Фильтр от помех аудио на 50 Гц
Аудиосхемы, особенно с микрофонами, имеют тенденцию улавливать гул с частотой 50 Гц, который излучается сетевой электропроводкой. Описанная схема позволяет простым способом ограничить его уровень, при этом минимально влияя на остальную часть спектра сигнала.
Технические параметры:
- два независимых канала аудиосигнала,
- усиление в полосе пропускания: 0 дБ,
- максимальное затухание: около 35 дБ,
- рабочий диапазон: 20 Гц – 50 кГц,
- источник питания с напряжением ± 9 – 15 В,
- входное сопротивление: 1 МОм,
- выходное сопротивление: 30 Ом.
Длинные и неправильно экранированные соединительные кабели могут быть источником сетевого гула (фона) с частотой 50 Гц, который хорошо слышен. Если устранить его причину невозможно, остается только подавить эту составляющую в самом сигнале.
Требуемая осциллограмма амплитудно-частотных характеристик схемыЭто невозможно сделать с помощью простого фильтра верхних частот, так как все низкие частоты, необходимые для правильного восприятия звука, тоже исчезнут из сигнала.
Принципиальная схема системы приведена на рисунке. Она выполнена по чисто аналоговой технологии, а используемые компоненты дешевы и легко доступны. Фильтр состоит из двух одинаковых каналов, поэтому обсудим один из них.
Входной сигнал – желательно без постоянной составляющей – подается на разъем J1. Резистор R1 смещает вход операционного усилителя. Он также устанавливает входное сопротивление на 1 МОм.
Операционный усилитель US1B действует как повторитель напряжения, чтобы обеспечить минимально возможное и постоянное сопротивление для управления следующим каскадом. Задача резистора R2 – защитить чувствительный вход усилителя (который построен на транзисторах JFET) от электростатического разряда. Поскольку токи, поляризующие входы усилителя, пренебрежимо малы, порядка пикоампер, в их компенсации нет необходимости.
Следующий блок – полосовой фильтр типа ТТ, составляющие которого выбраны на частоту 50 Гц. Повторитель в цепи US1A снижает выходное сопротивление всей цепи и обеспечивает сигнал обратной связи, который снимается с резистивного делителя R6, R7. Делитель определяет добротность фильтра, которая должна быть компромиссом между полосой пропускания, значением демпфирования и стабильностью схемы.
Значения сопротивления делителя подбирались экспериментально при испытаниях. Внутреннее сопротивление этого делителя также добавляется к сопротивлению R5, которое должно быть равно половине сопротивления резисторов R3 и R4.
Резистор R3 улучшает стабильность когда его выход нагружен емкостью значительной величины (например длинный экранированный кабель) или когда он замкнут на землю, например системой подавления.
Питание схемы фильтруется простыми RC-цепями с частотой среза около 48 Гц, которые эффективно устраняют большинство ВЧ помех.
Чертеж сборки и вид дорожек платы фильтраСхема собрана на двусторонней печатной плате размером 50 х 45 мм, расположение путей и сборка показаны на рисунке.
Все компоненты размещены на верхней стороне печатной платы. Рекомендуем начать сборку с пайки компонентов в корпусах SMD из-за высокой плотности их между компонентами с более высокими размерами.
Правильно собранная схема не требует никаких настроек и сразу готова к работе. На J3 должно подаваться симметричное, хорошо отфильтрованное постоянное напряжение, не обязательно стабилизированное, со значением ± 9 – 15 В. Его значение влияет на максимальную амплитуду неискаженного выходного напряжения: при ± 9 В оно примерно 5 В, а при ± 15 В около 11 В. Потребление тока 3 мА (без входного сигнала).
Характеристическая кривая в диапазоне 10 Гц – 50 кГц показана на рисунке. Она имеет один четкий минимум для частоты 50 Гц, а в остальных случаях коэффициент усиления составляет 0 дБ. В характеристиках нет неровностей, поэтому остальная полоса пропускания останется неизменной.
Осциллограмма амплитудной характеристики во всем диапазоне частотНа рисунке далее показан фрагмент характеристики в области заблокированной частоты – в диапазоне 10 – 100 Гц, сделанный с шагом 1 Гц.
Максимальное затухание составляет примерно 35 дБ и достигается на частоте 51 Гц. При 50 Гц всего на один децибел меньше. Вид характеристик во втором канале был практически идентичен.
Фильтр 50 гц в категории «Электрооборудование» в Кропивницком
Резонансный фильтр VS 50Гц, 250Вт (синус от генератора)
Доставка из г. Одесса
6 600 грн
Купить
Пятый элемент
Одесса
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-902 L 1.8 M 220В 10А 50/60ГЦ
Доставка по Украине
175 грн
Купить
NazariToys
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-901 L 1.5 M 220В 10А 50/60ГЦ
Доставка по Украине
170 грн
Купить
NazariToys
Мережевий фільтр Patron 3м, 5 розеток, 2.2 кВт, 10 А, 50 Гц, 2 x USB 2.0, 2.1A, білий (SP-53-USB-W)
Доставка из г. Первомайск
310 грн
Купить
Компания «ТАК»
Первомайск
Мережевий фільтр 1.
8м (SP-1052), 5-ть розеток BLACK (EXT-PN-SP-1052), 220В, 50Гц, 2.2кВт, max:10А
Заканчивается
Доставка по Украине
239 грн
Купить
Компания «ТАК»
Первомайск
Мережевий фільтр 3м (SP-1653), 5-ть розеток, BLACK, 220В, 50Гц, переріз-3*1,15мм, 3.5кВт, max: 16 А
Доставка из г. Первомайск
306 грн
Купить
Компания «ТАК»
Первомайск
Мережевий фільтр 5м (SP-1055), 5 розеток BLACK (EXT-PN-SP-1055), 220Вт, 50Гц, 2.2кВт, max — 10 А
Заканчивается
Доставка по Украине
318 грн
Купить
Компания «ТАК»
Первомайск
Мережевий фільтр 3м (SP-1053), 5-ть розеток, BLACK (EXT-PN-SP-1053), 220В, 50Гц, 2.2кВт, max — 10 А
Доставка по Украине
265 грн
Купить
Компания «ТАК»
Фильтр SFELF10M7GA00-B0 Керамичес Кий Фильтр 10,7 МГц, полоса 230 ±50 КГц DIP трехвыводной
Доставка из г.
Киев
20 грн
Купить
Філур Електрик ЛТД
Киев
Активный фильтр сабвуфера на м/с TL084, 50-250Гц.
На складе в г. Софиевская Борщаговка
Доставка по Украине
80 грн
Купить
«SashaMika»
Софиевская Борщаговка
Мережевий фільтр 1.8м (SP-1062), 6-ть розеток BLACK (EXT-PN-SP-1062), 220В, 50Гц, 2.2кВт, max:10А
Доставка по Украине
256 грн
Купить
Компания «ТАК»
Мережевий фільтр 5м (SP-1655), 5-ть розеток, BLACK, 220В, 50Гц, переріз-3*1,15мм, 3.5кВт, max: 16 А
Доставка по Украине
439 грн
Купить
Компания «ТАК»
Мережевий фільтр 3м (SP-1063), 6-ть розеток, BLACK (EXT-PN-SP-1063), 220В, 50Гц, 2.2кВ, max:10А
Доставка по Украине
285 грн
Купить
Компания «ТАК»
Мережевий фільтр 1 м для UPS (ББЖ), 6-ть розеток, 2.2 кВт, 10 А, 50 Гц, 3*1мм2 Patron (SP-1063U)
Доставка по Украине
300 грн
Купить
Компания «ТАК»
Тестовый набор Greenlee 801К с фильтром 50 Гц
Недоступен
10 720 грн
Смотреть
Маскет ПП
Смотрите также
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-903 L 3M 220В 10А 50/60ГЦ
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-904 L 4.
5 M 220В 10А 50/60ГЦ
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-901 L 1.5 M 220В 10А 50/60ГЦ
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-902 L 1.8 M 220В 10А 50/60ГЦ
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-905 L 10 M 220В 10А 50/60ГЦ
Недоступен
340 грн
Смотреть
NazariToys
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-905 L 10 M 220В 10А 50/60ГЦ
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
4797 3рез/5 M 220В 10А 50/60ГЦ фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель)
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
Удлинитель уличный IP44 REV 5 гнезд, 1,5 м с выключателем 250 В, 50 Гц, 3500 Вт 0012532214
Недоступен
430 грн
Смотреть
German Elektro Outlet
4800 5рез/5 M 220В 10А 50/60ГЦ фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель)
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-901 L 1.
5 M 220В 10А 50/60ГЦ
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
Фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель) L-905 L 10 M 220В 10А 50/60ГЦ
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
4795 1,8 M 220В 10А 50/60ГЦ фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель)
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
4798 5рез/1,8 M 220В 10А 50/60ГЦ фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель)
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
4797 3рез/5 M 220В 10А 50/60ГЦ фильтр подовжувач мережевий (Удлиннитель)
Недоступен
Цену уточняйте
Смотреть
TriggersUA!
50 Гц и фильтрация гармоник
Я столкнулся с проблемой, пытаясь отфильтровать 50 Гц и гармоники из сигнала s(t).
Я применил несколько методов, таких как фильтрация Калмана, оптимизированные фильтры FIR и IIR и т. д.
Результат не тот, который ожидался (основная проблема состоит в большой задержке сигнала из-за фазы передаточной функции фильтра).
Лучшим решением может быть гребенчатый фильтр, восстанавливающий полосу постоянного тока, закрытую до 0 Гц.
Любое предложение?
Большое спасибо.
Я много лет (40+) работал с этой проблемой в активном контроле гармоник тока или напряжения в линии электропередач. Я не знаком с «алгоритмом экранированного кабеля», но нашел весьма удовлетворительные результаты при когерентной выборке.
Идея состоит в том, чтобы синхронизировать тактовую частоту дискретизации (или частоту прерывания) по фазе с сигналом 50 или 60 Гц. Передача сигнала по DMA может обеспечить более низкий джиттер, чем прямой обработчик прерывания, запускающий сигнал. В зависимости от процессора и АЦП существуют и другие программные методы поддержания приемлемого джиттера дискретизации.
Различная средняя частота дискретизации 3 кГц, например, будет синхронизирована по фазе с сигналом 50 Гц на частоте, в 60 раз превышающей точную частоту линии. Всегда целое кратное! Блокировка по частоте не очень приемлема — вам нужно использовать настоящую петлю фазовой автоподстройки частоты с низким джиттером.
Обычно я использую цикл SPLL (программный PLL). Это позволяет избежать детекторов пересечения нуля, которые имеют плохую частотную характеристику. Точки выборки не должны отскакивать от гармоник (т. е. вам нужен низкий фазовый джиттер). Я обычно разрешаю PLL находиться в диапазоне между 50 Гц +/- 0,5 Гц для жестко регулируемых источников коммунальных услуг и +/- 5 Гц для дизельных генераторов (или хуже).
Я использую бегущий гребенчатый фильтр, полученный путем вычитания самой старой выборки из циклического буфера и последующего добавления самой новой выборки в буфер (методы выполнения требуют одной ячейки памяти для каждой выборки в одном цикле питания). Вы получите новый результат для каждого образца.
То, что вы делаете с этими образцами, зависит от того, чего вы пытаетесь достичь. Для получения среднего значения DC просто продолжайте добавлять самый новый образец в аккумулятор и вычитать самый старый образец из аккумулятора. Все гармоники до 30-й (для 60-кратной дискретизации) будут отменены.
Результатом будет среднее напряжение с частотной характеристикой постоянного тока через сигнал 50 Гц, а затем с характеристикой традиционного одноступенчатого гребенчатого фильтра через Найквиста.
Для измерения гармоник сопоставьте синусоидальную и косинусоидальную волны соответствующей гармонической частоты с текущими выборками. Это создаст действительный и мнимый вращающийся сигнал постоянного тока кадра для каждой гармоники. Я использую эти значения для коррекции гармонических искажений на выходе силового инвертора в режиме реального времени. Вы можете либо скорректировать ток до <1% искажений в реальном времени, либо вы можете скорректировать напряжение до того же (очевидно, не оба одновременно).
Если шум исходит от однофазного источника, то гармоники будут начинаться с 3-й и проходить через нечетные гармоники с гармониками выше 19-йth обычно пренебрежимо мал. Трехфазный источник обычно не будет иметь тройных гармоник, но будет иметь пары гармоник, вращающиеся в противоположных направлениях.
Этот метод можно использовать не только для обратной связи, но и в сочетании с функцией извлечения квадратного корня позволяет вычислять очень точные истинные среднеквадратичные сигналы (квадратный корень из суммы отдельных квадратов частоты каждой гармоники, включая основную).
Второй алгоритм, с которым я экспериментирую, — это многоскоростной CIC-фильтр прореживания. В этом методе используются перекрывающиеся гребенчатые фильтры, требующие более высокой частоты дискретизации. В нем нет умножения, только сложение и вычитание, так что это очень просто.
У него также есть то преимущество, что, как и у сигма-дельта АЦП, он значительно увеличивает разрешение сигнала (не точность, а только разрешение). Вы можете очень легко смоделировать CIC-фильтр в Matlab с помощью соответствующих надстроек (требуется надстройка для математики с фиксированной точкой и надстройка для фильтра). Фильтр CIC является одним из пунктов меню. Вы можете добавить несколько нулей между целочисленными гармониками, чтобы значительно увеличить затухание по сравнению с одним нулевым гребенчатым фильтром.
Если случайно вы на самом деле работаете с инвертором PWM (не могу сказать по вашим ответам, но все числа находятся в правильном диапазоне для этого), несущая частота инвертора также должна быть переменной в некотором целочисленном кратном или меньшем числе. — кратная частоте дискретизации.
Если что-то из этого вам интересно, я могу предоставить список документов (и патентов с истекшим сроком действия, включая один из моих), в которых описан этот метод.
В прошлом месяце часть первого алгоритма обсуждалась в блоге на веб-сайте Plexim в контексте управления гармониками в преобразователях качества электроэнергии. Plex — симулятор силовой электроники, который имеет преимущества перед Matlab и SPICE и напрямую конкурирует с ними. Хотя я очень кратко представляю видео, я никоим образом не связан с Plexim и не получаю от него никакой финансовой выгоды.
Для тех из вас, кто, возможно, не знаком с гармониками линий электропередач, это не шумовой сигнал, плавающий поверх полезного сигнала. Искажения вызваны нелинейными нагрузками на генераторы с частотой 50 или 60 Гц или другие источники, включая инверторные фотоэлектрические системы.
Иногда цель состоит в том, чтобы измерить эти искажения напряжения и/или тока и сообщить о них, а в других случаях – скорректировать одно или другое путем модуляции самого инвертора. Это используется для алгоритмов управления инвертором и алгоритмов подавления фильтра активной мощности. По этим темам опубликовано много публикаций, и многие исследователи работали над этой проблемой с 19 века.
60-е годы.
Раньше искажения вызывались контроллерами двигателей с тиристорным управлением, которые вводили до 30% гармоник тока в энергосистему. Также ранние блоки питания ПК генерировали те же самые гармоники за счет диодного выпрямления линии электропередачи, а затем ШИМ выпрямленного напряжения (до появления алгоритмов управления единичным коэффициентом мощности). Вот почему были разработаны различные правила для источников питания с низким уровнем искажений и единичным коэффициентом мощности.
Как объяснялось ранее, анализируемый сигнал s(t) представляет собой случайный процесс с поддержкой спектра
в пределах [0..1 кГц]. Гармоники сети суммируются с этим сигналом до
13-й. Случайный шум присутствует, но незначителен.
Цель состоит в том, чтобы отфильтровать гармоники очистки s(t), сводя к минимуму задержку фильтрации. Фильтр должен иметь приемлемую переходную характеристику (без перерегулирования или пилообразной волны).
Я прочитал этот документ и использовал его для некоторых тестов:
IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS, VOL. 2, НЕТ. 4 ДЕКАБРЯ 2014 ГОДА
Улучшение динамического отклика активного компенсатора гармоник с помощью цифрового гребенчатого фильтра
Мухаммад Тахир, член IEEE, и Судип К. Мазумдер, старший член, IEEE
Фильтр вроде бы работает нормально, но переходная характеристика следующая.
Это неприемлемо из-за пилообразной волны.
С наилучшими пожеланиями
Вы собираете цикл данных, а затем генерируете ответ один раз за цикл (т. е. прореживание) или используете запущенные алгоритмы, которые генерируют новый результат для каждой новой выборки?
Пилообразная форма обычно видна, когда частота дискретизации слишком низкая или если частота дискретизации не когерентна (или не гармонична, как ее называет djmaguire — то же самое, насколько мне известно).
Ваша частота дискретизации (в 60 раз больше основной) более чем достаточно высока, поэтому я начинаю задаваться вопросом, по сути, вы понижаете частоту дискретизации, собирая блок данных из одного цикла линии электропередачи, вычисляя для него БПФ для извлечения гармоник, а затем генерируя один новый ответ, который охватывает полный цикл Powerline. Если это так, пилообразную форму можно исправить с помощью «работающих» алгоритмов, которые не уничтожают 60-кратную выборку.
Гребенчатый фильтр может легко работать как бегущая гребенка, но требует слова памяти для каждой выборки в цикле линии питания. БПФ нелегко преобразовать, хотя у меня есть статья, опубликованная в IEEE по этой теме, — я просто никогда не понимал ее :-(. Вместо бегущего БПФ я использую коррелятор (дает результаты, идентичные одночастотному ДПФ) для извлечения каждой гармоники. представляет интерес. Если я хочу контролировать 3-ю, 5-ю, 7-ю, 11-ю и 13-ю гармоники, я вычисляю 5 ДПФ или корреляций и использую 5 ПИД-регуляторов (хотя обычно только ПИ-регуляторы), по одному для каждой гармоники, для корректировки выходного сигнала.
Выходной сигнал каждого контура ПИД-регулятора суммируется в квадратурах для генерации одного нового импульса ШИМ. Эталонная переменная для ПИД-регулятора обычно равна 0, поэтому все искажения устраняются.
Мне тоже немного интересно (совсем немного), если что-то не так с вашим графиком. Пилообразная форма точно соответствует фазовой характеристике гребенчатого фильтра…
Пилообразная форма (не настоящая пилообразная на графике выше) также почти идентична нефильтрованной форме волны тока ШИМ-инвертора, измеренной между переключателем и выходом. фильтр. Наклон спадающего фронта управляется нагрузкой, а наклон нарастающего фронта управляется индуктивностью выходного фильтра, поэтому они асимметричны.
Если вы измеряете напряжение датчика, представляющее ток, а датчик расположен между переключателями инвертора и выходным фильтром, то вам придется добавить сглаживающий фильтр перед отбором проб, поскольку ток треугольной формы (например, инвертор PWM) имеет высокие частоты, которые теоретически приближаются к бесконечности просто как свойство треугольников.
При измерении сигнала напряжения такого инвертора выходной фильтр инвертора по своей сути обеспечивает необходимый сглаживающий фильтр. На практике форма сигнала от датчика тока, который видит треугольный ток от инвертора, действует как небольшой фильтр нижних частот, поскольку большинство типов имеют очень ограниченную полосу пропускания и уже используют паразитный фильтр нижних частот. Все предыдущие обсуждения, касающиеся однофазных и многофазных гармоник основной гармоники, отменяются, если измерять фактические коммутационные токи до выходного фильтра. Для этого нужна другая техника.
Между прочим, если вы управляете двигателем с переменной частотой напрямую от инвертора, сам двигатель представляет собой фильтр нижних частот с 1 полюсным индуктором, и, таким образом, ток будет иметь синусоидальную форму и может быть легко измерен, но напряжение будет коммутируемая прямоугольная или прямоугольная волна и будет иметь почти бесконечные частоты, поэтому для измерения потребуется фильтр сглаживания (или смоделированный выходной фильтр).
Если вы расскажете нам немного больше о реальном пространстве приложений, мы сможем предложить более конкретные решения.
Это ответ на сообщение Дональда выше. Я отредактировал его, добавив дополнительную информацию, и, по необъяснимым причинам, пост скачет! Пожалуйста, мысленно вставьте его в сообщение, отмеченное выше как удаленное. 🙂
_____________
Это и ваше предыдущее объяснение весьма полезны. Как вы догадались, я интерпретировал исходный пост как проблему перекрестных помех между стандартными и стандартными. Интересно узнать истинную природу проблемы и узнать больше об этой области исследования.
…и мне нравятся динамические частоты дискретизации при работе с гармоническими/тональными системами. Этот подход очень хорошо подходит для измерения, но недостаточно используется в контроле.
В моем предыдущем ответе я упомянул PLL, привязанные к группе фильтров с переключаемыми конденсаторами (полосовыми фильтрами). Это (псевдо)аналоговый подход к гребенчатому фильтру с динамической выборкой.
Я использовал его много лет назад для контроля шума в кабине небольших винтовых самолетов с обратной связью. Это обеспечило снижение шума на 6 дБА на крейсерских оборотах без DSP. Вообще без процессора.
Я считаю это решение скорее изящным, чем новаторским. …но это служит хорошим примером динамической выборки для контроля.
Можно попробовать не фильтровать гул от сигнала, а отменить его. Для этого вам нужно создать синтезированный сигнал 50 Гц с гармониками, например обрезанную синусоиду 50 Гц или около того, и пропустить его через адаптивный фильтр, затем вы адаптируете этот фильтр с помощью NLMS.
Однако следует обратить внимание на то, чтобы не адаптироваться при наличии других сигналов, которые могут привести к отклонению адаптации…
Я попробовал это один раз, и это сработало довольно хорошо
Привет, Димайос,
Какая у вас частота дискретизации?
Какие гармоники вы пытаетесь ослабить? Странный? Даже? Нечетное и четное?
Насколько высоко по частоте распространяются гармоники? 5-й вред, 7-й вред, 15-й вред?
Какая задержка допустима?
Нейл
И какая полоса полезного сигнала?
Частота дискретизации составляет около 3 кГц, и мы пытаемся ослабить как нечетные, так и четные гармоники.
Гармоники могут значительно расширяться в спектре (до 700-800 Гц).
Желаемая полоса сигнала около 1 кГц.
Основная цель — улучшить пропускную способность по сравнению с простым средним КИХ-фильтром (20 мс).
Еще одним требованием является подавление нежелательных гармоник (конечно, по сравнению со средним КИХ-фильтром).
Эту проблему не так просто решить, потому что адаптивным методам требуется много времени для сходимости.
Я пытался реализовать этот алгоритм:
IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS, VOL. 2, НЕТ. 4 ДЕКАБРЯ 2014 ГОДА
Улучшение динамического отклика активного компенсатора гармоник с помощью цифрового гребенчатого фильтра
Мухаммад Тахир, член IEEE, и Судип К. Мазумдер, старший член IEEE
… но реакция на шаг ужасна.
Алгоритм с хорошим переходным откликом можно найти в
IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.
43, № 1, 2/96,
«Управление DSP систем ИБП большой мощности, питающих нелинейные нагрузки». Он обеспечивает полную коррекцию с точностью лучше 1% в течение одного цикла сети питания и начинает стабильно улучшать коррекцию после первого образца, следующего за ступенчатым изменением. Он использует алгоритм, обсуждаемый в другом месте в этой теме, которую я написал. Я один из авторов этой статьи. Мы включили видео выступления в реальном времени на конференции American Controls Conference в Чикаго в 19 году.96 и выиграл «Лучшее шоу». Я разработал этот алгоритм в 1989 году в соавторстве с Texas A&M. Срок действия патентов истек, и алгоритм может свободно использоваться другими, и в настоящее время он находится в производстве в нескольких частях мира для коррекции гармоник в линиях электропередач в однофазных и трехфазных инверторных системах.
Несколько вопросов.
Является ли 50 Гц сигналом электросети?
Велики ли гармоники по сравнению с сигналом?
Что такое частота дискретизации?
Сколько гармоник (1, 2,.
.. вплоть до fs/2)?
К какому сигналу были добавлены 50 Гц (речь, )?
Какова полоса пропускания этого сигнала?
fred
Является ли 50 Гц сигналом электросети? Да, но учтите, что частота не фиксирована, а изменяется во времени. Аварийные состояния сигнализируются за пределами [49,9 — 50,1] Гц. На основных островах Италии диапазон может достигать [49,5–50,5] Гц, поэтому режекторный фильтр гармоник должен быть достаточно широким, чтобы всегда отфильтровывался синусоидальный шум (альтернативой может быть адаптивный, но более сложный фильтр)
Велики ли гармоники по сравнению с сигналом?
Не всегда.
Что такое частота дискретизации? 3 кГц
Сколько гармоник (1, 2,… вплоть до fs/2)? До 15 числа .
К какому сигналу добавлены 50 Гц (речь, звук)? Сигналы управления для промышленного контроля.
Какова полоса пропускания этого сигнала? Максимум 1 кГц
Лучший алгоритм для достижения желаемого (известный мне) называется «алгоритм экранированного кабеля».
🙂
Но на ваш вопрос…
Сначала… Я не был уверен, что это офлайн-обработка… в режиме реального времени в программном обеспечении… в реальном времени в аппаратном обеспечении… Теперь я предполагаю что это в реальном времени. Вопрос железа/софта пока открыт.
Помимо этого у меня было много вопросов. Ответы на вопросы Фреда помогли больше всего на свете. Меня интересует нижняя частота интересующего вас сигнала. … но я предполагаю, что мы снизимся до 0,
За исключением надлежащего экранирования сигнального провода, использования дифференциального усиления или фильтрации сигнала с помощью режекторных фильтров с переключающими конденсаторами, тактовый сигнал которых управляется PLL, подключенным к сети, я думаю, что адаптивная фильтрация — ваш лучший выбор. Мне трудно поверить, что скорость изменения сети настолько высока, что может доставить много хлопот правильно составленному адаптивному фильтру.
Опубликовать набор данных. Я бы прогнал его через адаптивный фильтр для вас.
Это либо сработает, либо нет.
Лучший алгоритм для достижения желаемого (известный мне) называется «алгоритм экранированного кабеля». 🙂
Кабели на заводе экранированные. 🙂
Сначала… я не был уверен, что это офлайн-обработка… в реальном времени в
программное обеспечение… аппаратное обеспечение в режиме реального времени… Теперь я предполагаю, что это реально
время. Вопрос железа/софта пока открыт.
Приложение работает в режиме реального времени, а обработка выполняется микроконтроллером Cortex-M7 (прошивка реализует цифровой фильтр).
Меня интересует нижняя частота интересующего вас сигнала. … но я предполагаю, что мы идем к 0.
Да. Важно сохранить значение DC.
С трудом верю, что скорость изменения сети такая
быстро, чтобы доставить много хлопот правильно составленному адаптивному фильтру.
Да.
Скорость изменения сетки имеет очень ограниченную динамику.
Опубликовать набор данных. Я бы прогнал его через адаптивный фильтр для вас. Это либо сработает, либо нет.
Сейчас я не на заводе. В кратчайшие сроки дам реальный сигнал для оффлайн проработки.
Большое спасибо за вашу поддержку.
С наилучшими пожеланиями
То, что я вижу как большую проблему, это то же самое, что я вижу все время: недостаточные определяющие данные. Для трудно угадать от до решение, когда проблема не определена.
Я также нахожу проблематичным использование управляющего сигнала, который должен поддерживать «точные» значения постоянного и переменного тока, но при этом отклонять определенный переменный ток и по-прежнему быть «в реальном времени» — укажите требования к задержке. Постоянный ток — это сложный сигнал для точного захвата, так как наилучшей оценкой является простое среднее значение. Желаемый сигнал переменного тока состоит из одной или нескольких частот? Что такое толерантность? Вам нужно определить фазу тоже? Вы уверены, что ваш сигнал носитель не страдает от таких проблем, как шум, групповая задержка и т.
д., кроме гула переменного тока? Можно ли это исправить с помощью экранирования и/или дифференциала? Переключение с напряжения на токовую петлю? Соответствует ли выборка желаемым сигналам? Если нет, то могут быть периодические остатки, влияющие на ДК. Все это либо влияет на решение, либо на ожидаемую производительность любого данного решения. В конце концов, желаемое решение может оказаться невозможным при текущих ожиданиях. Это случается ли . Много!
Моя немедленная рекомендация — собирать данные о вашем сигнале в течение нескольких часов или дней, пока вы не будете уверены, что у вас есть хорошая репрезентативная выборка. Затем проанализируйте все свои решения, взвесив все за и против каждого, чтобы решить, какое из них лучше . Это , а не философский процесс, это инженерный процесс.
Еще в 1992 году мне пришлось отфильтровывать помехи в сигналах ILS, отслеживаемых станциями мониторинга дальнего поля (FFM) наземного оборудования. Оборудование FFM будет получать периодические сигналы тревоги о различных вторжениях на пути отслеживаемого сигнала наземными транспортными средствами, но в основном самолетами, приземляющимися либо на рассматриваемую взлетно-посадочную полосу, либо на соседнюю взлетно-посадочную полосу, либо на рулежные самолеты и т.
д. «Сигнатура» искажения варьировалась в зависимости от самолета — винтовые самолеты, реактивные самолеты, большие и маленькие самолеты, вертолеты и т. д. Частично на это также повлиял рельеф местности. Что делать? Что ж, все началось со сбора данных с двух особенно проблемных взлетно-посадочных полос аэропорта. «Эксперт» регистрировал события по типу движения и самолета, а специальная программа параллельно регистрировала необработанные сигналы со скоростью около 4 измерений в секунду. Это привело к сотням событий на взлетно-посадочной полосе и примерно полумиллиону выборок данных (около 35 часов!). Я взял эти данные в свою «лабораторию» (мой стол). Сначала я визуально исследовал все сигналы в «реальном времени» (я написал для этого программу для построения графиков на ПК) и проанализировал характеристики этих событий. Быстро отказавшись от аналоговой фильтрации, я применил к ним различные методы фильтрации. Это привело к нелинейному фильтру, который «просматривал» эффекты сигналов, соответствующие всем событиям на взлетно-посадочной полосе.
В окончательном фильтре было 4 параметра «настройки», которые можно было настроить в полевых условиях. Я использовал собранные данные для имитации отфильтрованного мониторинга до тех пор, пока тревоги не возникали в тех частях, где они не должны возникать, но были тревоги в тех частях, где, как мы знали, они должны возникать из-за того, что самолеты или транспортные средства слишком долго припарковались рядом с сигналом. Затем я сначала представил свой фильтр руководству, а затем FAA. На это ушло около 3 месяцев работы, включая сбор данных.
Я пытаюсь ответить на ваши вопросы:
Желаемый сигнал переменного тока состоит из одной или нескольких частот?
Анализируемый сигнал s(t) представляет собой случайный процесс со спектральной поддержкой в пределах [0..1 кГц]. Гармоники сети суммируются с этим сигналом до 13-й. Случайный шум присутствует, но незначителен.
Что такое допуск?
Если речь идет об фильтруемых гармониках, то изменение основной частоты находится в пределах [-0,1 .
. 0,1 ] Гц.
Амплитуда возмущения может быть до единицы сигнала, а иногда и больше.
Вам также нужно определить фазу?
Нет. Гармоники должны быть отфильтрованы, идентификация фазы не является строго обязательной.
Вы
убедитесь, что ваш сигнальный носитель не страдает от таких проблем, как
шум, групповая задержка и т. д., помимо фонового шума переменного тока?
Основной проблемой является гул переменного тока.
Можно ли это исправить с экранированием и/или дифференциалом?
Кабели уже экранированы, и сигнал дискретизируется с использованием входного канала модуля дифференциального ввода-вывода.
Переключение с напряжения на текущая петля?
Невозможно. Вход напряжения является обязательным из-за полевых устройств.
Соответствует ли выборка нужным сигналам?
Я не понимаю, что вы имеете в виду, не могли бы вы перефразировать вопрос?
(я не носитель языка и что-то может «проскальзывать»!)
Спасибо.
Под « Является ли выборка гармоничной с полезными сигналами? » я имел в виду то, что часто называют синхронной выборкой. Например, для сигнала частотой 30 Гц частота дискретизации 1 200 Гц идеально соответствует 90 176 гармоникам 90 177 . Преимущество заключается в том, что он всегда захватывает полный набор целевых частот. В этом примере 1200/30 = 40, поэтому любое число, кратное 40, является гармоническим и всегда фиксирует целое число циклов и, следовательно, всегда центрируется на одном из спектральных «бинов», которые имеют синусоидальную характеристику. И наоборот, при негармонической выборке результирующий спектр неполных сигналов приводит к размытию большим количеством гармоник. Как только артефакт любого источника шума влияет на любые нужные бины, его нельзя отменить, и он становится частью ошибки (т. е. шум ).
Что-то, чего не хватает в этих обсуждениях, кажется, это окно данных в реальном времени, которое предназначено для уменьшения эффекта размытия негармонических данных на спектральных бинах.
Все окна расширяют ящики — например. если ширина бина до работы с окнами составляет 30 Гц, то после этого она приближается к 15 Гц, поэтому, если вам действительно нужно разрешение, вам нужно удвоить количество сэмплов в вашем окне.
djmaguire, если предположить, что вы не говорите об использовании экранированного кабеля, можете дать ссылку на эту тему? Я не нашел никакой ссылки в быстром поиске Google…
Я всегда заинтересован в добавлении нового инструмента в свой набор инструментов 😉
Спасибо,
Дон
Прошу прощения. «Алгоритм экранированного кабеля» был (плохой) шуткой о попытке предотвратить загрязнение сигнала в первую очередь аппаратными методами.
Я твердо верю, что самая простая обработка сигналов — это обработка сигналов, которую вам не нужно делать!
«Я твердо верю, что самая простая обработка сигнала — это та, которую вам не нужно делать! 960-аа). см. вложение
ой, я только что заметил, что в сигнале, который вы хотите сохранить, есть составляющая постоянного тока.
.. Мне придется изменить распределение меток… скоро доберусь до него…
fred
периодический notch.docx
zeros_pack_notch.m
Привет, Димайос.
Интересует ли вас фильтр, амплитудно-частотная характеристика которого выглядит следующим образом:
? При частоте выборки Fs = 1600 Гц фильтр имеет E = 8 меток в положительном диапазоне частот, причем 1-я метка находится на частоте +50 Гц. Другие положительные частотные провалы находятся на частотах 150, 250, 350 и т. д. Гц (нечетные гармоники 50 Гц). Структура фильтра представляет собой линию задержки с ответвлениями и имеет 25 симметричных коэффициентов. Также фильтр является линейно-фазовым.
привет всем,
множественные режекторные фильтры оставляют осадок, когда сигнал плюс гармоники 50 Гц проходят через множественный режекторный фильтр. Мы можем сделать небольшую уборку дома с помощью срединного фильтра.
Фред Харрис
см. вложение
Multiple notches_2.
docx
zeros_pack_notch_4.m
Привет, Фред,
Спасибо за ответ.
Подход хороший, но проблема с пилообразной ступенчатой характеристикой.
Как объяснялось ранее, я понял фильтр, предложенный в документе
ЖУРНАЛ IEEE ПО НОВЫМ И ИЗБРАННЫМ ТЕМАМ В СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ, VOL. 2, НЕТ. 4 ДЕКАБРЯ 2014 ГОДА
Улучшение динамической характеристики активного компенсатора гармоник с помощью цифрового гребенчатого фильтра
Мухаммад Тахир, член IEEE, и Судип К. Мазумдер, старший член IEEE можно увидеть, что они очень похожи.
Я думаю, что существует неявный конфликт требований, когда запрашивается максимально возможная полоса частот и в то же время нет пилообразной реакции на скачок.
Возможно, это ограничение при использовании линейной проработки системы. На следующем этапе будут задействованы нейронные сети или скользящие режимы (есть несколько статей, посвященных этим методам).
На данный момент я отказался от решения, использующего EKF и UKF, потому что конвергенция не всегда гарантируется.
Спасибо за вашу поддержку.
С наилучшими пожеланиями
Привет, Рик,
это была одна из первых попыток, к сожалению, мне приходится фильтровать как нечетные, так и четные кратные основания.
С наилучшими пожеланиями
Онлайн-конференция по встраиваемым системам 2023 — предварительная регистрация уже сейчас!
Встроенная онлайн-конференция 2023 года – ранняя регистрация уже сейчас!
Предстоящий курс: DSP для программного радио
Предстоящий курс: DSP для программного радио
Возможен ли режекторный фильтр для 50 Гц без задержки?
Вы можете использовать режекторный БИХ-фильтр 2-го порядка, как я описываю в этом посте.
[Обновление: как проницательно указывает @user47050 в комментариях, БИХ-метка также будет иметь минимальную задержку независимо от полосы пропускания, поскольку доминирующая задержка в БИХ-режимном фильтре специфична для компонентов сигнала в полосе режекции фильтра.
, а не сигналы, которые вы хотите передать. Преимущество нижеследующего состоит не обязательно в том, чтобы устранить проблему задержки, а в том, чтобы обеспечить отслеживание подавления только тех помех, которые составляют примерно 50 Гц (но медленно меняющихся по фазе и амплитуде), при минимизации воздействия на соседние интересующие частоты.]
Однако, чтобы обеспечить подавление помех с нулевой задержкой, рассмотрите сервопривод подавления сигнала обратной связи, такой как я изображен на диаграмме ниже. Это не будет иметь задержки для вашего сигнала, но будет иметь задержку ответа на изменения в вашем мешающем сигнале. Результаты будут зависеть от относительной стабильности интерференции. Если помеха представляет собой относительно медленно меняющийся синусоидальный тон, это должно работать очень хорошо.
Это полностью цифровой контур обнуления, который может обнулять до среднеквадратичного уровня мощности вашего сигнала (после чего он больше не может оценивать коэффициент подавления).
Жирные линии, показанные зеленым цветом, представляют собой комплексные сигналы: PLL 50 Гц представляет собой NCO с синусоидальными/косинусоидальными выходами, умножитель, следующий за ним, представляет собой полный комплексный умножитель (по существу, векторный модулятор, обеспечивающий полное управление амплитудой или фазой), умножитель после второй BPF, по сути, представляет собой квадратурный преобразователь с понижением частоты, обеспечивающий измерение амплитуды и фазы невязки.
То, как это работает, можно описать следующим образом: Входной сигнал считается сильным сигналом с частотой 50 Гц, достаточно сильным, чтобы в сочетании с фильтрацией первого полосового пропускания с частотой 50 Гц ФАПЧ могла синхронизироваться по фазе с тоном. (тон должен быть на 6 дБ сильнее шума на входе PLL). Это обеспечит синхронизированную по фазе копию сигнала 50 Гц в качестве квадратурного выхода NCO. Квадратурная система ФАПЧ — это, по сути, очень плотный фильтр слежения, обеспечивающий чистую реплику для подавления помех.
Затем у нас есть контур компенсации, снабженный полосовым фильтром посткомпенсации для обнаружения остатка и настройки комплексного коэффициента для настройки усиления и фазы выходного сигнала PLL 50 Гц перед вычитанием. Я показываю подход к квадратурному преобразованию с понижением частоты выходного сигнала BPF 50 Гц в комплексную полосу модулирующих частот (путем умножения на комплексный выходной сигнал PLL) и накоплению результата, который найдет нуль с коэффициентом усиления сходимости k. Это цикл отмены, использующий метод стохастического градиентного спуска. Аккумулятор накапливает остаточную ошибку, измеренную на выходе I и Q квадратурного понижающего преобразователя, что приводит к правильной настройке множителя «векторного модулятора», что приводит к реальной синусоиде на выходе, которая будет равна по величине и противоположна по фазе мешающему сигналу. на входе.
Схема может быть упрощена тем, что первый 50-Гц PLL BPF можно исключить, а PLL заменить генератором постоянного синуса/косинуса 50 Гц, так как векторный модулятор обеспечивает полное управление вращающейся фазой, которая служит для регулировки положительной частоты.
или отрицательное по мере необходимости, а также прибыль по мере необходимости для обеспечения требуемой отмены. Предлагаемое использование BPF + PLL с частотой 50 Гц заключается в том, что можно было бы обеспечить более быструю коррекцию фазовых изменений во входном сигнале после сходимости контура подавления (поскольку PLL будет отслеживать вход и может быть спроектирован с более широкой полосой пропускания контура). чем петля обнуления) — однако, если преобладает изменение амплитуды помех, то я не вижу большого преимущества в наличии PLL.
Без PLL это привело бы к следующей блок-схеме. Здесь все делается в сложной основной полосе, поэтому вместо полосового фильтра используется фильтр нижних частот (который я, вероятно, реализовал бы как экспоненциальный усредняющий фильтр). k представляет собой усиление комплексной сходимости, а c представляет собой определенный коэффициент комплексной коррекции, который будет масштабировать усиление и фазу генерируемого сигнала подавления 50 Гц (который, как предполагалось ранее, c будет представлять собой изменение фазы во времени для корректировки небольших частотных сдвигов, которые могут тоже есть).
Реализация PLL имеет явное преимущество перед БИХ-режимным режекторным фильтром 2-го порядка, поскольку она может отслеживать и обнулять тональные помехи в относительно более широкой полосе пропускания в пределах диапазона отслеживания PLL. Без дальнейшего изучения приведенной ниже реализации я не уверен, что она превзойдет по характеристикам режекторный БИХ-фильтр 2-го порядка, но это интересно рассмотреть, учитывая, что она намного проще, чем подход с ФАПЧ.
В качестве источника с фиксированной частотой 50 Гц и частотой дискретизации 2 кГц генератор тона легко реализовать, но если вы расширите его для других приложений и используете NCO для генератора сложного тона с фиксированной частотой 50 Гц, вы получите настраиваемый адаптивный компенсатор одного тона, который будет захватывать и подавлять любой одиночный тон в непосредственной близости от любой настройки частоты NCO, в диапазоне полосы пропускания LPF! Контур подавления обнулит помеху с частотой 50 Гц до минимального уровня шума, выходящего из фильтра, поэтому, чем плотнее фильтр, тем глубже ноль, пока сигнал находится в пределах полосы пропускания фильтра.
