电液伺服阀动态特性测试中复合数字滤波算法研究

　　1　引言

　　在工业测试过程中,由于现场环境比较恶劣,常存在各种干扰源,使得获取的信号通常夹杂有噪声。因此,在测试系统进行信号分析与处理之前,必须采用滤波技术减少或消除噪声干扰,以便准确地提取表征被测对象特征的有用信息。

　　数字滤皮技术的实质是通过编制软件程序,实现传统的模拟滤波器功能。由于相对于模拟滤波器来说,数字滤波器具有可靠性高、灵活性好、频带范围宽、易于调整、节省硬件成本等优点,近几十年来,数字滤波技术在计算机辅助测试领域得到了越来越广泛的应用。

　　电液伺服阀是液压伺服控制系统中的关键元件,其性能的好坏直接关系到系统的工作正常与否。对电液伺服阀的动态特性测试一直以来是测试领域的重要课题之一。由于其测试过程中输入/输出的原始动态测试参量的特殊变化性和误差干扰源的复杂性,研究合适的数字滤波算法以提高测得数据的信噪比,对准确地判断电液伺服阀动态性能及后继的故障诊断工作都具有重大的意义。

　　2　测试中主要误差干扰及一般性对策

　　电液伺服阀动态特性测试过程中,除了现场环境的干扰之外,还包括测试方法对测量数据的影响。各种干扰因素及一般性对策如下。

　　1) 50Hz工业交流电引起的工频干扰

　　假定在一个正弦波周期中,在t1时刻(t1∈(0,π))采集的信号为y(t1)=R+e(其中R为有效信号,e为工频干扰信号),根据正弦波的对称性,在t2时刻(t2∈(π,2π))可以找到唯一对应的一点,该点采集的信号为y(t2)=R-e,故y(t1)+y(t2)=2R,此时可消去工频干扰e,但须保证t1+t2=1/50 s=20 ms。一般取采样率f=k×50Hz,(k∈Z,且k>1),则t1、t2均可保证为整数。

　　这种方法在电液伺服阀动态特性测试过程中存在一定的局限性。由于电液伺服阀的动态测试频率是可变的,其范围一般为fo(t)∈(0·1,300)。若一个正弦波的采样次数为n,则采样点的频率为fn(t)∈(0·1n,300n)。为了满足消除工频干扰的采样率要求,同时满足fn(t)的变化要求,可以使单波的采样点数n在一定范围内可变,具体数值视当前频率和采样精度而定。

　　2)电网电压或开关电路等电磁状态突变引起的脉冲干扰

　　这种干扰属于粗大误差干扰。粗大误差的一个显著特征是:误差值明显超出规定条件下的预期值。

　　根据Grubbs准则,测量值大于3倍标准差的置信概率仅为0·0027。因此,可以认为若y(tn)≥3σ(y),则y(tn)为粗大误差,采样点tn须被滤出(y(tn)为第tn点的测量值,σ(y)为y(t)的标准差)。

　　Grubbs准则不适用于脉冲干扰的变化比较缓慢的场合。进行粗大误差判定时,N不能小于10,否则Grubbs准则失效。