改进的变步长自适应滤波器算法及其应用

作者:祁瑞敏 刊名:煤矿机械 上传者:呼敏

【摘要】针对传统的自适应滤波器算法步长变化和收敛精度之间的矛盾,及抗干扰能力差的问题,提出了改进的LMS算法,并运用MATLAB对这一算法进行实例分析研究,试验测试结果表明:改进的LMS算法应用到矿井提升机故障诊断中,在解决步长变换和收敛精度之间矛盾的基础上,也提高了抗干扰能力.

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煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol.39No.08 Aug. 2018 第 39卷第 08期 2018年 08月 doi:10.13436/j.mkjx.201808047 0 引言 矿井提升机作为工矿企业的主要设备,其工作 环境相对较差,矿井提升机的转子有时会出现断条 故障。 当矿井提升机转子发生断条故障时,定子电 流会出现一个分量, 这个分量与转差率 s 和电源频 率 f有关,具体的表达式为:(1±2 s)f,当矿井提升机 发生轻微断条时,由于(1±2 s)f 所占的比重相对比 较小,和定子电流混合在一起,给故障的判断带来困 难。 为此,出现了许多滤波算法,并用到了矿井提升 机转子断条的故障诊断中,传统的自适应滤波器算 法的特点是步长 u是固定的,算法如下: y(n)=XT(n)W(n) (1) e(n)=d(n)-y(n) (2) W(n+1)=W(n)+2ue(n)X(n) (3) 文献[1]采用固定步长的算法,该算法有一个缺 点是收敛精度和步长变化之间的矛盾,使诊断结果 差。 因此,提出了许多改进的自适应滤波算法,比如 VS-LMS 算法在电机断条故障诊断中的应用, 文献 [2]采用该算法,解决了固定步长的不足,但是抗干 扰能力不足。 为此,本文提出了一种新型算法,并应用到矿井 提升机转子断条故障诊断中,克服了固定步长算法 的不足,又解决了抗干扰的问题。 1 自适应滤波器工作原理 如图 1中的原始输入信号是采集到实际的矿井 提升机转子断条的定子电流信号 x(t)=d(t)+cos(ω0t) 式中 d(t)--断条信号; cos(ω0t)--定子电流信号。 参考输入信号为 c(t)=Acos(ω0t+φ),经过采样 送到 c1k、c2k端,c2k要求参考信号经过一个 90°移相。 然后经过自适应滤波算法进行计算,得到权值 w1k、 w2k,再组合运算可以得到幅值、相角和原始输入信 号的正弦信号相同,最后使得工频干扰信号得以抵 消,输出 εk=sk-yk。就可以滤除工频干扰分量,进而突 出故障分量,达到诊断的目的。 权的修正过程为: W(k+1)=W(k)+2ue(k)X(k),但是在实际应用过程 中,为了使得故障分量能突出,一般采用变步长,权 的修正过程变为 W(k+1)=W(k)+2ue(k)e(k)X(k)。 图 1 滤波器原理图 2 自适应滤波器的研究 文献[2]提出了一种改进的自适应滤波器算法, 本文称为算法Ⅰ,其算法过程如下: y(k)=XT(k)W(k) (4) ε(k)=s(k)-y(k) (5) u(k)=β[1-exp(-α|ε(k)|2)] (6) 改进的变步长自适应滤波器算法及其应用 * 祁瑞敏 (郑州工业应用技术学院 机电工程学院, 河南 新郑 451100) 摘 要:针对传统的自适应滤波器算法步长变化和收敛精度之间的矛盾,及抗干扰能力差的 问题,提出了改进的 LMS 算法,并运用 MATLAB 对这一算法进行实例分析研究,试验测试结果表 明:改进的 LMS 算法应用到矿井提升机故障诊断中,在解决步长变换和收敛精度之间矛盾的基础 上,也提高了抗干扰能力。 关键词: 改进的 LMS算法; 矿井提升机; 故障诊断; 应用 中图分类号: TD534 文献标志码: A 文章编号: 1003 - 0794(2018)08 - 0135 - 02 Improved Step-length Adaptive Filter Algorithm and Application Qi Ruimin (Col

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