב הראשון

Technion - Control And Robotics Laboratory

chirp
ניתוח המערכת עבור כניסת סינוס עם תדר גדל ליניארית בזמן (chirp)

עקיבה עבור הרכיב הראשון של הכניסה (ניתן לראות כי התדר גדל במשך 10 השניות):

עקיבה עבור הרכיב השני(ניתן לראות כי הרכיב מתאפס כי הכניסה בודדת):

slide23
המשך
  • עקיבה אחר תדר הבסיס (המשתנה בזמן):
  • שגיאת השערוך:
slide24
בחירת פרמטרים באמצעות זמן התכנסות ותגובת יתר של השגיאה (זמן בדיד)

0- מייצג מצבים שלא התכנסו למעטפת הנתונה תוך 10 שניות.

slide25
שילוב זוג ה- ANF המקבילים במערכת האלקטרו- מכאנית
  • תהליך השילוב של המסנן במערכת האלקטרו-מכאנית הינו דומה לזה המתבצע עבור ANF בודד, בנוסף החוג הסגור דומה למדיי.

דיאגראמת בודה מעשית של המערכת לאחר הוספת המסנן

slide26
דוגמאות לשגיאת העקיבה ושערוך תדר הבסיס (במערכת האלקטרו-מכאנית)

שגיאת העקיבה

שערוך תדר הבסיס

6 anf
הרחבה: 6 מסנני ANF במקביל

שגיאה

עקיבת תדר הבסיס

slide29

הפרדה בין רכיבי הכניסה כאשר הרכיבים:

עבור הכניסה:

slide30
סיכום
  • ביצענו חקר ספרות בנושא ANF בודד ואוסף ANF-ים מקבילים. בנוסף חקרנו את המערכת האלקטרו-מכאנית באמצעות ניסוי במעבדה לבקרה לינארית.
  • תחילה מימשנו וחקרנו מסנן NF. לאחר מכן מימשנו מסנן ANF יחיד ב-Simulink, בדקנו את תכונותיו עבור פרמטרים שונים ובנינו Scripts למציאת אופטימאליות, כמו כן בדקנו את רגישותו לרעש. בהמשך שיפרנו את המסנן לסינון תחום תדרים מוגדר, העברנו את המימוש לזמן בדיד, התאמנו אותו למערכת האלקטרו-מכאנית ושילבנו אותו בה, תוך כדי חקירתו שוב בכל שלב.
  • בנינו מערכת עבור שני מסננים מקבילים. קבענו קריטריון טיב לסינון. בנינו שיטת אופטימיזציה ובאמצעותה בחנו את המערכת. גם במקרה זה שיפרנו את המסנן ע"י הגדרת תחום סינון, עברנו לזמן בדיד והתאמנו אותה למערכת האלקטרו-מכאנית.
  • הרחבנו את המערכת עבור שני מסנני ANF בטור, כל אחד בתחום שונה של תדרים. התקבל דיכוי של הכניסה בתחום התדרים הרצוי.
  • ממשנו שישה מסננים במקביל. בעזרת מסננים אלו הוכחנו

שניתן לשערך את כל ההרמוניות של אות הכניסה

(אמפליטודה ותדר).

slide31
מסקנות
  • תכנון מסנן ה- ANF הבודד והמימוש המקבילי הינם פשוטים יחסית.
  • מסנן ה-ANF מצליח לסנן את האות הרצוי באופן מהיר ומספק. בנוסף, הצרת תחום הסינון משפר את הסינון.
  • הפרמטרים משפיעים על זמן ההתכנסות ודיוק השערוך (עבור מצב יציב) ובחירתם תלויה בתחום התדרים הרצוי לסינון. קיימת בניהם תלות, ונדרשת התאמת האחד בשני האחר. בנוסף קבלנו כי ערך גבוה מידי של גורם לתנודתיות גבוהה של המערכת, ולכן לא מתאים למימוש במערכת האלקטרו-מכאנית.
  • שני המסננים במקביל מצליחים להפריד באופן טוב בין הרכיבים של הכניסה, הן אמפליטודה והן תדר. בצורה דומה גם שישה מסננים במקביל הצליחו לבצע הפרדה שכזו בצורה טובה.
  • הוספת מסננים במקביל ורכיבי כניסה מגדילה את סיבוכיות המערכת, את בחירת הפרמטרים ומגבילה את היכולת של המסנן להקטין את השגיאה.
  • המסננים שנבנו במקביל אכן יציבים.
slide32
המשך מחקר
  • ניתן להרחיב את המימושים של ANF בטור וANF במקביל לאוסף של רכיבים רבים, מציאת פרמטרים אופטימאליים ומימוש על המערכת המכאנית.
  • ניתן לחפש שיטה להרחיב את חיפוש הפרמטרים על טווחים גדולים יותר.
  • השפעת שינויים מכאניים על המערכת הפיסיקלית, כדוגמת שינוי מתיחות הקפיצים או קיצור/הארכה של הזרוע.
  • חקירהמעמיקה יותר של השפעת רעש על המערכת, ובחינת החסינות שלה.
  • ניתן לחפש פתרונות סינון טובים ופשוטים יותר.
slide33
מקורות מידע
  • עבודתן של אלכסנדרה וילנה בנושא ANF יחיד.
  • המאמר"Time-Domain Signal Analysis Using Adaptive Notch Filter”, נכתב בידי MohsenMojiri, MasoudKarimi-Ghartemani, and AlirezaBakhshai, 2006.
  • כלי לביצוע אנליזת בודה במודלים בזמן בדיד ב- Simulink, מאת ד"ר גבריאל דוידוב וחברת אלביט מערכות.
  • ניסוי "בקרת זרוע בחיבור גמיש", של קורס "מעבדה לבקרה לינארית" בטכניון.

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide34
דוגמאות על המערכת האלקטרו-מכאנית

זוג מסנני ANF ושתי הרמוניות בכניסה

זוג מסנני ANF ושלוש הרמוניות בכניסה

ANF יחיד, כניסת chirp

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide35
דוגמאות על המערכת האלקטרו-מכאנית

זוג מסנני ANF ושתי הרמוניות בכניסה

זוג מסנני ANF ושלוש הרמוניות בכניסה

ANF יחיד, כניסת chirp

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide36
דוגמאות על המערכת האלקטרו-מכאנית

זוג מסנני ANF ושתי הרמוניות בכניסה

זוג מסנני ANF ושלוש הרמוניות בכניסה

ANF יחיד, כניסת chirp

Technion - Control And Robotics Laboratory

slide37
תודה על ההקשבה

Technion - Control And Robotics Laboratory

ad