基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法及转速噪声抑制模块技术

本发明专利技术公开了一种基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法及转速噪声抑制模块，在柴油发电机组转速控制系统中，加入基于卡尔曼滤波器控制算法，从而抑制控制及测量过程中的噪声污染，更好地分离出所需要的转速信号，提高了柴油机转速控制稳定性，在电网负载变化过程中转速能够完成平稳过渡，实现供电频率的恒定。转速噪声抑制模块采用微控制器，微控制器内的处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法。本发明专利技术可用于运动控制领域中转速控制系统。

【技术实现步骤摘要】
基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法及转速噪声抑制模块
本专利技术涉及一种柴油机转速控制方法，尤其涉及一种应用于船用柴油机的基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法及转速噪声抑制模块，属于柴油机

技术介绍
随着海洋事业的不断发展、船舶交流电力系统容量不断扩大、自动化程度不断提高，对船舶技术的需求和发电装置所发电能的质量要求也越来越高。电网频率是影响电能质量的关键因素，且与柴油机转速控制系统有着密切关系，转速的改变能造成电网频率的改变，若想保证柴油机电力系统频率稳定，就需要柴油发电机组实现转速稳定恒速运行，因此，为了实现柴油机的稳定运行、提高船舶电力系统电能质量，对柴油发电机组转速控制系统的研究、改进与设计显得十分关键。柴油机转速控制系统中转速控制一般采用PID控制技术，在柴油机转速系统中噪声干扰对控制系统的运行会产生一定的影响，不能达到良好的控制效果。为了满足现代工业发展对控制过程的高标准严要求，优化转速控制系统，调节柴油发电机转速保持其恒定尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法及转速噪声抑制模块，以解决现有技术中柴油发电机转速难以保持其恒定的不足，本专利技术应用在船用柴油发电机组转速控制系统中，对转速噪声进行抑制，采用卡尔曼滤波器与PID相结合的调节技术对控制系统中存在的噪声信号进行滤波，实现柴油机速度的稳定运行，从而实现提高柴油机发电电力系统频率稳定性。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：一种基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法，包括以下步骤：将测量噪声V、受到噪声污染的转速输出信号n输入到卡尔曼滤波器进行滤波后输入转速控制器，所述卡尔曼滤波器的滤波方法包括以下步骤：1、计算转速信号初始状态x(0)求得转速信号初始状态x(0)的统计特性，假设根据可得p(0)＝var[x(0)]；其中E表示取整函数，var表示求方差，p(0)表示估计协方差值；2、计算k＝1时刻的估计协方差p(1)；刷新该时刻的修正矩阵H(1)p(1)＝A(1)p(0)A(1)T+B(1)Q(0)B(1)T(1)H(1)＝p(1)C(1)T[C(1)p(1)C(1)T+R(1)]-1(2)式(1)中A(1)表示这一时刻输入输出之间的函数关系，B(1)表示系统控制矩阵，式(2)中C(1)表示测量矩阵，R(1)表示测量噪声协方差；3、计算k＝1时刻最优估计值；刷新均方误差矩阵P(1)P(1)＝[I-H(1)C(1)]p(1)(4)式(3)中y(1)表示观测到的信号矢量；将式(1)、(2)计算得到的p(1)、H(1)带入式(4)中就可获得P(1)，其中I表示单位矩阵；4、重复上述步骤即可获得k＝1、2......n任意时刻的最优估计值5、根据求得k时刻的转速输出值。一种转速噪声抑制模块，模块采用微控制器，微控制器内的存储器用于存储可执行指令，微控制器内的处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行前述基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法。本专利技术还可以通过以下技术措施进一步实现：前述基于卡尔曼滤波的柴油机转速噪声抑制方法，其中转速控制器采用PLC(可编程控制器)。前述基于卡尔曼滤波的柴油机转速噪声抑制方法，其中转速控制器采用PID控制方法。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：在柴油发电机组转速控制系统中，加入基于卡尔曼滤波器控制算法，从而抑制控制及测量过程中的噪声污染，更好地分离出所需要的转速信号，提高了柴油机转速控制稳定性，在电网负载变化过程中转速能够完成平稳过渡，实现供电频率的恒定。附图说明：图1为柴油发电机组系统结构图；图2为柴油发电机组转速控制系统框图；图3为基于卡尔曼滤波的柴油机转速控制系统框图；图4为卡尔曼滤波器计算流程图；图5为采用PLC的柴油机转速控制系统实施例图；图6为基于卡尔曼滤波的柴油机转速PID控制流程图。具体实施方式：下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。如图1所示，柴油发电机组系统由转速传感器、转速控制器、执行器、转速反馈单元以及柴油机(油门阀、飞轮)等组成。如图2、3所示是柴油发电机组转速控制系统框图，它是由转速控制系统、传动装置、发电机及用电负载组成。其中，柴油发电机组的转速控制系统是由转速控制器、执行器、转速传感器以及柴油机等组成。在整个转速控制系统控制算法中加入卡尔曼滤波器，来抑制转速控制器输出的转速及油门阀调节后检测到转速的噪声污染，将所需要的信号分离出来，将滤波后的转速信号反馈给转速PID控制器，降低噪声对整个控制系统的影响从而保证柴油机能够更稳定运行。图3中W是控制干扰噪声信号，V是测量噪声，n是受到噪声污染的转速输出信号，ne是经过卡尔曼滤波器修正后的转速输出信号。如图3所示是卡尔曼滤波器计算流程图，整个过程主要包括：预测和更新，具体工作流程如下：首先计算信号初始状态x(0)，通过系统获得信号初始状态x(0)的统计特性，假设根据可得p(0)＝var[x(0)]。式中p(0)表示估计协方差。然后计算p(1)和刷新这一时刻的修正矩阵H(1)。p(1)＝A(1)p(0)A(1)T+B(1)Q(0)B(1)T(5)H(1)＝p(1)C(1)T[C(1)p(1)C(1)T+R(1)]-1(6)式(5)中A(1)表示这一时刻输入输出之间的函数关系，B(1)表示系统控制矩阵，式(6)C(1)表示测量矩阵，R(1)表示测量噪声协方差。接着计算最优估计值，即：式(7)中y(1)表示观测到的信号矢量。刷新均方误差矩阵P(1)＝[I-H(1)C(1)]p(1)，将计算得到的p(1)、H(1)带入式中就可获得P(1)。其中I表示单位矩阵。重复以上步骤直至获得任意时刻的最优估计值最后根据求得每一个时刻的观测矢量转速输出值。上述基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法可以运行于转速噪声抑制模块中，模块采用微控制器，如单片机、ARM等。微控制器内的存储器用于存储可执行指令，微控制器内的处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法。如图5所示，为本专利技术的具体实施例的柴油机转速控制系统，包括：PLC连接输入输出模块、柴油机转速传感器、滑油压力继电器、触摸屏、报警模块及安全防护模块等，通过高速光纤通信电缆连接伺服放大器及伺服电机，控制电机来调节油门阀开度从而控制柴油发电机组转速能够稳定运行。控制系统通过转速传感器采集柴油机的转速信号，转速控制器采用卡尔曼滤波与PID相结合的控制方法，控制器将采集到的信号进行处理计算后来控制伺服系统，从而控制伺服电机来调节油门阀开度。其中，通过压力继电器对滑油压力进行检测，在系统异常时会发出报警信号。控制系统中的PLC还连接触摸屏HMI，触摸屏HMI是人机对话接口，通过触摸屏可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将测量噪声V、受到噪声污染的转速输出信号n输入到卡尔曼滤波器进行滤波后输入转速控制器，所述卡尔曼滤波器的滤波方法包括以下步骤：/n1)计算转速信号初始状态x(0)/n求得转速信号初始状态x(0)的统计特性，假设

【技术特征摘要】
1.一种基于卡尔曼滤波的转速噪声抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
将测量噪声V、受到噪声污染的转速输出信号n输入到卡尔曼滤波器进行滤波后输入转速控制器，所述卡尔曼滤波器的滤波方法包括以下步骤：
1)计算转速信号初始状态x(0)
求得转速信号初始状态x(0)的统计特性，假设根据可得p(0)＝var[x(0)]；其中E表示取整函数，var表示求方差，p(0)表示估计协方差值；
2)计算k＝1时刻的估计协方差p(1)；刷新该时刻的修正矩阵H(1)
p(1)＝A(1)p(0)A(1)T+B(1)Q(0)B(1)T(1)
H(1)＝p(1)C(1)T[C(1)p(1)C(1)T+R(1)]-1(2)
式(1)中A(1)表示这一时刻输入输出之间的函数关系，B(1)表示系统控制矩阵，式(2)中C(1)表示测量矩阵，R(1)表示测量噪声协方差；
3)计算k＝1时刻最优估计值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，贾炜，张帝，段后东，李肖，
申请(专利权)人：中船动力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32