用于对具有基本频率和谐振的振荡分量的周期性的含噪声的测量信号进行滤波的方法技术

本发明专利技术示出一种滤波器，所述滤波器能够对具有可变的基本频率和基本频率的谐振的振荡分量的周期性的有噪声的测量信号进行滤波，其方式为：将测量信号(MS)在滤波器(F)的截止频率高于基本频率(ω)的低通滤波器(LPF)中进行低通滤波；在滤波器(F)的至少一个自适应谐振滤波器(LPVHn)中，将测量信号(MS)的谐振的振荡分量(Hn)确定为基本频率(ω)的n倍，并且将至少一个谐振的振荡分量(Hn)添加给经低通滤波的测量信号(MS

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对具有基本频率和谐振的振荡分量的周期性的含噪声的测量信号进行滤波的方法
本专利技术涉及一种用于借助滤波器对具有基本频率和谐振的振荡分量的周期性的含噪声的测量信号进行滤波的方法。本专利技术还涉及这样的滤波器在测试台上的应用。
技术介绍
对于内燃机而言，有效扭矩、即用于内燃机和可能与其连接的组件(传动系、车辆)的质量惯性的加速度的扭矩是一个重要的变量。不幸的是，在没有大的测量技术方面的耗费的情况下，无法直接测量这种内部有效扭矩。尤其是在测试台上或者在街道上的车辆原型中，常常借助指示测量技术来测量指示的燃烧力矩。这基于对内燃机的气缸中的气缸压力的测量。一方面，这在测量技术上是耗费且昂贵的，并且因此仅在测试台上或在街道上的车辆原型中应用。但是，即使测量了指示的燃烧力矩，借此仍然不具有内燃机的有效扭矩，所述有效扭矩是在从指示的燃烧力矩中减去内燃机的摩擦力矩和其它损耗力矩时产生的。所述摩擦力矩或损耗力矩通常是未知的，并且此外当然也高度取决于运行状态(转速、扭矩、温度等)，但是也取决于内燃机的老化状态和负载程度。在其它扭矩发生器、例如电动马达中也可能产生类似的问题，在该处可能无法直接测量内部有效扭矩。在电动马达的情况下，内部有效扭矩将是例如气隙扭矩，所述气隙扭矩不能在不必采用变流器的信号的情况下直接测量。用于确定指示的燃烧力矩的高的设备方面的耗费的问题已经通过如下方式解决：利用观察器根据其它可测量的变量估计所述燃烧力矩。在US5771482A中，曲轴的测量变量例如用于估计所述燃烧力矩。但是当然，这通常又需要在曲轴上使用相应的测量技术，但是所述测量技术通常从开始就不存在。在US6866024B2中，在曲轴上也使用测量变量来估计指示的燃烧力矩。其中应用统计学信号处理方法(随机分析方法和频率分析技术)。但是这两种方式都不会引起有效扭矩。还已知其它的基于卡尔曼滤波器的观察器，所述观察器估计所引发的燃烧力矩。对此的一个实例是S.Jakubek等著，“desinnerenDrehmomentsvonVerbrennungsmotorendurchparametrischeKalmanfilterung使用参数卡尔曼滤波估算内燃机的内部扭矩”，自动化技术57(2009)8，第395-402页。卡尔曼滤波器通常在计算上是耗费的，并且因此仅能受限地用于实践使用。从JingNa等著，“VehicleEngineTorqueEstimationviaUnknownInputObserverandAdaptiveParameterEstimation通过未知输入观测器和自适应参数估算估算车辆发动机扭矩”，IEEETransactionsonVehicularTechnolog，卷：PP，发行：99，2017年8月14日中已知用于内燃机的有效扭矩的观察器。所述观察器设计为高增益观察器，其中，有效扭矩作为未知的输入。所述观察器基于对内燃机的曲轴上的转速和扭矩进行的滤波(低通)测量，并且所述观察器估计经滤波的有效扭矩，即内燃机的有效扭矩的平均值。高增益观察器基于以下事实：通过高的放大抑制通过测试装置的非线性建模而产生的非线性效应，或者将其抑制到背景中。非线性方式使该设计变得更加困难。附加地，通过对测量进行滤波，当然也会在测量信号中丢失很多信息。例如，因此不能将如由于在内燃机中的燃烧冲击而引起的扭矩振荡或由于在电动马达的变流器中的切换而引起的振荡的效应映射在所估计的有效扭矩中。由于测量噪声和/或系统噪声，测量信号通常带有噪声，因此应在进行进一步处理之前，例如在调节器中，对其进行滤波。附加地，某些应用的测量信号也包含具有基本频率和特定的谐振频率的谐振分量(谐波)的周期性振荡。在许多应用中，所述基本频率并且因此还有所述谐振频率不是恒定的，而是可变化的。这使得对这样的测量信号难以滤波。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是，提出一种滤波器，所述滤波器能够对有噪声的、周期性测量信号进行滤波，所述测量信号具有可变的基本频率的振荡和基本频率的谐波分量。根据本专利技术，所述目的通过如下方式实现：将测量信号在滤波器的截止频率高于基本频率的低通滤波器中进行低通滤波；在滤波器的至少一个自适应谐振滤波器中，将测量信号的谐振的振荡分量确定为基本频率的n倍，并且将所述至少一个谐振的振荡分量添加给经低通滤波的测量信号，并且将所得到的总和从测量信号中减去，并且将所得到的差用作到低通滤波器中的输入；并且将在低通滤波器中经低通滤波的第一测量信号作为经滤波的测量信号输出。所述方式能够实现简单地滤除在测量信号中的可能的噪声。在从测量信号中减去经低通滤波的测量信号与谐振的振荡分量之和之后，所述低通滤波器会在输入端处获得信号，在所述信号中缺少谐振的振荡分量。当然，因此，在滤波器的经滤波的输出信号中也缺少所述振荡分量，因此噪声和谐振的谐波都能够以简单的方式被滤除。在此，当然能够滤除任意的谐振的振荡分量。在所述谐振滤波器适配于变化的基本频率之后，所述滤波器自动地跟随变化的基本频率。以有利的方式，将所述至少一个谐振滤波器实现为正交系统，所述正交系统使用测量信号的d分量和q分量，其中，d分量与测量信号同相，而q分量与d分量相移90°；在到谐振滤波器中的输入与d分量之间建立第一传递函数，并且在到谐振滤波器中的输入与q分量之间建立第二传递函数；并且将传递函数的增益因子确定为谐振频率的函数。如果频率发生改变，那么传递函数的增益因子也会自动地改变，并且谐振滤波器会跟踪所述频率。在此，优选地，d分量作为谐振的振荡分量输出。在一个特别有利的设计方案中，将由所述低通滤波器输出的经低通滤波的测量信号在至少一个谐振滤波器中使用，以便能够由此确定当前的基本频率。因此，能够使滤波器完全自动地调整到变化的基本频率上。如果利用根据本专利技术的滤波器同时对多个测量信号进行滤波，那么有利的是，借助另外的滤波器对另外的测量信号进行滤波，并且将由所述另外的滤波器的低通滤波器输出的经低通滤波的另外的测量信号用在其它滤波器的至少一个谐振滤波器中，以便由此确定当前的基本频率。以这种方式，这两个滤波器能够简单地彼此同步。附图说明下面参考附图1至7更详细地阐述本专利技术，所述附图示例性地、示意性地并且非限制性地示出本专利技术的有利的设计方案。在此，示出：图1示出用于估计有效扭矩的根据本专利技术的观察器结构；图2示出在测试台上的具有扭矩发生器和扭矩吸收器的测试装置；图3示出测试装置的物理模型；图4示出根据本专利技术的滤波器的结构；图5示出根据本专利技术的滤波器的谐振滤波器的结构；图6示出观察器和滤波器的可行的组合；和图7示出观察器和滤波器在测试台上的应用。具体实施方式本专利技术基于一种动态技术系统，所述动态技术系统具有扭矩发生器DE，例如内燃机2或电动马达或其组合，以及与所述扭矩发生器连接的扭矩吸收器DS，例如在图2中示出的。扭矩吸收器DS是对于扭矩发生器DE的负载。在用于扭矩发生器DE的测试台1(例如图2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于利用滤波器(F)对周期性的有噪声的测量信号(MS)进行滤波的方法，所述测量信号具有基本频率(ω)和基本频率(ω)的谐振的振荡分量(Hn)，其特征在于，将测量信号(MS)在滤波器(F)的截止频率高于基本频率(ω)的低通滤波器(LPF)中进行低通滤波；在滤波器(F)的至少一个自适应谐振滤波器(LPVHn)中，将测量信号(MS)的谐振的振荡分量(Hn)确定为基本频率(ω)的n倍，并且将至少一个谐振的振荡分量(Hn)添加给经低通滤波的测量信号(MS

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171229 AT A51088/20171.一种用于利用滤波器(F)对周期性的有噪声的测量信号(MS)进行滤波的方法，所述测量信号具有基本频率(ω)和基本频率(ω)的谐振的振荡分量(Hn)，其特征在于，将测量信号(MS)在滤波器(F)的截止频率高于基本频率(ω)的低通滤波器(LPF)中进行低通滤波；在滤波器(F)的至少一个自适应谐振滤波器(LPVHn)中，将测量信号(MS)的谐振的振荡分量(Hn)确定为基本频率(ω)的n倍，并且将至少一个谐振的振荡分量(Hn)添加给经低通滤波的测量信号(MSF)，并且将所得到的总和从测量信号(MS)中减去，并且将所得到的差用作到低通滤波器(LPF)中的输入；并且由滤波器(F)将在低通滤波器(LPF)中经低通滤波的第一测量信号(MSF)作为经滤波的测量信号(MSF)输出。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述至少一个谐振滤波器(LPVHn)实现为正交系统，所述正交系统使用测量信号(MS)的d分量和q分量，其中，d分量与测量信号(MS)同相，而q分量相对于d分量相移90°；在到谐振滤波器(LPVHn)中的输入(v)与d分量之间建立第一传递函数(Gd)，并且在到谐振滤波器(LPVHn)中的输入(v)与q分量之间建立第二传递函数(Gq)；并且将传递函数(Gd、Gq)的增益因子(kd、kq)确定为谐振频率(ωn)的函数。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述d分量用作谐振的振荡分量(Hn)。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·S·瓦达马鲁，C·贝德尔，M·比尔，
申请(专利权)人：AVL李斯特有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT