基于小波变换的拖拉机轮速信号预处理方法研究_刘尧.pdf
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1、2 0 2 3年第9期基于小波变换的拖拉机轮速信号预处理方法研究刘 尧(鹤壁职业技术学院 机电工程学院,河南 鹤壁 4 5 8 0 3 0)摘 要:轮速信号作为拖拉机滑转率测量中一项重要参数,必须保证其精确性,传感器直接测得的轮速信号容易受到噪声的干扰,使将轮速信号作为输入的各种控制系统出现控制失误。本文针对拖拉机轮速传感器信号的特点设计了基于小波变换的软硬折衷阈值函数信号预处理方法,使用C a r s i m仿真拖拉机轮速原始信号,并加入信噪比为6 0的白噪声。从几种小波去噪方法的结果可以看出,软硬折衷阈值函数小波去噪法优于其他任何普通的小波去噪算法,去噪后信号的信噪比为5 6.4 4 0,
2、均方误差为0.0 0 4 2,证明小波变换去噪方法用于拖拉机驱动轮转速信号的预处理是可行的。关键词:农业机械;拖拉机;信号处理;小波变换 中图分类号:U 4 6 3.3 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 9-0 0 1 4-0 3R e s e a r c ho nP r e p r o c e s s i n gM e t h o do fT r a c t o rW h e e l S p e e dS i g n a lB a s e do nW a v e l e tT r a n s f o r mL i uY a o(H e b iP o
3、 l y t e c h n i c,S c h o o l o fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,H e n a nH e b i 4 5 8 0 3 0)A b s t r a c t:A s o n e o f t h em o s t i m p o r t a n t p a r a m e t e r s i n t h em e a s u r e m e n t o f t r a c t o r s l i p r a t i o,w h e e l s p e e d s i g n a lm u s te n s u r
4、e i t s a c c u r a c y.N o i s e sm a k e t r a c t o rw h e e l s p e e d s i g n a l a s i g n i f i c a n t f l u c t u a t i o n,w h i c hm a y c a u s e c o n t r o l s y s t e mf a i l-u r e.W eu s eC a r s i ms i m u l a t i o ns o f t w a r e t og e t a c t u a l t r a c t o rw h e e l s p
5、e e ds i g n a l,a n da d dw h i t en o i s ew h i c hS N R(s i g n a lt on o i s e r a t i o)i s 6 0t o t h eo r i g i n a l s i g n a l.F r o mt h e r e s u l t so f s e v e r a lw a v e l e td e n o i s i n gm e t h o d s c o n c l u d e t h a t t h es o f t-h a r dc o m p r o m i s e t h r e s h
6、 o l d f u n c t i o nw a v e l e td e n o i s i n gm e t h o d i sb e t t e r t h a na n yo t h e ro r d i n a r yw a v e l e td e n o i s i n gm e t h-o d s.T h eS N Ro f d e n o i s e ds i g n a l i s 5 6.4 4 0a n d t h eM S E(m e a ns q u a r e e r r o r)i s 0.0 0 4 2.T h ew a v e l e t t r a n
7、s f o r md e n o i s-i n gm e t h o d i s f e a s i b l e t or e m o v en o i s e f r o mt r a c t o rd r i v i n gw h e e l s p e e ds i g n a l.K e yw o r d s:A g r i c u l t u r em a c h i n e r y;T r a c t o r s;S i g n a l p r o c e s s i n g;W a v e l e t t r a n s f o r m基金资助:鹤壁职业技术学院校本科技类一般课
8、题项目“智能车辆换道控制策略研究”(编号:2 0 2 2-K J Y B-0 1 2)作者简介:刘尧(1 9 9 1)男,河南安阳人,汉族,助教,硕士研究生,研究方向车辆系统动力学。1 小波变换在拖拉机轮速信号去噪中的应用分析1.1 小波变换去噪可行性与必要性小波(W a v e l e t),顾名思义,就是小的波形。所谓“小”是指它具有衰减性;其中“波”意味着其具有一定的波动性,以及它的震荡呈现正负相隔的状态。将其和傅氏变换比较可以得到小波变换为一种将时间或空间在频率上进行局部化的分析手段。1 9 7 0年以后,随着A.C a l d e r o n表达公式被发现、无界限基函数的透彻探索以及
9、在H a r d y发现的空间内将原子进行分解方法都为小波变换的出现准备了完善的理论基础。文献1对小波理论的普及与迅速发展起了极大的促进作用。将傅氏变换、窗口傅氏叶变换与小波变换相比较,它为一种在时间和频率上的分区变换,可以很高效地在原始信号里抽取有用信息,经过伸展缩小以及平行移动等计算实现了尺度细化分析,处理了傅里叶变换不能处理的很多问题2。很多拖拉机电控系统以轮速信号作为参考参数。要求驱动轮转速必须尽可能地去除噪声信号,所以利用小波变手段对拖拉机轮速值进行除噪处理是可行而且必要的。1.2 拖拉机轮速信号去噪过程分析拖拉机轮速信号是以一定采样频率采样得到的一组与采样时刻一一对应的速度值。允许
10、用带噪声干扰信号模型近似为:f(t)=s(t)+n(t)(1)式中,f(t)为含噪声的轮速信号;s(t)为不带噪声的轮速信号;n(t)可以假设成均值为0,方差为1的高斯白噪声。因为轮速信号是一组连续观测信号,所以首先对f(t)作离散化小波转换得到:wf(j,k)=ws(j,k)+wn(j,k);j=0,1,2,J;k=0,1,2,N(2)图1 小波去噪算法流程框图式中,wf(j,k)为含有噪声的轮速信号在第j层小 波 分 解 上 的 小 波 系 数;ws(j,k)是 不 包 含 噪 声 的轮速信号在第j层小波分解上的小波系数;wn(j,k)为噪声信号在第j层小波分解上的小波系数;N信号的长度;
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