基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及諧波檢測(cè)理論與方法研究.pdf

1、數(shù)字濾波器作為數(shù)字信號(hào)處理的主要單元,已廣泛應(yīng)用于電子、通信、圖像處理等各個(gè)領(lǐng)域,而精確檢測(cè)電力系統(tǒng)諧波已成為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件。本論文文重點(diǎn)闡述了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的FIR數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)及電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)理論與方法。
　　 針對(duì)一維FIR線性相位數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)問(wèn)題,首先提出了一種以余弦基函數(shù)作為隱層激勵(lì)函數(shù)的非等波紋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。為進(jìn)一步控制濾波器的通帶及阻帶波動(dòng),提出了等波紋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。該方法通過(guò)對(duì)

2、加權(quán)誤差函數(shù)的調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的等波紋一維FIR線性相位濾波器設(shè)計(jì)。論文證明了該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法能收斂到全局最小點(diǎn),仿真設(shè)計(jì)結(jié)果表明了該設(shè)計(jì)方法的有效性和優(yōu)越性。
　　 二維數(shù)字濾波器被廣泛應(yīng)用于圖像處理和其他二維數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。本文根據(jù)二維FIR數(shù)字濾波器的幅頻響應(yīng)特性,將一維FIR線性相位濾波器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法拓展到二維FIR線性相位數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。首先提出了象限對(duì)稱(chēng)二維濾波器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法,并由此拓展到任意幅頻

3、響應(yīng)二維FIR線性相位數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出了等波紋二維FIR線性相位數(shù)字濾波器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理論與方法。該方法能有效地控制二維濾波器的通帶及阻帶波動(dòng),取得了比最小二乘法、閉式最小二乘法、半定規(guī)劃算法等常規(guī)設(shè)計(jì)方法更好的設(shè)計(jì)結(jié)果。
　　 針對(duì)許多數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中對(duì)復(fù)數(shù)FIR數(shù)字濾波器的需求,本文提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)FIR濾波器設(shè)計(jì)理論與方法。針對(duì)一維及二維FIR濾波器的頻率響應(yīng)特性,提出通過(guò)同時(shí)將濾波器幅值和相

4、位誤差最小化,從而獲得濾波器系數(shù)的研究方案,并在此基礎(chǔ)上,分別研究了一維及二維復(fù)數(shù)FIR濾波器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。仿真結(jié)果表明,相比于半定規(guī)劃算法、加權(quán)最小二乘方法、最大誤差最小化方法,該方法在通帶波動(dòng)、阻帶衰減、群時(shí)延誤差及CPU計(jì)算時(shí)間方面都能獲得更好的設(shè)計(jì)效果。
　　 隨著寬帶數(shù)字系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,窄過(guò)渡帶寬FIR濾波器設(shè)計(jì)方法成為寬帶數(shù)字信號(hào)處理研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要內(nèi)容。本文研究了基于頻率響應(yīng)屏蔽(FRM)技術(shù)的窄過(guò)渡帶寬

5、FIR數(shù)字濾波器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理論與方法。根據(jù)構(gòu)成FRM濾波器的各子濾波器的頻率響應(yīng)特性,提出了非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,該方法把所有子濾波器的系數(shù)當(dāng)成一個(gè)向量同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化,避免了大量子濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程。同時(shí)該方法具有移植性強(qiáng)的特點(diǎn),可以很方便地?cái)U(kuò)展到多層FRM濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí),針對(duì)FRM濾波器設(shè)計(jì)的高度非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題,提出了將該非線性問(wèn)題分解為幾個(gè)線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。仿真結(jié)果表明,相比于已存在的加權(quán)最小二乘方

6、法、半定規(guī)劃算法、遺傳算法等,這兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法設(shè)計(jì)的FRM濾波器在通帶波動(dòng)及阻帶衰減等方面具有更好的性能。
　　 針對(duì)電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題,論文首先提出了基于加窗FFT及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)整次諧波分析方法；由于該方法的諧波分析精度很大程度上有賴(lài)于加窗FFT的頻率校正精度,為此提出了完全由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立完成的諧波分析方法;在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了高精度寬范圍神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)諧波分析方法,該方法即使在電力系統(tǒng)頻率在40-60Hz范圍波動(dòng)時(shí),在非