[发明专利]一种利用最小中值法剔除野值的机电系统信号滤波方法

说明书

本发明公开了一种利用最小中值法剔除野值的机电系统信号滤波方法。对于机电系统的离散信号，首先求解直线模型，再次进行计算偏差平方并求中位数操作；通过中位数和当前最佳模型参数，得到野值判别的阈值参数M_i；将偏差平方小于野值判别的阈值参数的点放入内点集内；得到野值修正后的最近L个数据点，以此为基础通过数字滤波器得到最终的输出值。本发明克服了机电系统已有方法依赖阈值和连续误判的问题。

技术领域

本发明涉及机电系统领域，具体涉及一种利用最小中值法剔除野值的机电系统信号滤波方法。

背景技术

在设计机电伺服系统时，一般要对系统中存在的干扰和噪声进行处理。对于连续的信号干扰比如工频干扰，我们一般通过数字滤波加以抑制。但如果干扰只间隔出现在某些时刻，且严重偏离正常值，那么普通的数字滤波将是一柄双刃剑：为了平滑这些零星的大幅跳变，数字滤波器的带宽被不断压低，这导致整个机电伺服系统的性能出现下降。这些零星出现的跳变值一般被称为野值，在工程实践中一般因不可靠的通信产生。比如两台未作时钟同步的机器，在传输信号时接收方会出现重复读或者漏读数据，如果后续需要对读取的数据进行差分运算则会出现大幅的跳变值，严重影响机电伺服系统的性能。对于这类离散信号中出现的野值，目前通常采取的处理方法有两种。

第一种方法首先根据经验选取信号在正常情况下的最大变化幅度，然后将较上一时刻变化幅度大于阈值的点看作野值进行插补。如果信号本身的变化速度很快，这种固定阈值的方法很难正确检测出野值。

为解决这一问题产生了第二种方法，即先预测再检测的方法。假设信号变化速度在短时间内保持不变，首先根据前两个时刻的数据点线性外插得到当前时刻的预测值，再根据当前值和预测值的差判断是否为野值，最后再对可能的野值进行插补。第二种方法虽然可以一定程度上适应信号的变化调整判别野值的条件，但是仍然需要提供判别阈值。事实上，第一种方法可以看作是利用零阶外插进行预测，第二种方法仅将外插的阶次提高到一阶，两种方法都需要事先指定固定的阈值。如果阈值选取不当，可能导致误判乃至连续的误判。假如将当前时刻的正常值判为野值，并对其进行插补，则因为插补值取代了当前值，所以下一时刻很可能同样出现误判，进而引发连锁反应导致一系列的误判。

发明内容

本发明提供一种利用最小中值法剔除野值的机电系统信号滤波方法，兼顾实时性和准确性，克服了已有方法依赖阈值和连续误判的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种利用最小中值法剔除野值的机电系统信号滤波方法，所述滤波方法具体包括一下步骤：

步骤1：对于机电系统的离散信号r(n)，使用长度为L的定长队列存储最近的历史数据，记为数列y_n＝r(k-L+n)，n＝1,...,L，其中k为当前时刻；

步骤2：记数列{y_n}中下标差为m的所有两两组合为{y_i,y_i+m},i＝1,2,...,(L-m)，即{y₁,y_m+1},{y₂,y_m+2},...,{y_L-m,y_L}；

步骤3：对步骤2中的每一种组合首先求解直线模型，再次进行计算偏差平方并求中位数操作；

步骤4：通过步骤3的操作得到(k_i,b_i,M_i),i＝1,2,...,(L-m)，通过中位数和当前最佳模型参数，得到野值判别的阈值参数M_i；

步骤5：遍历步骤2的数列{y_n}，求出第i个点的偏差平方，并将偏差平方小于野值判别的阈值参数的点放入内点集内；

步骤6：对步骤5的内点集作最小二乘直线拟合，用其结果替换步骤4的最佳模型参数