基于自適應(yīng)指數(shù)增益的滑模濾波器

摘要:為了提高傳統(tǒng)濾波器的性能，改善其在遠(yuǎn)距離跟蹤目標(biāo)時(shí)收斂速度慢的問題。本文提出一種自適應(yīng)指數(shù)增益滑模濾波器，此濾波器能夠在距離滑模面遠(yuǎn)處獲得大的增益，迫使系統(tǒng)狀態(tài)加速收斂，在距離滑模面近時(shí)獲得一個(gè)小增益，不損失濾波器的濾波效果。并將基于自適應(yīng)指數(shù)增益的滑模濾波器進(jìn)行仿真驗(yàn)證，證明了其在開環(huán)條件下具有更優(yōu)越的性能。

關(guān)鍵詞：滑模；自適應(yīng)；指數(shù)增益

基金項(xiàng)目：本論文受吉林省自然科學(xué)基金(20210101471JC)和吉林省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究與開發(fā)專項(xiàng)(2019004-2)資助

1 引言

控制系統(tǒng)中常使用傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，但由于環(huán)境等各種不確定因素，傳感器采集的信號(hào)容易被噪聲破壞干擾，被干擾后的傳感器信號(hào)會(huì)降低系統(tǒng)的性能甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，需要使用濾波器對(duì)被噪聲干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波處理。很多學(xué)者為達(dá)到不同的目的，提出了各種不同的濾波器 ^[1-5]，如卡爾曼濾波器、中值濾波器、滑模濾波器等，滑模濾波器作為一種物理實(shí)現(xiàn)簡單的非線性濾波器，被國內(nèi)外學(xué)者廣泛研究。

Jin 等提出的一種結(jié)構(gòu)簡單的滑模濾波器（ TD-J ），此濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)是并不需要對(duì)信號(hào)源進(jìn)行建模，且當(dāng)輸入恒定時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)輸出對(duì)輸入信號(hào)的有限時(shí)間收斂，并可以有效去除隨機(jī)噪聲。但其存在系統(tǒng)狀態(tài)遠(yuǎn)離跟蹤目標(biāo)時(shí)收斂速度過慢的缺點(diǎn)。針對(duì) TD-J 這一缺點(diǎn)，本文提出一種基于自適應(yīng)指數(shù)增益的滑模濾波器，在距離滑模面遠(yuǎn)時(shí)此濾波器獲得大的增益，迫使系統(tǒng)狀態(tài)在遠(yuǎn)離滑模面時(shí)加速收斂。在距離滑模面近時(shí)獲得一個(gè)小增益，提高濾波器的濾波效果。

接下來在第二部分是 TD-J 的工作原理，第三部分是本文所提出的基于自適應(yīng)指數(shù)增益濾波器的工作原理，第四部分是 TD-J 和基于自適應(yīng)指數(shù)增益濾波器的仿真驗(yàn)證，第五部分是結(jié)論。

2 傳統(tǒng)濾波器的工作原理

3 基于自適應(yīng)指數(shù)增益的滑模濾波器

為了解決 TD-J 存在的問題，本文提出一種基于自適應(yīng)指數(shù)增益的滑模濾波器，其表達(dá)式如下：

4 仿真驗(yàn)證

5 結(jié)語

本文提出的基于自適應(yīng)指數(shù)增益的濾波器相對(duì)于 TD-J 響應(yīng)更快，達(dá)到了遠(yuǎn)距離加快收斂的目的。下一步工作如下：

（1）還需對(duì)提出的新濾波器用其他信號(hào)進(jìn)行效果驗(yàn)證，觀察新濾波器是否達(dá)到預(yù)期提高濾波器性能的目的；

（2）還需進(jìn)一步調(diào)整指數(shù)項(xiàng) β 的值，尋找最佳值；

（3）還需采用另一種無抖振的離散方式，消除抖振。

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(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》2022年7月期)