Научная статья на тему 'Экстремальная фильтрация: предварительная обработка сигналов'

Экстремальная фильтрация: предварительная обработка сигналов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
113
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ / ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ / ИНТЕГРИРОВАНИЕ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Приймак А. А., Рубанов М. Ю.

Усовершенствована процедура разделения на эмпирические моды для выделения близких частотных составляющих на основе предварительной обработки дифференцирования или интегрирования, выполняемых для акцентирования высокочастотных или подавления низкочастотных компонент.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Экстремальная фильтрация: предварительная обработка сигналов»

УДК: 681.31

Приймак А.А., Рубанов М.Ю,

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ: ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ

Усовершенствована процедура разделения на эмпирические моды для выделения близких частотных составляющих на основе предварительной обработки — дифференцирования или интегрирования, выполняемых для акцентирования высокочастотных или подавления низкочастотных компонент. Ключевые слова:

экстремальная фильтрация, дифференцирование, интегрирование

Введение

В настоящее время появилось много работ, посвященных применению экстремальной фильтрации ЭФ [1-4]. Одно из направлений связано с применением ЭФ для предварительной обработки для последующего параметрического анализа, когда сложную задачу оценивания параметров модели порядка р сводят к простым задачам оценивания параметров составляющих первого и второго порядков.

В методе экстремальной фильтрации по экстремальным значениям в моменты ,( = про-

изводится сглаживание оператором вида

Уа = 0,25 уэ7-_1 + 0,5уэ/ + 0,25 уэ+1,

(1)

УЭ1_1 х к'->-'7Э1

выделяется знакопеременная составляющая

Хр1 = _0,25хэ/_1 + 0,5хэ _ 0,25хэ/+1 , (2)

Препятствием применения такого подхода является факт, что моды не всегда разделяются четко. Например, не происходит разделения и близких по частоте составляющих с соизмеримыми амплитудами.

Рассмотрим этот важный для практики случай, проиллюстрированный рисунком 1, где на верхнем графике представлен сигнал с близкими частотами и соизмеримыми амплитудами. Рисунок 2 показывает, что и на спектре составляющие (2) сливаются.

Основная часть

Для решения задачи выделения составляющих будем использовать известные факты:

амплитуды составляющих при дифференцировании сигнала (возможно многократном) усиливаются по-разному, становится возможным разделение близких по частоте мод.

амплитуды составляющих при интегрировании сигнала (возможно многократном) ослабляются по-разному, становится возможным разделение близких по частоте мод.

-10

50 100 150 200 250 300

Рисунок 1 - Разложение экстремальным фильтром сигнала с близкими частотными составляющими: по оси х - временные отсчеты, по оси у амплитудные значения в размерных единицах

В первом случае амплитуда изменяется в (2я/С )п

п

раз, а фаза - на величину п— , а во втором случае

2

они умножаются на

величину - п

2ПС

а фазы изменяются на

2

На рисунке 3 показан пример применения четырехкратного дифференцирования перед применением экстремальной фильтрации. Видно, что составляющие выделены. Знаком «*» показаны результаты фильтрации, а сплошной линией - интерполированные значения. Аналогичные результаты дает и применение предварительного интегрирования.

2с-1.81.61.41.21 -0.80.60.40.20-

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Рисунок 2 - Спектр сигнала с близкими частотными составляющими: по оси х - частота, Гц, по оси у амплитудный спектр в размерных единицах

Рисунок 3 - Разложение экстремальным фильтром сигнала с близкими частотными составляющими с предварительным многократным дифференцированием: по оси х - временные отсчеты, по оси у амплитудные значения в размерных единицах

п

1

п

10

10

-10

50

100

150

200

250

300

10

0

50

100

150

200

250

300

20

0

-20

0

50

100

150

200

250

300

50

100

150

200

250

300

0

50

100

150

200

250

300

Дальнейшее совершенствование алгоритма декомпозиции будет связано с применением предварительной обработки не только к сигналу х на первом этапе, но и к сглаженным составляющим ус, (1) из которых знакопеременные составляющие выделяются на следующих итерациях.

Заключение

Несложные преобразования (дифференцирование и интегрирование) позволяют более корректно выделить моды методом экстремальной фильтрации и, тем самым повысить точность последующего параметрического и спектрального анализа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методы разложения сигналов на основе экстремальной фильтрации / Н.В. Мясникова, М.П. Берестень, Л.А. Долгих // Датчики и системы. - 2011. - № 2. - С. 8-12.

2. Мясникова, Н.В. Время-частотное распределение на основе экстремальной фильтрации в цифровой обработке сигналов/ Н.В. Мясникова, М.П. Берестень // Датчики и системы. - 2013. - № 10. - С. 912.

3. Мясникова, Н.В. Разложение на эмпирические моды на основе экстремальной фильтрации/ Н.В. Мясникова, М.П. Берестень// Цифровая обработка сигналов. - 2014. - №4. - С. 13-17.

4. Мясникова, Н.В., Формирование диагностических признаков на основе экстремальной фильтрации/ Н.В. Мясникова, М.П. Берестень //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т.

2. С. 74-76.

УДК 531.3:681.2.08 Хади1 О.Ш., Литвинов^ А.Н.

Технологический Университет, Багдад, Ирак

2ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет" Пенза, Россия

АНАЛИЗ ВИБРОПРОЧНОСТИ ПЛАТ ПРИБОРНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Исследование динамических характеристик плат РЭС проводится в целях выявления вибро-рельефа плат, определения их собственных частот и форм колебаний а также анализа их вибропрочности при внешних эксплуатационных воздействиях. Анализ динамических характеристик плат выполнен с использованием программного комплекса , основанного на методе конечных элементов. Эти

данные необходимы для оценки напряженно-деформированного состояния и вибропрочности плат при заданных режимах их эксплуатации.

Ключевые слова;

плата, радиоэлектронные системы, собственные частоты, формы колебаний, вибропрочность

Введение

Динамический расчет современных конструкций радиоэлектронных систем (РЭС) изделий приборостроения должен учитывать сложный характер воздействия и весь комплекс требований, предъявляемый к ним, в числе которых низкий уровень шума, долговечность и высокая надежность конструк-ций.При эксплуатации диапазон внешних возмущений, как правило, является достаточно широким, что в подавляющем большинстве случаев не позволяет проектировать безрезонансные конструкции РЭС. В связи с этим необходимо уже на начальной стадии проектирования моделировать динамические процессы, происходящие в основных элементах конструкций РЭС: контактных системах [1], панелях, платах[2], микросборках изделий различного

назначения [3]. Влияние конструктивных особенностей плат на их динамические характеристики и обоснование выбора расчетной модели для плат приборных устройств различного назначения рассмотрено в [4].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Динамическия модель

Для численных исследований рассмотрена прямоугольная плата электронного блока. Размеры платы в плане (а*Ь), толщина Ъ. На её поверхности расположены электро-радио элементы (ЭРЭ), имеющие различные размеры и массы. Плата крепится к корпусу прибора винтами в четырех угловых точках и имеет дополнительное крепление в пятой точке, смещенной от центра платы. На Рис. 1 сохранены в масштабе реальные габариты ЭРЭ и их место расположения на плате.

Рисунок 1

Плата с элементами

Для определения собственных частот платы, на которых имеют место резонансы, применим метод конечного элемента, реализованный в программном комплексе ANSYS. Плата установлена в электронном блоке авиационного оборудования, т.е. подвергается вибрации с частотой до 2000 Гц, поэтому рассматриваем все собственные частоты fj ^ 2000 Гц, где j=1,2,... -номер собственной частоты. Нумерация частот производится по возрастанию.

В соответствии с рекомендациями [4] используем модель, учитывающую способ крепления ЭРЭ к плате с помощью паяного шва толщиной Ъш. Задача

решается в трехмерной постановке, т.е. учитываются реальные размеры всех ЭРЭ, толщина швов, а так же размеры крепежных винтов платы к корпусу.

Результаты математического моделирования

При компьютерном моделировании принято: размеры платы (а*Ь) =(120*80)мм2; Ъ=1,5мм; материал платы стеклотекстолит с модулем упругости Е=3*104МПа; коэффициентом Пуассона ц =0,22 и плотностью р=2000 кГ/м3, толщина шва Ъш=0,1мм, материал- припой ПОС - 61. крепление платы к основанию осуществляется винтами диаметром 4 мм.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.