CN104410387A - 一种信号变化量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种信号变化量计算方法，属于电子技术领域，该方法包括以下步骤：步骤一、通过信号临时变量的存储，将信号依次存入对应的向量中；步骤二、向量最大值和最小值之差、判断当前信号变化状态；步骤三、信号实时变化量的计算；步骤四、实时变化量积分计算以及积分器的定时初始化。所述步骤一通过向量索引值将输入变量存储到不同的存储单元。本能发明方法克服了现有技术中“滤波前的值和滤波后的值可能差别并不大，得到的变化量是一个很小的数”等技术难题，实现“不仅能得到信号的实时变化量大小，还能在固定时间步长内统计信号的变化幅度”的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及信号量计算方法。
背景技术
电子控制领域中经常用到某个信号的变化量来判断系统状态，以便采取合理的措施进行控制。目前程序中一般采用滤波的方法得到信号的变化量，如附图1所示。利用滤波器实现这种功能优点是计算信号变化量响应快，但存在两个缺点，一是输入信号相同时得到的滤波值跟滤波器的滤波系数有关，所以得到的信号变化量并不是信号的实际变化量。二是当信号变化缓慢时，滤波前的值和滤波后的值可能差别并不大，得到的变化量是一个很小的数。如果实际工程中对信号变化量有特殊要求时，便不能满足需求。
发明内容
针对相关技术领域文献和以上现有技术的不足，在大量现有文献研究和长期在相关领域研发实践的基础上，本发明提出“一种信号变化量计算方法”，克服了现有技术中“滤波前的值和滤波后的值可能差别并不大，得到的变化量是一个很小的数”等技术难题，通过“信号临时变量的存储(将信号依次存入对应的向量中)、向量最大值和最小值之差、判断当前信号变化状态(上升还是下降)、信号实时变化量的计算、实时变化量积分计算以及积分器的定时初始化”，实现“不仅能得到信号的实时变化量大小，还能在固定时间步长内统计信号的变化幅度”的有益效果。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种信号变化量计算方法，该方法包括以下步骤：步骤一、通过信号临时变量的存储，将信号依次存入对应的向量中；步骤二、向量最大值和最小值之差、判断当前信号变化状态；步骤三、信号实时变化量的计算；步骤四、实时变化量积分计算以及积分器的定时初始化。所述步骤一通过向量索引值idx将输入变量存储到不同的存储单元。)所述步骤二根据当前向量的Y的最大值和最小值之差为T0dif＝max(Y)-min(Y)；所述步骤三信号的实时变化量为所述步骤四将信号实时变化量TDif作为积分器的输入，输出为TDif_INT，代表信号变化量在一定时间内的累加值，积分器每隔固定的时间重置一次。所述步骤四还包括初始化计数器CoolIn_Accum，当使能条件为idx大于设定值，TCoolIn_Accum累加一次，当累加结果超过设定的阀值时，触发条件trigger＝1，初始化计数器和积分器INTT，计算时TCoolIn_Accum不断的累加和初始化，控制积分器INTT的初始化时间步长。设定的阀值越大，积分器INTT的初始化时间步长越大，阀值设置的越高，积分器INTT输出值TDif_INT越大。如果T-in变化较慢提高阀值的值。
本发明具备的有益效果是：通过信号临时变量的存储(将信号依次存入对应的向量中)、向量最大值和最小值之差、判断当前信号变化状态(上升还是下降)、信号实时变化量的计算、实时变化量积分计算以及积分器的定时初始化，本发明不仅能得到信号的实时变化量大小，还能在固定时间步长内统计信号的变化幅度。固定时间步长内对信号变化幅度进行统计主要是考虑到当信号变化缓慢时提高变化量解析度而计算的。
附图说明
图1为本发明具体实施例的滤波方法计算信号的变化量；
图2是本发明具体实施例的积分方法得到信号的变化量；
图3是本发明具体实施例的信号存储规则图；
图4是本发明具体实施例的采用较大滤波系数仿真图；
图5是本发明具体实施例的采用较小滤波系数仿真图；
图6是本发明具体实施例的信号仿真图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的控制系统，相互间的连接关系，及实施方法，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
图1为目前程序中广泛采用的滤波方法，对信号var进行滤波得到滤波后的值LPT(var)，var和LPT(var)之差dif(var)即为信号var的变化量。
针对于采用滤波器计算信号变化量的优缺点，采用积分的方法对信号变化进行计算，这种方法的特点是即可以计算信号变化量实时值、又可以在固定的时间内对信号的变化进行积分，算出固定时间步长内信号变化量的累加值。
积分的方法如图2所示，假设输入信号为T_in，图中的PN_Grad子模块是判断当前的T_in是正向变化还是负向变化，如果正向变化则输出1；如果负向变化则输出-1。
Assignment子模块是将T_in以此存入一个向量中。向量索引值为idx(可根据需要设定)。idx越大计算的信号变化量差值越大，这里以idx＝0,1,2,3为例，存储的规则如图3所示：
当idx＝0时，Y[0]＝T_in；idx＝1时，Y[1]＝T_in；idx＝2时，Y[2]＝T_in；idx＝0时，Y[3]＝T_in。
图2中的T0dif为当前向量Y的最大值和最小值之差，计算公式为：
T0dif＝max(Y)-min(Y)
图2中的TDif代表信号的实时变化量，算法为：
信号实时变化量TDif作为积分器的输入，输出为TDif_INT，代表信号变化量在一定时间内的累加值，积分器每隔固定的时间重置一次。
TCoolIn_Accum相当于积分器INTT的初始化计数器，使能条件为idx>2,这里选2是因为idx最大值为3，当idx＝3时3>2满足使能条件；也就是idx超过2时TCoolIn_Accum累加一次，当累加结果超过设定的阀值2时，触发条件trigger＝1，初始化计数器和积分器INTT。计算时TCoolIn_Accum不断的累加和初始化，控制积分器INTT的初始化时间步长。设定的阀值越大，积分器INTT的初始化时间步长越大。因此阀值设置的越高，积分器INTT输出值TDif_INT越大。如果T-in变化较慢，为了得到明显的信号变化量，可以将阀值设置的较大。
积分器INTT使能条件可以根据实际工程的需要进行设置，本例中为测试此算法的有效性只简单的设置了一个简单的使能条件，如图2所示，如果T_in>VAL_enTINT则满足积分器INTT的条件。
以下用同样的输入信号T_in，分别建立滤波器计算模型和积分器计算模型，对这两种算法进行了简单的对比。
利用滤波方法计算信号变化量仿真曲线如图4所示。
图中T_in为输入信号，T_filter为T_in经低通滤波后的信号，T_diff为T_in和T_filter之差，代表T_in的变化量。
通过仿真发现，该方法能体现出信号的变化量。如图中的T_diff，如果T_Dif大于0，说明此时信号T_in正在升高，T_diff体现T_in升高的量；反之，如果T_diff小于0，说明此时信号T_in正在降低，T_diff体现T_in降低的量。
如果滤波系数设置的较大，如图4所示，这样会将T_filter和T_in区分开来，得到的T_diff较大。但是滤波后的信号T_filter会在时间上对于T_in有一个较大的延迟，滤波系数越大信号T_filter相对于T_in延迟时间越长，所以这样变化量T_diff并不能体现T_in变化的实行性。
如果滤波系数设置的较小，虽然滤波后的信号T_filter在时间上对于T_in没有明显的延迟，但是滤波后的信号T_filter和T_in相比相差不大，得到的变化量T_diff将会是一个较小的值，滤波系数越小，或者信号变化越缓慢，T_diff越接近0。
因此利用滤波方法计算信号变化量要根据实际的信号选择合理的滤波系数。利用积分方法计算信号变化量仿真曲线如图5所示。
图6中T-in为输入信号，与图4和图5中的输入信号相同。TDif为T-in变化量，如图2所示，为积分器的输入值。TDif-INT为对TDif积分后的值。trigger为触发条件，作为积分器的初始条件。
采用积分的方法对信号T_in计算时，系统每隔一个固定的时间步长都要置位一次(trigger)，对积分器进行初始化。这个时间步长可通过触发函数来实现。如图所示，当T_in变大时，仿真得到的差值TDif大于0(通过PN_Grad子模判断)，表示当前T_in处于上升的趋势，对TDif积分得到的TDif_INT逐渐递增；T_in减小时，得到的差值TDif小于0，表示当前T_in处于逐渐减小的趋势，对TDif积分得到的TDif_INT逐渐递减。
对比滤波器方法计算信号变化量和积分方法计算信号变化量这两种方法，可看到积分器方法不存在TDif和T_in时间延迟问题，且TDif表示T_in的绝对变化量。如果T_in变化量变化更缓慢导致TDif很小时，可通过TDif_INT体现T_in在某个固定时间内的变化总值。
实际工程中可结合T_in的实时变化量TDif和固定时间步长内T_in的积分值TDif_INT两个值来对信号T_in的变化进行处理，采用合理的措施来对目标系统进行控制。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的执行步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明并不局限于上述特定实施例，在不脱离本发明精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明做出各种相应改变和变形，这些相应对本发明进行的修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护的范围当中。
Claims (8)
1.一种信号变化量计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、通过信号临时变量的存储，将信号依次存入对应的向量中；
步骤二、向量最大值和最小值之差、判断当前信号变化状态；
步骤三、信号实时变化量的计算；
步骤四、实时变化量积分计算以及积分器的定时初始化。
2.根据权利要求1所述的信号变化量计算方法，其特征在于，所述步骤一通过向量索引值idx将输入变量存储到不同的存储单元。
3.根据权利要求1所述的信号变化量计算方法，其特征在于，所述步骤二根据当前向量的Y的最大值和最小值之差为T0dif＝max(Y)-min(Y)。
4.根据权利要求1所述的信号变化量计算方法，其特征在于，所述步骤三信号的实时变化量为
5.根据权利要求1所述的信号变化量计算方法，其特征在于，所述步骤四将信号实时变化量TDif作为积分器的输入，输出为TDif_INT，代表信号变化量在一定时间内的累加值，积分器每隔固定的时间重置一次。
6.根据权利要求1所述的信号变化量计算方法，其特征在于，所述步骤四还包括初始化计数器CoolIn_Accum，当使能条件为idx大于设定值，TCoolIn_Accum累加一次，当累加结果超过设定的阀值时，触发条件trigger＝1，初始化计数器和积分器INTT，计算时TCoolIn_Accum不断的累加和初始化，控制积分器INTT的初始化时间步长。
7.根据权利要求6所述的信号变化量计算方法，其特征在于，设定的阀值越大，积分器INTT的初始化时间步长越大，阀值设置的越高，积分器INTT输出值TDif_INT越大。
8.根据权利要求6所述的信号变化量计算方法，其特征在于，如果T-in变化较慢提高阀值的值。
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