CN113296396A - 一种高频噪声功率增益的自动跟踪***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频噪声功率增益的自动跟踪***及方法，涉及火电机组过程控制技术领域。所述***包括改进新型基础控制器、一阶惯性滤波器、超前滞后观测器、高频噪声功率增益计算模块、非线性偏差积分控制模块和乘法器。本发明能够利用信号中含有的噪声干扰信号完成高频噪声功率增益的在线计算，在实际过程信号中普遍含有高频噪声干扰信号，通过将改进新型基础控制器的高频噪声功率增益自动跟踪到预设数的高频噪声功率增益给定，将改进新型基础控制器的性能控制在最佳的状态下。

Description

一种高频噪声功率增益的自动跟踪***及方法
技术领域
本发明涉及火电机组过程控制技术领域，尤其涉及一种高频噪声功率增益的自动跟踪***及方法。
背景技术
在火电机组过程控制领域，运用超前观测能够获取过程响应的提前信息，对于提高过程控制性能具有重要意义。2019年，《自动化学报》在中国知网优先出版论文“在工业过程控制领域:基础控制技术的进展与展望”，该文献发布了一种新型基础控制器(Highperformance leading observer，HPLO)，在超前观测机制上有所突破。所述新型基础控制器可以单独运用，然而，超前观测存在噪声干扰放大的问题，主要是高频噪声干扰放大。在高频噪声干扰水平较高时，例如高频噪声功率增益(High frequency noise power gain，HFNPG)较高，会对所述新型基础控制器的输出信号造成严重的干扰，甚至造成所述新型基础控制器不能正常工作。在火电机组过程控制中，首先需要解决所述新型基础控制器的高频噪声功率增益的在线控制问题。在很大程度上，所述新型基础控制器的高频噪声功率增益代表了所新型基础控制器的高频噪声干扰水平。另外，新型基础控制器存在结构相对复杂的问题，需要进行工程改进，即改进新型基础控制器(Improved high performanceleading observer，INFC)。
发明内容
本发明目的在于，提供一种高频噪声功率增益的自动跟踪***及方法，利用信号中含有的噪声干扰信号完成高频噪声功率增益的在线计算，在实际过程信号中普遍含有高频噪声干扰信号，通过将改进新型基础控制器的高频噪声功率增益自动跟踪到预设数的高频噪声功率增益给定，将改进新型基础控制器的性能控制在最佳的状态下。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种高频噪声功率增益的自动跟踪***，包括：
改进新型基础控制器，用于获取控制器输入信号并输出控制器输出信号；
一阶惯性滤波器，用于获取所述改进新型基础控制器的噪声滤波参数原始值，并输出噪声滤波参数控制值和超前时间常数控制值；
超前滞后观测器，用于获取所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值，并输出观测器输出信号；
高频噪声功率增益计算模块，用于获取所述控制器输入信号和所述观测器输出信号，并输出第二高频噪声功率增益；
非线性偏差积分控制模块，用于获取预设的高频噪声功率增益给定和所述第二高频噪声功率增益，并输出积分控制信号；
乘法器，用于获取所述积分控制信号和所述噪声滤波参数原始值，并输出惯性滞后时间常数给定至所述一阶惯性滤波器和所述超前滞后观测器。
优选地，还包括：
自动跟踪模块，用于输出启停信号至所述一阶惯性滤波器和所述非线性偏差积分控制模块；其中，所述启停信号为1时表示自动跟踪状态，所述启停信号为0时表示停止状态。
优选地，所述改进新型基础控制器包括输入增益控制模块、加法器、第一惯性组合滤波器、减法器、反馈增益控制模块、第二惯性组合滤波器、增益补偿模块、噪声滤波器和噪声滤波参数选择模块；
所述输入增益控制模块的输出端与所述加法器的第一加数端连接；
所述第一惯性组合滤波器的输入端与所述加法器的输出端连接；
所述第一惯性组合滤波器的输出端与所述加法器的第二加数端连接；
所述加法器的输出端与所述减法器的被减数端连接；
所述减法器的输出端与所述反馈增益控制模块的输入端连接；
所述反馈增益控制模块的输出端与所述第二惯性组合滤波器的输入端连接；
所述第二惯性组合滤波器的输出端与所述减法器的减数端连接；
所述减法器的输出端与所述增益补偿模块的输入端连接；
所述增益补偿的输出端与所述噪声滤波器的输入端连接；
所述噪声滤波参数选择模块的输出端与所述噪声滤波器的输入端连接；
所述噪声滤波参数选择模块的输入端用于获取所述噪声滤波参数原始值和所述噪声滤波参数控制值。
优选地，所述改进新型基础控制器的参数表达式为：
INFC＝KIGCHEI(s)NF(s),
Figure BDA0003085262750000031
Figure BDA0003085262750000032
Figure BDA0003085262750000033
KGC＝1+KFGC,
Figure BDA0003085262750000034
Figure BDA0003085262750000035
其中，INFC(s)为所述改进新型基础控制器的传递函数；KIGC为输入增益控制模块的增益；HEI(s)为高效积分器的传递函数；ICFA(s)为第一惯性组合滤波器的传递函数；nICFA为所述第一惯性组合滤波器的阶次；THEI为所述高效积分器的时间常数；HPLO(s)为新型基础控制器的传递函数；KFGC为反馈增益控制模块的增益；KGC为增益补偿模块的增益；ICFB(s)为第二惯性组合滤波器的传递函数；nICFB为所述第二惯性组合滤波器的阶次；THPLO为改进新型基础控制器的时间常数；NF(s)为噪声滤波器的传递函数；TNFP为所述噪声滤波器的噪声滤波参数。
优选地，所述超前滞后观测器包括超前单元和惯性滞后单元；
所述超前单元的输出端与所述惯性滞后单元的输入端连接；
所述超前单元用于获取所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值；
所述惯性滞后单元用于获取所述惯性滞后时间常数给定并输出观测器输出信号。
优选地，所述超前滞后观测器包括超前单元和惯性滞后单元；
所述超前滞后观测器的参数表达式为：
L/L:O(s)＝LL(s)ILL(s),
LL(s)＝1+TLLs,TLL＝LTCCV(t),
Figure BDA0003085262750000041
TILL＝ILTCG(t)
其中，L/L:O(s)为超前滞后观测器的传递函数；LL(s)为超前单元的传递函数；TLL为超前单元的超前时间常数；LTCCV(t)为超前时间常数控制值；ILL(s)为惯性滞后单元的传递函数；TILL为惯性滞后单元的惯性滞后时间常数；ILTCG(t)为惯性滞后时间常数给定。
优选地，所述非线性偏差积分控制模块包括平方根运算单元、比较器和积分控制器；
所述平方根运算单元用于获取预设的高频噪声功率增益给定并输出第一平方根运算信号至所述比较器，所述平方根运算单元还用于获取所述第二高频噪声功率增益并输出第二平方根运算信号至所述比较器；
所述比较器用于获取所述第一平方根运算信号和所述第二平方根运算信号，并输出比较信号；
所述积分控制器用于获取所述比较信号，并输出积分控制信号。
优选地，所述积分控制器还用于获取来自所述积分控制器的TI输入端的常数1。
优选地，所述比较器的参数表达式为：
Figure BDA0003085262750000042
ISG(t)＝SSRO:A(t),
ISF(t)＝SSRO:B(t)
其中，SC(t)为比较信号；ISG(t)为比较器的正端输入信号；SSRO:A(t)为第一平方根运算信号；ISF(t)为比较器的负端输入信号；SSRO:B(t)为第二平方根运算信号；DZC为比较器的死区。
优选地，所述高频噪声功率增益计算模块的参数表达式为：
Figure BDA0003085262750000051
Figure BDA0003085262750000052
Figure BDA0003085262750000053
Figure BDA0003085262750000054
OSSO:B(t)＝[OSHPF:B(t)]2,
Figure BDA0003085262750000055
Figure BDA0003085262750000056
Figure BDA0003085262750000057
OSSO:A(t)＝[OSHPF:A(t)]2
其中，HFNPG(t)为第二高频噪声功率增益；L-1表示拉普拉斯反变换；MOV:B(s)为平均值运算B的传递函数；HPF:B(s)为高通滤波B的传递函数；OSHPF:B(t)为高通滤波B输出信号；OSSO:B(t)为平方运算B输出信号；IS:B(t)为输入信号B；MOV:A(s)为平均值运算A的传递函数；HPF:A(s)为高通滤波A的传递函数；OSHPF:A(t)为高通滤波A输出信号；OSSO:A(t)为平方运算A输出信号；IS:A(t)为输入信号A；MOV:A(s)为平均值运算A的传递函数；OSSO:A(t)为平方运算A输出信号；IS:A(t)为输入信号A；TMT为MOV:B(s)和MOV:A(s)共同的平均时间长度；THPF为HPF:B(s)和HPF:A(s)共同的高通滤波时间常数。
本发明实施例还提供一种高频噪声功率增益的自动跟踪方法，包括：
将控制器输入信号输入至改进新型基础控制器，得到控制器输出信号；
将所述改进新型基础控制器的噪声滤波参数原始值输入至一阶惯性滤波器，得到噪声滤波参数控制值和超前时间常数控制值；
将所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值输入至超前滞后观测器，得到观测器输出信号；
将所述控制器输入信号和所述观测器输出信号输入至高频噪声功率增益计算模块，得到第二高频噪声功率增益；
将预设的高频噪声功率增益给定和所述第二高频噪声功率增益输入至非线性偏差积分控制模块，得到积分控制信号；
将所述积分控制信号和所述噪声滤波参数原始值输入至乘法器，得到惯性滞后时间常数给定；
将所述惯性滞后时间常数给定输入至所述一阶惯性滤波器和所述超前滞后观测器。
优选地，还包括：
将自动跟踪模块输出的启停信号输入至所述一阶惯性滤波器和所述非线性偏差积分控制模块；其中，所述启停信号为1时表示自动跟踪状态，所述启停信号为0时表示停止状态。
优选地，所述改进新型基础控制器包括输入增益控制模块、加法器、第一惯性组合滤波器、减法器、反馈增益控制模块、第二惯性组合滤波器、增益补偿模块、噪声滤波器和噪声滤波参数选择模块；
所述输入增益控制模块的输出端与所述加法器的第一加数端连接；
所述第一惯性组合滤波器的输入端与所述加法器的输出端连接；
所述第一惯性组合滤波器的输出端与所述加法器的第二加数端连接；
所述加法器的输出端与所述减法器的被减数端连接；
所述减法器的输出端与所述反馈增益控制模块的输入端连接；
所述反馈增益控制模块的输出端与所述第二惯性组合滤波器的输入端连接；
所述第二惯性组合滤波器的输出端与所述减法器的减数端连接；
所述减法器的输出端与所述增益补偿模块的输入端连接；
所述增益补偿的输出端与所述噪声滤波器的输入端连接；
所述噪声滤波参数选择模块的输出端与所述噪声滤波器的输入端连接；
所述噪声滤波参数选择模块的输入端用于获取所述噪声滤波参数原始值和所述噪声滤波参数控制值。
优选地，所述改进新型基础控制器的参数表达式为：
INFC＝KIGCHEI(s)NF(s),
Figure BDA0003085262750000071
Figure BDA0003085262750000072
Figure BDA0003085262750000073
KGC＝1+KFGC,
Figure BDA0003085262750000074
Figure BDA0003085262750000075
其中，INFC(s)为所述改进新型基础控制器的传递函数；KIGC为输入增益控制模块的增益；HEI(s)为高效积分器的传递函数；ICFA(s)为第一惯性组合滤波器的传递函数；nICFA为所述第一惯性组合滤波器的阶次；THEI为所述高效积分器的时间常数；HPLO(s)为新型基础控制器的传递函数；KFGC为反馈增益控制模块的增益；KGC为增益补偿模块的增益；ICFB(s)为第二惯性组合滤波器的传递函数；nICFB为所述第二惯性组合滤波器的阶次；THPLO为改进新型基础控制器的时间常数；NF(s)为噪声滤波器的传递函数；TNFP为所述噪声滤波器的噪声滤波参数。
优选地，所述超前滞后观测器包括超前单元和惯性滞后单元；
所述超前单元的输出端与所述惯性滞后单元的输入端连接；
所述超前单元用于获取所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值；
所述惯性滞后单元用于获取所述惯性滞后时间常数给定并输出观测器输出信号。
优选地，所述超前滞后观测器包括超前单元和惯性滞后单元；
所述超前滞后观测器的参数表达式为：
L/L:O(s)＝LL(s)ILL(s),
LL(s)＝1+TLLs,TLL＝LTCCV(t),
Figure BDA0003085262750000081
TILL＝ILTCG(t)
其中，L/L:O(s)为超前滞后观测器的传递函数；LL(s)为超前单元的传递函数；TLL为超前单元的超前时间常数；LTCCV(t)为超前时间常数控制值；ILL(s)为惯性滞后单元的传递函数；TILL为惯性滞后单元的惯性滞后时间常数；ILTCG(t)为惯性滞后时间常数给定。
优选地，所述非线性偏差积分控制模块包括平方根运算单元、比较器和积分控制器；
所述平方根运算单元用于获取预设的高频噪声功率增益给定并输出第一平方根运算信号至所述比较器，所述平方根运算单元还用于获取所述第二高频噪声功率增益并输出第二平方根运算信号至所述比较器；
所述比较器用于获取所述第一平方根运算信号和所述第二平方根运算信号，并输出比较信号；
所述积分控制器用于获取所述比较信号，并输出积分控制信号。
优选地，还包括：将常数1输入至所述积分控制器的TI输入端。
优选地，所述比较器的参数表达式为：
Figure BDA0003085262750000082
ISG(t)＝SSRO:A(t),
ISF(t)＝SSRO:B(t)
其中，SC(t)为比较信号；ISG(t)为比较器的正端输入信号；SSRO:A(t)为第一平方根运算信号；ISF(t)为比较器的负端输入信号；SSRO:B(t)为第二平方根运算信号；DZC为比较器的死区。
优选地，所述高频噪声功率增益计算模块的参数表达式为：
Figure BDA0003085262750000091
Figure BDA0003085262750000092
Figure BDA0003085262750000093
Figure BDA0003085262750000094
OSSO:B(t)＝[OSHPF:B(t)]2,
Figure BDA0003085262750000095
Figure BDA0003085262750000096
Figure BDA0003085262750000097
OSSO:A(t)＝[OSHPF:A(t)]2
其中，HFNPG(t)为第二高频噪声功率增益；L-1表示拉普拉斯反变换；MOV:B(s)为平均值运算B的传递函数；HPF:B(s)为高通滤波B的传递函数；OSHPF:B(t)为高通滤波B输出信号；OSSO:B(t)为平方运算B输出信号；IS:B(t)为输入信号B；MOV:A(s)为平均值运算A的传递函数；HPF:A(s)为高通滤波A的传递函数；OSHPF:A(t)为高通滤波A输出信号；OSSO:A(t)为平方运算A输出信号；IS:A(t)为输入信号A；MOV:A(s)为平均值运算A的传递函数；OSSO:A(t)为平方运算A输出信号；IS:A(t)为输入信号A；TMT为MOV:B(s)和MOV:A(s)共同的平均时间长度；THPF为HPF:B(s)和HPF:A(s)共同的高通滤波时间常数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种高频噪声功率增益的自动跟踪***，包括改进新型基础控制器，用于获取控制器输入信号并输出控制器输出信号；一阶惯性滤波器，用于获取所述改进新型基础控制器的噪声滤波参数原始值，并输出噪声滤波参数控制值和超前时间常数控制值；超前滞后观测器，用于获取所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值，并输出观测器输出信号；高频噪声功率增益计算模块，用于获取所述控制器输入信号和所述观测器输出信号，并输出第二高频噪声功率增益；非线性偏差积分控制模块，用于获取预设的高频噪声功率增益给定和所述第二高频噪声功率增益，并输出积分控制信号；乘法器，用于获取所述积分控制信号和所述噪声滤波参数原始值，并输出惯性滞后时间常数给定至所述一阶惯性滤波器和所述超前滞后观测器。本发明能够利用信号中含有的噪声干扰信号完成高频噪声功率增益的在线计算，在实际过程信号中普遍含有高频噪声干扰信号，通过将改进新型基础控制器的高频噪声功率增益自动跟踪到预设数的高频噪声功率增益给定，将改进新型基础控制器的性能控制在最佳的状态下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***的结构示意图；
图2是本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中改进新型基础控制器的结构示意图；
图3是本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中超前滞后观测器的结构示意图；
图4是本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中非线性偏差积分控制与反馈过程控制原理示意图；
图5是本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中反馈过程控制量和自动跟踪量的流程示意图；
图6是本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中高频噪声功率增益计算模块的结构示意图；
图7是本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪方法的流程示意图；
图8本发明某一实施例提供的改进新型基础控制器输入信号的仿真实验结果图；
图9本发明某一实施例提供的超前/滞后观测器输出信号的仿真实验结果图；
图10本发明某一实施例提供的第二高频噪声功率增益的仿真实验结果图；
图11本发明某一实施例提供的惯性滞后时间常数给定的仿真实验结果图；
图12本发明某一实施例提供的噪声滤波参数控制值的仿真实验结果图；
图13是本发明某一实施例提供的计算机终端设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
以下是本发明实施例的术语及其简称：
改进新型基础控制器(Improved high performance leading observer，INFC)；输入增益控制(Input gain control，IGC)；高效积分器(High efficiency integrator，HEI)；惯性组合滤波器(Inertial combination filter，ICF)；反馈增益控制(Feedbackgain control，FGC)；增益补偿(Gain compensation，GC)；噪声滤波器(Noisefilter，NF)；噪声滤波参数(Noise filtering parameter，NFP)；加法器(Adder，A)；减法器(Subtracted，S)；噪声滤波参数选择(Noise filter parameters select，NFPS)；噪声滤波参数原始值(Noise filter parameters original value，NFPOV)；噪声滤波参数控制值(Noise filter parameters control value，NFPCV)；超前时间常数控制值(Lead timeconstant control value，LTCCV)；惯性滞后(Inertia lag link，ILL)；惯性滞后时间常数给定(Inertia lag time constant given，ILTCG)；高频噪声功率增益(High frequencynoise power gain，HFNPG)；高频噪声功率增益给定(High frequency noise power gaingiven，HFNPGG)；跟踪输入(Tracking input，TI)；输出跟踪控制(Output trackingcontrol，OTC)；反馈过程控制(Feedback process control，FPC)；反馈过程控制过程(Feedback process control process，FPCP)；带通滤波增益(Band pass filter gain，BPFG)；带通滤波带宽(Band pass filter bandwidth，BPFB)；噪声带宽(Input noisebandwidth，INB)；一阶惯性滤波器(First order inertia filter，FOIF)；输入信号(Inputsignal，IS)；平均值运算(Mean value operation，MVO)；高通滤波(High pass filter，HPF)；绝对值运算(Absolute value operation，AVO)；除法运算(Division operation，DO)。
请参阅图1，图1是本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***的结构示意图。本实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***，包括改进新型基础控制器10、一阶惯性滤波器20、超前滞后观测器30、高频噪声功率增益计算模块40、非线性偏差积分控制模块50和乘法器60。
在本发明实施例中，改进新型基础控制器10，用于获取控制器输入信号并输出控制器输出信号；一阶惯性滤波器20，用于获取所述改进新型基础控制器10的噪声滤波参数原始值，并输出噪声滤波参数控制值和超前时间常数控制值；超前滞后观测器30，用于获取所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值，并输出观测器输出信号；高频噪声功率增益计算模块40，用于获取所述控制器输入信号和所述观测器输出信号，并输出第二高频噪声功率增益；非线性偏差积分控制模块50，用于获取预设的高频噪声功率增益给定和所述第二高频噪声功率增益，并输出积分控制信号；乘法器60，用于获取所述积分控制信号和所述噪声滤波参数原始值，并输出惯性滞后时间常数给定至所述一阶惯性滤波器20和所述超前滞后观测器30。
在本发明实施例中，实际的过程信号具体为火电机组的主汽压力过程给定与主汽压力过程响应的偏差信号。
在某一实施例中，高频噪声功率增益的自动跟踪***还包括自动跟踪模块70，用于输出启停信号至所述一阶惯性滤波器20和所述非线性偏差积分控制模块50；其中，所述启停信号为1时表示自动跟踪状态，所述启停信号为0时表示停止状态。启停信号(Autotracking/Stop，AT/S)，AT/S＝0代表停止状态，AT/S＝1代表自动跟踪状态。可以直接用AT/S代表自动跟踪或停止控制输出，启停信号为BOOL变量。
请参阅图2，图2为本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中改进新型基础控制器的结构示意图。本实施例提供的改进新型基础控制器10包括输入增益控制模块11、加法器12、第一惯性组合滤波器13、减法器14、反馈增益控制模块15、第二惯性组合滤波器16、增益补偿模块17、噪声滤波器18和噪声滤波参数选择模块19。
在本发明实施例中，所述输入增益控制模块11的输出端与所述加法器12的第一加数端连接；所述第一惯性组合滤波器13的输入端与所述加法器12的输出端连接；所述第一惯性组合滤波器13的输出端与所述加法器12的第二加数端连接；所述加法器12的输出端与所述减法器14的被减数端连接；所述减法器14的输出端与所述反馈增益控制模块15的输入端连接；所述反馈增益控制模块15的输出端与所述第二惯性组合滤波器16的输入端连接；所述第二惯性组合滤波器16的输出端与所述减法器14的减数端连接；所述减法器14的输出端与所述增益补偿模块17的输入端连接；所述增益补偿的输出端与所述噪声滤波器18的输入端连接；所述噪声滤波参数选择模块19的输出端与所述噪声滤波器18的输入端连接；所述噪声滤波参数选择模块19的输入端用于获取所述噪声滤波参数原始值和所述噪声滤波参数控制值。
在本发明实施例中，所述改进新型基础控制器10的参数表达式为：
Figure BDA0003085262750000141
其中，INFC(s)为所述改进新型基础控制器10的传递函数；KIGC为输入增益控制模块11的增益，单位为无量纲；HEI(s)为高效积分器的传递函数；ICFA(s)为第一惯性组合滤波器13的传递函数；nICFA为所述第一惯性组合滤波器13的阶次，单位为无量纲；THEI为所述高效积分器的时间常数，单位为s；HPLO(s)为新型基础控制器的传递函数；KFGC为反馈增益控制模块15的增益，单位为无量纲；KGC为增益补偿模块17的增益，单位为无量纲；ICFB(s)为第二惯性组合滤波器16的传递函数；nICFB为所述第二惯性组合滤波器16的阶次，单位为无量纲；THPLO为改进新型基础控制器10的时间常数，单位为s；NF(s)为噪声滤波器18的传递函数；TNFP为所述噪声滤波器18的噪声滤波参数，单位为s。
在某一实施例中，针对上述公式(1)进行分解的步骤如下：
1)将改进新型基础控制器输入信号接入到输入增益控制的输入端。用ISINFC(t)表达所述改进新型基础控制器输入信号，单位为无量纲。
2)将所述输入增益控制输出端接入到加法器(Adder，A)的第一个加数端。
3)将所述加法器的输出端接入到第一惯性组合滤波器的输入端。
4)将所述第一惯性组合滤波器的输出端接入到所述加法器的第二个加数端。
5)将所述加法器的输出端接入到减法器(Subtracted，S)的被减数端。
6)将所述减法器的输出端接入到所述反馈增益控制的输入端。
7)将所述反馈增益控制的输出端接入到所述第二惯性组合滤波器的输入端。
8)将所述第二惯性组合滤波器的输出端接入到所述减法器的减数端。
9)将所述减法器的输出端接入到所述增益补偿的输入端。
10)将所述增益补偿的输出端接入到所述噪声滤波器的输入端。在所述噪声滤波器的输出端得到改进新型基础控制器输出信号。用OSINFC(t)表达所述改进新型基础控制器输出信号，单位为无量纲。
在某一实施例中，高频噪声功率增益的自动跟踪***还包括：自动跟踪模块70，改进新型基础控制器中噪声滤波参数选择模块(Noise filter parameters select，NFPS)的表达式为：
Figure BDA0003085262750000151
其中，NFPSO(t)为所述噪声滤波参数选择输出，单位为s；NFPOV为噪声滤波参数原始值，单位为s。NFPCV(t)为噪声滤波参数控制值，单位为s；AT/S为启停信号，为BOOL变量；TNFP为噪声滤波参数，单位为s。
在某一实施例中，针对上述公式(2)进行分解的步骤如下：
1)将所述NFPOV接入到所述NFPS的NFPOV输入端。
2)将所述NFPCV(t)接入到所述NFPS的NFPCV输入端。
3)将所述AT/S接入到所述NFPS的NFPS输入端。
4)在所述NFPS的SO输出端(Select output，SO)得到所述噪声滤波参数选择输出即NFPSO(t)。
4)用所述NFPSO(t)设置所述TNFP，即TNFP＝NFPSO(t)。如果所述AT/S＝0，则所述TNFP＝NFPOV。如果所述AT/S＝1，则所述TNFP＝NFPCV(t)。
请参阅图3，图3为本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中超前滞后观测器的结构示意图。本实施例提供的超前滞后观测器30包括超前单元31和惯性滞后单元32。
在本发明实施例中，所述超前单元31的输出端与所述惯性滞后单元32的输入端连接；所述超前单元31用于获取所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值；所述惯性滞后单元32用于获取所述惯性滞后时间常数给定并输出观测器输出信号。
在本发明实施例中，超前滞后观测器30的参数表达式为：
Figure BDA0003085262750000161
其中，L/L:O(s)为超前滞后观测器30的传递函数；LL(s)为超前单元31的传递函数；TLL为超前单元31的超前时间常数，单位为s；LTCCV(t)为超前时间常数控制值，单位为s；ILL(s)为惯性滞后单元32的传递函数；TILL为惯性滞后单元32的惯性滞后时间常数，单位为s；ILTCG(t)为惯性滞后时间常数给定，单位为s。
在某一实施例中，针对上述公式(3)进行分解的步骤如下：
1)将INFC输出信号接入到所述LL的输入端。用所述NFPCV(t)设置所述TLL，即TLL＝NFPCV(t)。
2)将所述LL的输出端接入到所述ILL的输入端。用所述ILTCG(t)设置所述TILL，即TILL＝ILTCG(t)。
3)在所述ILL的输出端得到所述L/L:O输出信号。用OSL/L:O(t)表达所述L/L:O输出信号，单位为无量纲。
请参阅图4，图4为本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中非线性偏差积分控制与反馈过程控制原理示意图。
在本发明实施例中，非线性偏差积分控制模块50包括平方根运算单元51、比较器52和积分控制器53；所述平方根运算单元51用于获取预设的高频噪声功率增益给定并输出第一平方根运算信号至所述比较器52，所述平方根运算单元51还用于获取所述第二高频噪声功率增益并输出第二平方根运算信号至所述比较器52；所述比较器52用于获取所述第一平方根运算信号和所述第二平方根运算信号，并输出比较信号；所述积分控制器53用于获取所述比较信号，并输出积分控制信号。
在本发明实施例中，平方根运算单元51包括平方根运算A(Square rootoperation of A，SRO:A)和平方根运算B(Square root operation of B，SRO:B)，平方根运算单元51的表达式为：
Figure BDA0003085262750000171
其中，SSRO:A(t)为第一平方根运算信号，单位为无量纲；HFNPGG为预设数的高频噪声功率增益给定(High frequency noise power gain given，HFNPGG)，单位为无量纲；SSRO:B(t)为第二平方根运算信号，单位为无量纲；HFNPG:S(t)为第二高频噪声功率增益，单位为无量纲。
在本发明实施例中，比较器52(Comparator，C)的表达式为：
Figure BDA0003085262750000172
其中，SC(t)为比较信号，单位为无量纲；ISG(t)为在所述比较器52正端输入信号，单位为无量纲；ISG(t)＝SSRO:A(t)，SSRO:A(t)为第一平方根运算信号；ISF(t)为为在所述比较器52负端输入信号，单位为无量纲。ISF(t)＝SSRO:B(t)，SSRO:B(t)为第二平方根运算信号；DZC为所述比较器52的死区(Dead zone，DZ)，单位为无量纲。
在本发明实施例中，积分控制的跟踪控制，表达式为：
Figure BDA0003085262750000173
其中，SIC(t)为积分控制信号，单位为无量纲；TI为所述积分控制的跟踪输入(Tracking input，TI)，单位为无量纲；OTC为所述积分控制的输出跟踪控制(Outputtracking control，OTC)，为BOOL变量；AT/S为启停信号，为BOOL变量；SC(t)为所述比较信号，单位为无量纲。
积分控制跟踪控制步骤如下：
1)将常数1接入到所述积分控制的TI输入端。
2)将所述AT/S接入到所述积分控制的OTC输入端。
3)如果所述AT/S＝0，则OTC＝AT/S＝0，则所述积分控制信号即SIC(t)跟踪常数1，即SIC(t)＝TI＝1。
4)如果所述AT/S＝1，则OTC＝AT/S＝1，则所述积分控制信号即SIC(t)为对所述比较信号即SC(t)的负积分。所述积分控制信号即SIC(t)有初值记忆作用，在OTC＝AT/S＝1后，SIC(t)将在常数1的基础上变化。
在DZC＝0时，所述反馈过程控制(Feedback process control，FPC)表达式为：
Figure BDA0003085262750000181
其中，FPC(s)为所述FPC的传递函数；NDIC(s)为所述非线性偏差积分控制的传递函数；FPCP(s)为反馈过程控制过程(Feedback process control process，FPCP)的传递函数，近似非线性比例***(Nonlinearity proportional system，NPS)；BPFGINFC:ILL为所述INFC输入到所述ILL输出的带通滤波增益(Band pass filter gain，BPFG)，单位为无量纲；BPFBINFC:ILL为所述INFC输入到所述ILL输出的带通滤波带宽(Band pass filterbandwidth，BPFB)，单位为rad/s；INBINFC为所述INFC输入端的噪声带宽(Input noisebandwidth，INB)，单位为rad/s。NDIC(s)仅是用于表达所述非线性偏差积分控制传递函数的一个符号。
请参阅图5，图5为本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中反馈过程控制量和自动跟踪量的流程示意图。
在本发明实施例中，反馈过程控制量表达为ILTCG(t)，即惯性滞后时间常数给定，其表达式为：
ILTCG(t)＝SIC(t)NFPOV (8)
其中，ILTCG(t)为惯性滞后时间常数给定即反馈过程控制量，单位为s；SIC(t)为所述积分控制信号，单位为无量纲；NFPOV为所述噪声滤波参数原始值，单位为s。
自动跟踪量的表达式为：
Figure BDA0003085262750000191
其中，FOIF(s)为一阶惯性滤波器20(First order inertia filter，FOIF)的传递函数；TFOIF为一阶惯性滤波器20的时间常数，单位为s；NFPCV(t)为所述噪声滤波参数控制值，单位为s；TI为一阶惯性滤波器20的跟踪输入，单位为无量纲；NFPOV为噪声滤波参数原始值，单位为s；OTC为一阶惯性滤波器20的跟踪控制，为BOOL变量。AT/S为启停信号，为BOOL变量；L-1表示拉普拉斯反变换；ILTCG(t)为惯性滞后时间常数给定，单位为s。LTCCV(t)为超前时间常数控制值，单位为s；数量上，LTCCV(t)＝NFPCV(t)；所述NFPCV(t)和所述LTCCV(t)即为所述自动跟踪量。
一阶惯性滤波器跟踪控制步骤如下：
1)将噪声滤波参数原始值即NFPOV接入到所述一阶惯性滤波器的TI输入端，即TI＝NFPOV。
2)将所述AT/S接入到所述一阶惯性滤波器的OTC输入端，即OTC＝AT/S。
3)如果所述AT/S＝0，则OTC＝AT/S＝0，则所述一阶惯性滤波器输出信号即ILTCG(t)跟踪所述NFPOV，即ILTCG(t)＝TI＝NFPOV。
4)如果所述AT/S＝1，则OTC＝AT/S＝1，则所述一阶惯性滤波器输出信号即NFPCV(t)为对所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)的一阶惯性滤波跟踪；所述NFPCV(t)有初值记忆作用，在OTC＝AT/S＝1后，NFPCV(t)将在所述NFPOV的基础上变化。
5)设置所述LTCCV(t)等于所述NFPCV(t)。
请参阅图6，图6为本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***中高频噪声功率增益计算模块的结构示意图。
在本发明实施例中，通过所述高频噪声功率增益计算，得到输入信号B(Inputsignal of B，IS:B)相对输入信号A(Input signal of A，IS:A)的高频噪声功率增益的计算结果，并在所述高频噪声功率增益计算的OS输出端输出所述高频噪声功率增益计算结果。
所述高频噪声功率增益计算模块40的表达式为：
Figure BDA0003085262750000201
其中，HFNPG(t)为所述高频噪声功率增益计算模块输出的第二高频噪声功率增益，单位为无量纲；L-1表示拉普拉斯反变换；MOV:B(s)为平均值运算B(Mean valueoperation of B，MVO:B)的传递函数；HPF:B(s)为高通滤波B(High pass filter of B，HPF:B)的传递函数；OSHPF:B(t)为所述高通滤波B输出信号，单位为无量纲；OSSO:B(t)为平方运算B(Square operation of B，SO:B)输出信号，单位为无量纲；IS:B(t)为输入信号B，单位为无量纲；MOV:A(s)为平均值运算A(Mean value operation of A，MVO:A)的传递函数；HPF:A(s)为高通滤波A(High pass filter of A，HPF:A)的传递函数；OSHPF:A(t)为所述高通滤波A输出信号，单位为无量纲；OSSO:A(t)为平方运算A(Square operation of A，SO:A)输出信号，单位为无量纲；IS:A(t)为输入信号A，单位为无量纲；MOV:A(s)为平均值运算A(Mean value operation of A，MVO:A)的传递函数；OSSO:A(t)为平方运算A(Squareoperation of A，SO:A)输出信号，单位为无量纲；IS:A(t)为输入信号A，单位为无量纲；TMT为MOV:B(s)和MOV:A(s)共同的平均时间(Mean time，MT)长度，单位为s；THPF为HPF:B(s)和HPF:A(s)共同的高通滤波时间常数，单位为s。
在某一实施例中，针对上述公式(10)进行分解的步骤如下：
1)将所述输入信号B接入到所述高通滤波B的输入端。
2)将所述高通滤波B的输出端接入到所述平方运算B的输入端。
3)将所述平方运算B的输出端接入到所述平均值运算B的输入端。
4)将所述输入信号A接入到所述高通滤波A的输入端。
5)将所述高通滤波A的输出端接入到所述平方运算A的输入端。
6)将所述平方运算A的输出端接入到所述平均值运算A的输入端。
7)将所述平均值运算B的输出端接入到除法运算(Division operation，DO)的被除数输入端。将所述平均值运算A的输出端接入到所述除法运算(Division operation，DO)的除数输入端。在所述除法运算的输出端得到所述高频噪声功率增益计算过程。用HFNPG(t)表达所述高频噪声功率增益计算过程，单位为无量纲。
8)将所述高频噪声功率增益计算模块输出的第二高频噪声功率增益即HFNPG(t)在所述高频噪声功率增益计算模块的OS输出端输出。
请参阅图7，图7为本发明某一实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪方法的流程示意图。在本实施例中与上述实施例相同的部分，在此不再赘述。本实施例提供的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，包括以下步骤：
S210，将控制器输入信号输入至改进新型基础控制器，得到控制器输出信号；
S220，将所述改进新型基础控制器的噪声滤波参数原始值输入至一阶惯性滤波器，得到噪声滤波参数控制值和超前时间常数控制值；
S230，将所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值输入至超前滞后观测器，得到观测器输出信号；
S240，将所述控制器输入信号和所述观测器输出信号输入至高频噪声功率增益计算模块，得到第二高频噪声功率增益；
S250，将预设的高频噪声功率增益给定和所述第二高频噪声功率增益输入至非线性偏差积分控制模块，得到积分控制信号；
S260，将所述积分控制信号和所述噪声滤波参数原始值输入至乘法器，得到惯性滞后时间常数给定；
S270，将所述惯性滞后时间常数给定输入至所述一阶惯性滤波器和所述超前滞后观测器。
在某一实施例中，高频噪声功率增益的自动跟踪方法，还包括将自动跟踪模块输出的启停信号输入至所述一阶惯性滤波器和所述非线性偏差积分控制模块；其中，所述启停信号为1时表示自动跟踪状态，所述启停信号为0时表示停止状态。
在本发明实施例中，改进新型基础控制器高频噪声功率增益的自动跟踪控制主要包括：构造反馈过程控制过程、自动跟踪/停止过程以及反馈过程控制过程。
(一)构造反馈过程控制过程
1)将所述超前/滞后观测器输入信号即ISINFC:S(t)接入到所述高频噪声功率增益计算的IS:A输入端。将所述超前/滞后观测器输出信号即OSL/L:O(t)接入到所述高频噪声功率增益计算的IS:B输入端。在所述高频噪声功率增益计算的输出端得到所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)。
2)将所述预设数的高频噪声功率增益给定即HFNPGG接入到所述平方根运算A的输入端，在所述平方根运算A的输出端得到平方根运算A信号即SSRO:A(t)。
3)将所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)接入到所述平方根运算B的输入端，在所述平方根运算B的输出端得到平方根运算B信号即SSRO:B(t)。
4)将所述平方根运算A信号接入到所述比较器的正输入端。将所述平方根运算B信号接入到所述比较器的负输入端。在所述比较器输出端得到比较信号即SC(t)。
5)将所述比较信号接入到所述积分控制的输入端。在所述积分控制的输出端得到积分控制信号即SIC(t)。
6)将所述积分控制信号即SIC(t)接入到所述乘法运算的第一个输入端，将所述噪声滤波器参数原始值即NFPOV接入到所述乘法运算的第二个输入端。在所述乘法器输出端得到所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)。
7)将所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)接入到所述超前/滞后观测器的ILTCG输入端，用于给定所述惯性滞后时间常数即TILL，即TILL＝ILTCG(t)。
8)将惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)接入到所述一阶惯性滤波器的输入端。在所述一阶惯性滤波器输出端得到所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)。
9)用所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)设置所述超前时间常数控制值，即LTCCV(t)＝NFPCV(t)。
10)将所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)接入到所述改进新型基础控制器的NFPCV输入端，用于在自动跟踪状态下设置所述噪声滤波参数即TNFP，将所述改进新型基础控制器高频噪声功率增益即HFNPGINFC(t)自动跟踪所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)。
11)将所述超前时间常数控制值即LTCCV(t)接入到所述超前/滞后观测器的LTCCV输入端，用于在自动跟踪状态下设置所述超前时间常数即TLL，目的是准确观测所述噪声滤波器输入信号。
(二)自动跟踪/停止过程
1)设置停止状态，即AT/S＝0，则所述反馈过程控制停止工作，所述积分控制信号即SIC(t)＝1，所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)＝SIC(t)NFPOV＝NFPOV，所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)＝NFPOV。所述惯性滞后时间常数即TILL＝NFPOV。所述噪声滤波参数即TNFP＝NFPOV。所述超前时间常数即TLL＝NFPOV。
2)设置自动跟踪状态，即AT/S＝1，则所述反馈过程控制开始工作，所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)＝SIC(t)NFPOV。通过对所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)进行一阶惯性滤波跟踪得到所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)、所述超前时间常数控制值即LTCCV(t)。所述惯性滞后时间常数即TILL＝ILTCG(t)，所述噪声滤波参数即TNFP＝NFPCV(t)，所述超前时间常数即TLL＝LTCCV(t)。
(三)反馈过程控制过程
自动跟踪状态下，即AT/S＝1，通过所述反馈过程控制，以所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)为控制量，以控制所述惯性滞后时间常数即TILL为手段，即TILL＝ILTCG(t)，将所述超前/滞后观测器输出端的高频噪声功率增益、即所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)控制在所述预设数的高频噪声功率增益给定即HFNPGG；通过对所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)进行一阶惯性滤波跟踪得到所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)。用所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)设置所述噪声滤波参数即TNFP，即TNFP＝NFPCV(t)，使所述改进新型基础控制器高频噪声功率增益即HFNPGINFC(t)自动跟踪所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)。在所述反馈过程控制进入到稳态后，最终，所述改进新型基础控制器高频噪声功率增益即HFNPGINFC(t)自动跟踪到所述预设数的高频噪声功率增益给定即HFNPGG。用所述超前时间常数控制值即LTCCV(t)设置超前时间常数即TLL，即TLL＝LTCCV(t)，目的是准确观测所述噪声滤波器输入信号。
由于噪声干扰信号的不稳定性，在所述反馈过程控制进入稳态后，所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)将在其平均值(Average value，AV)附近波动，用ILTCG:AV表达所述ILTCG(t)的平均值，单位为s。因为对所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)进行一阶惯性滤波跟踪得到所述滤波参数控制值即NFPCV(t)，相对ILTCG(t)，NFPCV(t)更加平稳。
为了进一步对本发明提供的高频噪声功率增益的自动跟踪***及方法进行说明，本发明某一具体实施例介绍如下：
在一个实施例中，所述改进新型基础控制器的参数主要采用所述文献给出的一组参数：KIGC＝1，THEI＝593s，nICFA＝16，THPLO＝233s，KFGC＝10，KGC＝11，nICFB＝8，NFPOV＝23s；设置所述高频噪声功率增益计算的TMT＝600s，设置所述高通滤波的KHPF＝30s；设置所述比较器的DZC＝0.25。设置所述积分控制的TIC＝1375s；设置所述一阶惯性滤波的TFOIF＝500s；设置所述预设数的高频噪声功率增益给定HFNPGG＝6.5。
使所述改进新型基础控制器输入信号在过程时间t＝3000s～6000s有一梯形变化，梯形的幅值为0.25，梯形的上升时间、平顶时间、下降时间均为1000s，目的是考察所述改进新型基础控制器输入信号变化对所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)、所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)、所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)的影响。用伪随机信号模拟在所述改进新型基础控制器输入信号中的噪声干扰信号，伪随机信号输出范围±0.01，单位为无量。
在数字离散测量间隔为1s，从过程时间t＝0s开始设置S/R＝1，MT/T＝0。从过程时间t＝1000s开始设置MT/T＝1。在数字离散测量间隔为1s，从过程时间t＝0s开始设置启动状态，即S/R＝1。在过程时间t＝1000s开始设置自动状态，即A/T＝1。得到所述改进新型基础控制器输入信号的仿真实验结果，为图8所示。得到超前滞后观测器输出信号的仿真实验结果，为图9所示。得到所述第二高频噪声功率增益的仿真实验结果，为图10所示。得到所述惯性滞后时间常数给定的仿真实验结果，为图11所示。得到所述噪声滤波参数控制值的仿真实验结果，为图12所示。
图10所示，在给出的过程时间t＝0-8000s范围，从t＝0s开始，所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)逐渐向所述预设数的高频噪声功率增益给定即HFNPGG＝6.5收敛，最终在6.5附近波动；图11所示，从t＝0s开始，所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)从23s逐渐减小，最终在ILTCG(t)平均值即ILTCG:AV附近波动。其中ILTCG(t)在t＝820s～8000s的平均值即ILTCG:AV等于7.2s。相对所述ILTCG(t)，所述NFPCV(t)更加平稳。
由图10、图11、图12可见，所述改进新型基础控制器输入信号在过程时间t＝3000s～6000s的梯形变化对所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)、所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)、所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)的影响较小。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供的一种改进新型基础控制器的高频噪声功率增益的自动跟踪方法及装置，利用信号中含有的噪声干扰信号完成第二高频噪声功率增益的在线计算，在实际过程信号中普遍含有高频噪声干扰信号。通过所述反馈过程控制，以所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)为控制量，以控制所述惯性滞后时间常数即TILL为手段，即TILL＝ILTCG(t)，将所述超前/滞后观测器输出端相对所述改进新型基础控制器即INFC输入端、即所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)控制在所述预设数的高频噪声功率增益给定即HFNPGG。通过对所述惯性滞后时间常数给定即ILTCG(t)进行一阶惯性滤波跟踪得到所述噪声滤波参数控制值即NFPCV(t)，使所述改进新型基础控制器高频噪声功率增益即HFNPGINFC(t)跟踪所述第二高频噪声功率增益即HFNPG:S(t)。在所述反馈过程控制进入到稳态后，最终，所述改进新型基础控制器高频噪声功率增益即HFNPGINFC(t)跟踪到所述预设数的高频噪声功率增益给定即HFNPGG；明显特点是：通过自动跟踪控制，将改进新型基础控制器高频噪声功率增益自动跟踪到所述预设数的高频噪声功率增益给定，将所述改进新型基础控制器的性能控制在最佳的状态下。并且对所述改进新型基础控制器的在线工作影响较小，例如，无需对所述新型基础控制器输入施加噪声干扰激励。
请参阅图8，本发明实施例提供一种计算机终端设备，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任意一个实施例中的高频噪声功率增益的自动跟踪方法。
处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在一示例性实施例中，计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的高频噪声功率增益的自动跟踪方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由计算机终端设备的处理器执行以完成上述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，包括：
改进新型基础控制器，用于获取控制器输入信号并输出控制器输出信号；
一阶惯性滤波器，用于获取所述改进新型基础控制器的噪声滤波参数原始值，并输出噪声滤波参数控制值和超前时间常数控制值；
超前滞后观测器，用于获取所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值，并输出观测器输出信号；
高频噪声功率增益计算模块，用于获取所述控制器输入信号和所述观测器输出信号，并输出第二高频噪声功率增益；
非线性偏差积分控制模块，用于获取预设的高频噪声功率增益给定和所述第二高频噪声功率增益，并输出积分控制信号；
乘法器，用于获取所述积分控制信号和所述噪声滤波参数原始值，并输出惯性滞后时间常数给定至所述一阶惯性滤波器和所述超前滞后观测器。
2.根据权利要求1所述的高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，还包括：
自动跟踪模块，用于输出启停信号至所述一阶惯性滤波器和所述非线性偏差积分控制模块；其中，所述启停信号为1时表示自动跟踪状态，所述启停信号为0时表示停止状态。
3.根据权利要求1所述的高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，所述改进新型基础控制器包括输入增益控制模块、加法器、第一惯性组合滤波器、减法器、反馈增益控制模块、第二惯性组合滤波器、增益补偿模块、噪声滤波器和噪声滤波参数选择模块；
所述输入增益控制模块的输出端与所述加法器的第一加数端连接；
所述第一惯性组合滤波器的输入端与所述加法器的输出端连接；
所述第一惯性组合滤波器的输出端与所述加法器的第二加数端连接；
所述加法器的输出端与所述减法器的被减数端连接；
所述减法器的输出端与所述反馈增益控制模块的输入端连接；
所述反馈增益控制模块的输出端与所述第二惯性组合滤波器的输入端连接；
所述第二惯性组合滤波器的输出端与所述减法器的减数端连接；
所述减法器的输出端与所述增益补偿模块的输入端连接；
所述增益补偿的输出端与所述噪声滤波器的输入端连接；
所述噪声滤波参数选择模块的输出端与所述噪声滤波器的输入端连接；
所述噪声滤波参数选择模块的输入端用于获取所述噪声滤波参数原始值和所述噪声滤波参数控制值。
4.根据权利要求3所述的高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，所述改进新型基础控制器的参数表达式为：
INFC＝KIGCHEI(s)NF(s),
Figure FDA0003085262740000021
Figure FDA0003085262740000022
Figure FDA0003085262740000023
KGC＝1+KFGC,
Figure FDA0003085262740000024
Figure FDA0003085262740000025
其中，INFC(s)为所述改进新型基础控制器的传递函数；KIGC为输入增益控制模块的高效积分器增益；HEI(s)为高效积分器的传递函数；ICFA(s)为第一惯性组合滤波器的传递函数；nICFA为所述第一惯性组合滤波器的阶次；THEI为所述高效积分器的时间常数；HPLO(s)为新型基础控制器的传递函数；KFGC为反馈增益控制模块的增益；KGC为增益补偿模块的增益；ICFB(s)为第二惯性组合滤波器的传递函数；nICFB为所述第二惯性组合滤波器的阶次；THPLO为改进新型基础控制器的时间常数；NF(s)为噪声滤波器的传递函数；TNFP为所述噪声滤波器的噪声滤波参数。
5.根据权利要求1所述的高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，所述超前滞后观测器包括超前单元和惯性滞后单元；
所述超前单元的输出端与所述惯性滞后单元的输入端连接；
所述超前单元用于获取所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值；
所述惯性滞后单元用于获取所述惯性滞后时间常数给定并输出观测器输出信号。
6.根据权利要求5所述的高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，所述超前滞后观测器包括超前单元和惯性滞后单元；
所述超前滞后观测器的参数表达式为：
L/L:O(s)＝LL(s)ILL(s),
LL(s)＝1+TLLs,TLL＝LTCCV(t),
Figure FDA0003085262740000031
TILL＝ILTCG(t)
其中，L/L:O(s)为超前滞后观测器的传递函数；LL(s)为超前单元的传递函数；TLL为超前单元的超前时间常数；LTCCV(t)为超前时间常数控制值；ILL(s)为惯性滞后单元的传递函数；TILL为惯性滞后单元的惯性滞后时间常数；ILTCG(t)为惯性滞后时间常数给定。
7.根据权利要求1所述的高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，所述非线性偏差积分控制模块包括平方根运算单元、比较器和积分控制器；
所述平方根运算单元用于获取预设的高频噪声功率增益给定并输出第一平方根运算信号至所述比较器，所述平方根运算单元还用于获取所述第二高频噪声功率增益并输出第二平方根运算信号至所述比较器；
所述比较器用于获取所述第一平方根运算信号和所述第二平方根运算信号，并输出比较信号；
所述积分控制器用于获取所述比较信号，并输出积分控制信号。
8.根据权利要求7所述的高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，所述积分控制器还用于获取来自所述积分控制器的TI输入端的常数1。
9.根据权利要求7所述的高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，所述比较器的参数表达式为：
Figure FDA0003085262740000041
ISG(t)＝SSRO:A(t),
ISF(t)＝SSRO:B(t)
其中，SC(t)为比较信号；ISG(t)为比较器的正端输入信号；SSRO:A(t)为第一平方根运算信号；ISF(t)为比较器的负端输入信号；SSRO:B(t)为第二平方根运算信号；DZC为比较器的死区。
10.根据权利要求1所述的高频噪声功率增益的自动跟踪***，其特征在于，所述高频噪声功率增益计算模块的参数表达式为：
Figure FDA0003085262740000051
Figure FDA0003085262740000052
Figure FDA0003085262740000053
Figure FDA0003085262740000054
OSSO:B(t)＝[OSHPF:B(t)]2,
Figure FDA0003085262740000055
Figure FDA0003085262740000056
Figure FDA0003085262740000057
OSSO:A(t)＝[OSHPF:A(t)]2
其中，HFNPG(t)为第二高频噪声功率增益；L-1表示拉普拉斯反变换；MOV:B(s)为平均值运算B的传递函数；HPF:B(s)为高通滤波B的传递函数；OSHPF:B(t)为高通滤波B输出信号；OSSO:B(t)为平方运算B输出信号；IS:B(t)为输入信号B；MOV:A(s)为平均值运算A的传递函数；HPF:A(s)为高通滤波A的传递函数；OSHPF:A(t)为高通滤波A输出信号；OSSO:A(t)为平方运算A输出信号；IS:A(t)为输入信号A；MOV:A(s)为平均值运算A的传递函数；OSSO:A(t)为平方运算A输出信号；IS:A(t)为输入信号A；TMT为MOV:B(s)和MOV:A(s)共同的平均时间长度；THPF为HPF:B(s)和HPF:A(s)共同的高通滤波时间常数。
11.一种高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，包括：
将控制器输入信号输入至改进新型基础控制器，得到控制器输出信号；
将所述改进新型基础控制器的噪声滤波参数原始值输入至一阶惯性滤波器，得到噪声滤波参数控制值和超前时间常数控制值；
将所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值输入至超前滞后观测器，得到观测器输出信号；
将所述控制器输入信号和所述观测器输出信号输入至高频噪声功率增益计算模块，得到第二高频噪声功率增益；
将预设的高频噪声功率增益给定和所述第二高频噪声功率增益输入至非线性偏差积分控制模块，得到积分控制信号；
将所述积分控制信号和所述噪声滤波参数原始值输入至乘法器，得到惯性滞后时间常数给定；
将所述惯性滞后时间常数给定输入至所述一阶惯性滤波器和所述超前滞后观测器。
12.根据权利要求11所述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，还包括：
将自动跟踪模块输出的启停信号输入至所述一阶惯性滤波器和所述非线性偏差积分控制模块；其中，所述启停信号为1时表示自动跟踪状态，所述启停信号为0时表示停止状态。
13.根据权利要求11所述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，所述改进新型基础控制器包括输入增益控制模块、加法器、第一惯性组合滤波器、减法器、反馈增益控制模块、第二惯性组合滤波器、增益补偿模块、噪声滤波器和噪声滤波参数选择模块；
所述输入增益控制模块的输出端与所述加法器的第一加数端连接；
所述第一惯性组合滤波器的输入端与所述加法器的输出端连接；
所述第一惯性组合滤波器的输出端与所述加法器的第二加数端连接；
所述加法器的输出端与所述减法器的被减数端连接；
所述减法器的输出端与所述反馈增益控制模块的输入端连接；
所述反馈增益控制模块的输出端与所述第二惯性组合滤波器的输入端连接；
所述第二惯性组合滤波器的输出端与所述减法器的减数端连接；
所述减法器的输出端与所述增益补偿模块的输入端连接；
所述增益补偿的输出端与所述噪声滤波器的输入端连接；
所述噪声滤波参数选择模块的输出端与所述噪声滤波器的输入端连接；
所述噪声滤波参数选择模块的输入端用于获取所述噪声滤波参数原始值和所述噪声滤波参数控制值。
14.根据权利要求13所述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，所述改进新型基础控制器的参数表达式为：
INFC(s)＝KIGCHEI(s)NF(s),
Figure FDA0003085262740000071
Figure FDA0003085262740000072
Figure FDA0003085262740000073
KGC＝1+KFGC，
Figure FDA0003085262740000074
Figure FDA0003085262740000075
其中，INFC(s)为所述改进新型基础控制器的传递函数；KIGC为输入增益控制模块的增益；HEI(s)为高效积分器的传递函数；ICFA(s)为第一惯性组合滤波器的传递函数；nICFA为所述第一惯性组合滤波器的阶次；THEI为所述高效积分器的时间常数；HPLO(s)为新型基础控制器的传递函数；KFGC为反馈增益控制模块的增益；KGC为增益补偿模块的增益；ICFB(s)为第二惯性组合滤波器的传递函数；nICFB为所述第二惯性组合滤波器的阶次；THPLO为改进新型基础控制器的时间常数；NF(s)为噪声滤波器的传递函数；TNFP为所述噪声滤波器的噪声滤波参数。
15.根据权利要求11所述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，所述超前滞后观测器包括超前单元和惯性滞后单元；
所述超前单元的输出端与所述惯性滞后单元的输入端连接；
所述超前单元用于获取所述控制器输出信号和所述超前时间常数控制值；
所述惯性滞后单元用于获取所述惯性滞后时间常数给定并输出观测器输出信号。
16.根据权利要求15所述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，所述超前滞后观测器包括超前单元和惯性滞后单元；
所述超前滞后观测器的参数表达式为：
L/L:O(s)＝LL(s)ILL(s),
LL(s)＝1+TLLs,TLL＝LTCCV(t),
Figure FDA0003085262740000081
TILL＝ILTCG(t)
其中，L/L:O(s)为超前滞后观测器的传递函数；LL(s)为超前单元的传递函数；TLL为超前单元的超前时间常数；LTCCV(t)为超前时间常数控制值；ILL(s)为惯性滞后单元的传递函数；TILL为惯性滞后单元的惯性滞后时间常数；ILTCG(t)为惯性滞后时间常数给定。
17.根据权利要求11所述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，所述非线性偏差积分控制模块包括平方根运算单元、比较器和积分控制器；
所述平方根运算单元用于获取预设的高频噪声功率增益给定并输出第一平方根运算信号至所述比较器，所述平方根运算单元还用于获取所述第二高频噪声功率增益并输出第二平方根运算信号至所述比较器；
所述比较器用于获取所述第一平方根运算信号和所述第二平方根运算信号，并输出比较信号；
所述积分控制器用于获取所述比较信号，并输出积分控制信号。
18.根据权利要求17所述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，还包括：将常数1输入至所述积分控制器的TI输入端。
19.根据权利要求18所述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，所述比较器的参数表达式为：
Figure FDA0003085262740000091
ISG(t)＝SSRO:A(t),
ISF(t)＝SSRO:B(t)
其中，SC(t)为比较信号；ISG(t)为比较器的正端输入信号；SSRO:A(t)为第一平方根运算信号；ISF(t)为比较器的负端输入信号；SSRO:B(t)为第二平方根运算信号；DZC为比较器的死区。
20.根据权利要求11所述的高频噪声功率增益的自动跟踪方法，其特征在于，所述高频噪声功率增益计算模块的参数表达式为：
Figure FDA0003085262740000092
Figure FDA0003085262740000093
Figure FDA0003085262740000094
Figure FDA0003085262740000095
OSSO:B(t)＝[OSHPF:B(t)]2,
Figure FDA0003085262740000096
Figure FDA0003085262740000097
Figure FDA0003085262740000098
OSSO:A(t)＝[OSHPF:A(t)]2
其中，HFNPG(t)为第二高频噪声功率增益；L-1表示拉普拉斯反变换；MOV:B(s)为平均值运算B的传递函数；HPF:B(s)为高通滤波B的传递函数；OSHPF:B(t)为高通滤波B输出信号；OSSO:B(t)为平方运算B输出信号；IS:B(t)为输入信号B；MOV:A(s)为平均值运算A的传递函数；HPF:A(s)为高通滤波A的传递函数；OSHPF:A(t)为高通滤波A输出信号；OSSO:A(t)为平方运算A输出信号；IS:A(t)为输入信号A；MOV:A(s)为平均值运算A的传递函数；OSSO:A(t)为平方运算A输出信号；IS:A(t)为输入信号A；TMT为MOV:B(s)和MOV:A(s)共同的平均时间长度；THPF为HPF:B(s)和HPF:A(s)共同的高通滤波时间常数。
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