递推平滑滤波在矿用通风机性能测试中的应用

1、递推平滑滤波在矿用通风机性能测试中的应用赵应华（中国神华榆林神华能源有限责任公司，陕西榆林 719000）摘要：本文对递推平滑滤波的原理及性能进行了分析，得到了滤波器截止频率与采样频率、滤波器队列长度的关系。将递推平滑滤波应用在通风机压力测试中，取得了较好的效果。 关键词：递推平滑滤波;缓变信号;通风机中图分类号：TP 391.76 文献标志码:BThe application of recursive filtering in mine ventilation performance test ZHAO Ying-hua（）Abstract: The principle and perfor

2、mance of recursive in this paper, pressure test and achieved good results.0 引言的煤尘，生，并出台了相关的测试内容与方法1,2。为了获得准确的测试结果，对不同的测试内容要在选用滤波方法时可以选用同一种滤波方法。采用递含有噪声的信号s(n)的基本模型可表为4：s(n)=f(n)+e(n) （1）其中,f(n)为原始信号，e(n)为噪声，为噪声强度。在最简单的情况下可以假设e(n)为高斯白噪声，且=1。递推平滑滤波可抑制e(n)以恢复f(n)。设递推平滑滤波队列的长度为N，则经平滑滤波之后的信号为：1N11N1g(n)=s

3、(i)=f(i)+NNNi=0i=0n1g(n)=1g(i)+s(n)Ni=nNe(i)i=0N1(n=0,1,3N1) （2） (n=N,N+1,N+2,3)除了对噪声信号的假设，该算法还基于一种假设：信号的数值大小是相近的。对于这个特征，测试通风机性能参数中的压力、干湿温度以及风速等都能满足。上式表示的算法中，在采样点数大于递推平滑滤波队列的长度为N后，采样点的数值用该点之前N-1个点的估计值和该点采样值的均值来估计。设E和D表示统计平均和方差的运算，则：1Ee(i)=Ee(i)=0NN （3） 22D1e(i)=De(i)=NNN上式表明，递推平滑滤波之后噪声的平均值仍为零，而方差则由原

4、来的降为信号f(n)变为22N；1Nf(i)，这虽然能够使原始信号f(n)使信号数值急剧变化的部分模糊。2 滤波性能分析采用上述算法编制滤波程序，得到的幅频和相频特性如图1所示。从图中可以看出，滤波器的截至频率与递推平滑滤波队列的长度为Nfc1N2= （4） fc2N1式中,N1、N21：N1时滤波器的截止频率；fc2：滤波队列长度为N2即：fc1f1 （5） fc2式中,f1、f2fc1：滤波队列长度为f1时滤波器的截止频率；fc2：滤波队列长度为f2（a）采样频率500，N=2 （b）采样频率500，N=4（c）采样频率1000，N=2 （d）采样频率1000，N=4图1 递推平滑滤波滤波

5、性能比较3 递推平滑滤波在通风机压力测试中的应用3.1 硬件环境在通风机性能测试仪器实验中，选用通风机型号为，电动机型号为J02-21-2，变频器为FRN1.5G11S-4CX，数据采集卡为1000Hz，递推平滑滤波队列的长度取4。3.2 软件设计1）系统开发环境大部分的VI首先提出的创新概念，并且由于LabVIEW活性与可调整性4-6进行开发。2在进行软件设，即将部分程序所要实现的功能封装在组件之内，以保证将来的修改都会限制在组件本身，而组件所提供的服务则保“程序块”，这有助于设计过程并简化评估工作，将问题抽象为顶层组件，将有助于复杂任务分解成更易于管理的部分。3）异常数据处理在对采集得到的

6、数据进行递推平滑滤波之前，应该首先对其中的异常数据进行剔除。对于那些不能用测量客观条件解释为合理的那些突出误差，它明显地歪曲了测量结果，称为粗大误差8。含有粗大误差的测定值称为坏值或异常数据，应予以剔除。粗大误差的剔除可以采用拉依达准则。大多数测量的随机误差服从正态分布。服从正态分布的随机误差，其绝对值超过3的出现概率极小。因此，对大量的等精度测定值，判定其中是否含有粗大误差，可采用下述简单准则：如果测量列中某一测定值残差vi的绝对值大于该测量列标准误差的三倍，即vi3，那么可以认为该测量列中有粗大误差存在。此准。按照拉依达准则提出含有粗差的则为拉依达准则。实际使用时，标准误差取其估计值坏值后

7、，应重新计算新测量列的算术平均值及标准误差，判定在余下的数据中是否还含有粗大误差的坏值。拉依达准则是判定粗大误差存在的一种最简单的方法。在要求不甚严格时，拉依达准则因其简单而常被采用。然而，当测定值子样容量不很大时，使用拉依达准则判定粗大误差不太准确，因为所取界限太宽，容易混入本该剔除的数据。特别是，当测量次数小于10时，即使测量列中有粗大误差，拉依达准则也判定不出来。子样本均值与方差有以下公式计算：（6） （7） 在 64，具体3.3图24 结论得出：当系统的采样频率不变时，当递推平滑滤波队列的长度保持不变时，将递推平滑滤波方法在参考文献1 AQ1011-2005，北京：煤矿工业出版社，2 .煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法M.3 .矿山大型机电设备测试技术手册M.徐州：中国矿业大学出版社，4 杨乐平等编著高级程序设计M.北京：清华大学出版社，2003.5 . LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计M.北京：清华大学出版社，2005.6 刘君华等编著.基于LabVIEW的虚拟仪器设计M.北京：电子工业出版社，2003.7 （美）康威（Conway, J.）（美）瓦特（Watts, S.）.软件工程方法在LabVIEWTM中的应