RU2110883C1 - Adaptive filter for estimating transient processes - Google Patents

Adaptive filter for estimating transient processes Download PDF

Info

Publication number
RU2110883C1
RU2110883C1 RU93001061A RU93001061A RU2110883C1 RU 2110883 C1 RU2110883 C1 RU 2110883C1 RU 93001061 A RU93001061 A RU 93001061A RU 93001061 A RU93001061 A RU 93001061A RU 2110883 C1 RU2110883 C1 RU 2110883C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filter
output
input
adder
correction
Prior art date
Application number
RU93001061A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93001061A (en
Inventor
Ю.А. Юркин
А.В. Гаврилов
Original Assignee
Юркин Юрий Анатольевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юркин Юрий Анатольевич filed Critical Юркин Юрий Анатольевич
Priority to RU93001061A priority Critical patent/RU2110883C1/en
Publication of RU93001061A publication Critical patent/RU93001061A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2110883C1 publication Critical patent/RU2110883C1/en

Links

Abstract

FIELD: computer engineering; filtering signals in special-purpose and hybrid computers and developing computer software. SUBSTANCE: proposed filter is modification of Kalman filter wherein additional parts and connections are introduced to implement optimal correction of filter according to Krasovskii RMS criterion; it incorporates correction filter and error estimating filter, this error being used to adjust main and correction filters with aid of nonterminal control algorithm. EFFECT: improved stability and accuracy of filtration of transient processes. 1 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для фильтрации сигналов в специализированных аналоговых и гибридных ЭВМ, а также для формирования программного обеспечения ЦВМ. The invention relates to computer technology and can be used to filter signals in specialized analog and hybrid computers, as well as for the formation of computer software.

Традиционная теория оптимального оценивания требует знания точной математической модели наблюдаемого процесса, а также статистических характеристик его шумов и шумов измерений [1-7]. На практике такое условие трудно обеспечить. В этих случаях традиционные методы фильтрации оказываются неприемлемыми. Наличие априорной неопределенности приводит к тому, что при реализации алгоритмов фильтрации возникают проблемы, связанные с устранением "расходимости" фильтра. Все применяемые методы устранения указанных недостатков связаны с изменением веса измерений [8,9] и приводят к созданию алгоритмов субоптимальной фильтрации и снижению качества процесса оценивания. The traditional theory of optimal estimation requires knowledge of the exact mathematical model of the observed process, as well as the statistical characteristics of its noise and measurement noise [1-7]. In practice, such a condition is difficult to provide. In these cases, traditional filtering methods are unacceptable. The presence of a priori uncertainty leads to the fact that when implementing filtering algorithms, problems arise associated with eliminating the "divergence" of the filter. All methods used to eliminate these shortcomings are associated with a change in the weight of measurements [8, 9] and lead to the creation of suboptimal filtering algorithms and a decrease in the quality of the estimation process.

Наиболее близким к предлагаемому является фильтр Калмана [3], структура которого представлена на чертеже. Этот фильтр содержит последовательно соединенные вычитающий сумматор 1, блок переменных коэффициентов усиления 2, сумматор 3, интегратор 4, с выхода которого отфильтрованный сигнал в качестве обратной связи поступает на второй вход вычитающего сумматора 1, блок постоянных коэффициентов 5, выход которого соединен с вторым входом сумматора 3. Closest to the proposed filter is Kalman [3], the structure of which is shown in the drawing. This filter contains a series-connected subtracting adder 1, a block of variable gain 2, an adder 3, an integrator 4, the output of which the filtered signal as feedback is fed to the second input of the subtracting adder 1, a constant coefficient block 5, the output of which is connected to the second input of the adder 3.

Недостатком такого фильтра является низкая точность оценивания нестационарных процессов, особенно в условиях наличия неточной априорной информации о наблюдаемом процессе. Это значительно ограничивает область применения фильтра. The disadvantage of this filter is the low accuracy of estimation of non-stationary processes, especially in the presence of inaccurate a priori information about the observed process. This greatly limits the scope of the filter.

Техническим результатом изобретения является повышение точности фильтрации нестационарных процессов и обеспечение устойчивой работы фильтра в широком диапазоне условий изменения входного сигнала для расширения области применения. The technical result of the invention is to improve the accuracy of filtering non-stationary processes and ensuring stable operation of the filter in a wide range of conditions for changing the input signal to expand the scope.

Сущность изобретения заключается в том, что фильтр Калмана дополнен фильтром коррекции с элементами и связями, аналогичными фильтру Калмана, и блоком весовых коэффициентов, причем вход фильтра коррекции соединен с выходом вычитающего сумматора фильтра Калмана, а выход фильтра коррекции через блок весовых коэффициентов соединен с дополнительными входами сумматоров обоих фильтров. The essence of the invention lies in the fact that the Kalman filter is supplemented by a correction filter with elements and relationships similar to the Kalman filter and a weighting block, the input of the correction filter being connected to the output of the subtracting adder of the Kalman filter, and the output of the correction filter through the weighting block connected to additional inputs adders of both filters.

На чертеже представлена блок-схема адаптивного фильтра. The drawing shows a block diagram of an adaptive filter.

Фильтр состоит из фильтра Калмана I, фильтра коррекции II, вычитающих сумматоров 1,1', блоков переменных коэффициентов усиления 2,2', сумматоров 3,3', интеграторов 4,4', блоков постоянных коэффициентов 5,5', блока весовых коэффициентов 6. The filter consists of a Kalman I filter, correction filter II, subtracting adders 1.1 ', variable gain blocks 2.2', adders 3.3 ', integrators 4.4', constant coefficient blocks 5.5 ', weight coefficients block 6.

Адаптивный фильтр работает следующим образом. Adaptive filter works as follows.

На вход фильтра Калмана поступают результаты измерений. Эта информация на сумматоре 1 сравнивается с выходной величиной

Figure 00000002
фильтра Калмана. В результате этого формирует невязка Z*, которая через блок переменных коэффициентов усиления 2 поступает на сумматор 3 и далее на интегратор 4. На выходе интегратора 4 формируется оценка измерений
Figure 00000003
. Одновременно невязка Z*, содержащая случайную и систематическую составляющие, с выхода сумматора 1 поступает на фильтр коррекции. Фильтр коррекции производит обработку информации аналогично фильтру Калмана. На его выходе формируется оценка невязки
Figure 00000004
, которая поступает на блок весовых коэффициентов 6 и в вид величины Δu подается на дополнительные входы сумматоров 3 и 3'. В результате этого осуществляется настройка как фильтра Калмана, так и фильтра коррекции, устраняется смещение при получении оценки
Figure 00000005
и обеспечивается устойчивая работа фильтра в широком диапазоне условий изменения входного сигнала.The Kalman filter input receives measurement results. This information on the adder 1 is compared with the output value
Figure 00000002
Kalman filter. As a result of this, a discrepancy Z * is formed , which, through a block of variable gain factors 2, goes to the adder 3 and then to the integrator 4. At the output of the integrator 4, a measurement estimate is formed
Figure 00000003
. At the same time, the residual Z * , containing random and systematic components, from the output of the adder 1 is fed to the correction filter. The correction filter performs information processing similarly to the Kalman filter. At its output, an estimate of the residual is formed
Figure 00000004
, which is supplied to the block of weight coefficients 6 and in the form of the quantity Δ u is supplied to the additional inputs of the adders 3 and 3 '. As a result of this, both the Kalman filter and the correction filter are set up, the bias is eliminated upon receipt of the estimate
Figure 00000005
and provides stable filter operation in a wide range of conditions for changing the input signal.

Дополнение известного фильтра Калмана фильтром коррекции, имеющим ту же структуру, что и фильтр Калмана, позволяет повысить точность фильтрации существенно нестационарных процессов в условиях наличия грубой априорной информации о наблюдаемом процессе за счет выделения величины смещения выходного сигнала с последующей его коррекцией. Это позволяет расширить область применения предлагаемого фильтра. Supplementing the well-known Kalman filter with a correction filter having the same structure as the Kalman filter allows one to increase the accuracy of filtering substantially unsteady processes in the presence of rough a priori information about the observed process by isolating the magnitude of the offset of the output signal with its subsequent correction. This allows you to expand the scope of the proposed filter.

Источники информации
1. Андреев Н.И. Теория статистически оптимальных систем управления. - М. : Наука, 1980.
Sources of information
1. Andreev N.I. The theory of statistically optimal control systems. - M.: Science, 1980.

2. Браммер К. и Зиффлинг Г. Фильтр Калмана-Бьюиси. - М.: Наука, 1982. 2. Brammer K. and Ziffling G. Kalman-Buisey Filter. - M.: Science, 1982.

3. Казаков И.Е. Статистическая теория систем управления в пространстве состояний. М.: Наука, 1975. 3. Kazakov I.E. Statistical theory of control systems in the state space. M .: Nauka, 1975.

4. Основы автоматического управления. /Под ред. В.С.Пугачева. Изд. З. - М.: Наука, 1974. 4. The basics of automatic control. / Ed. V.S. Pugacheva. Ed. Z. - M .: Nauka, 1974.

Пугачев В. С. и Синицын И.Н. Стохастические дифференциальные системы. - М.: Наука, 1985. Pugachev V.S. and Sinitsyn I.N. Stochastic differential systems. - M.: Science, 1985.

Сейдж Э. П. и Уайт С.Ч. Оптимальное управление системами. - М.: Радио и связь, 1982. Sage E.P. and White S.Ch. Optimal system management. - M.: Radio and Communications, 1982.

7. Справочник по теории автоматического управления. /Под ред. А.А.Красовского. - М.: Наука, 1987. 7. Reference on the theory of automatic control. / Ed. A.A. Krasovsky. - M.: Science, 1987.

8. Фильтрация и стохастическое управление в динамических системах. /Под ред. К.Т. Леондеса. - М.: Мир, 1980. 8. Filtering and stochastic control in dynamic systems. / Ed. K.T. Leondes. - M .: Mir, 1980.

9. Кузовков Н. Т. и Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. - М.: Машиностроение, 1982. 9. Kuzovkov N. T. and Salychev O.S. Inertial navigation and optimal filtering. - M.: Mechanical Engineering, 1982.

Claims (1)

Адаптивный фильтр для оценивания нестационарных процессов, содержащий фильтр Калмана, вход которого является информационным входом адаптивного фильтра, а выход - выходом адаптивного фильтра и выполнен на последовательно соединенных вычитающем сумматоре, неинвертирующий вход которого является входом фильтра Калмана, блоке переменных коэффициентов усиления, сумматоре и интеграторе, выход которого является выходом фильтра Калмана и соединен с инвертирующим входом вычитающего сумматора, а с вторым входом сумматора - через блок постоянных коэффициентов, отличающийся тем, что введены корректирующий фильтр, аналогичный фильтру Калмана, и блок весовых коэффициентов, выход которого соединен с дополнительными входами сумматоров фильтра Калмана и корректирующего фильтра, вход которого соединен с выходом вычитающего сумматора фильтра Калмана, а выход - с входом блока весовых коэффициентов. An adaptive filter for evaluating non-stationary processes, containing a Kalman filter, the input of which is the information input of the adaptive filter, and the output is the output of the adaptive filter and is made on a series-connected subtracting adder, the non-inverting input of which is the input of the Kalman filter, a block of variable gain, adder and integrator, the output of which is the output of the Kalman filter and is connected to the inverting input of the subtracting adder, and with the second input of the adder through a constant coefficients, characterized in that a correction filter, similar to the Kalman filter, and a weight coefficient block are introduced, the output of which is connected to additional inputs of the Kalman filter adders and a correction filter, the input of which is connected to the output of the subtracting Kalman filter adder, and the output to the input of the weight block coefficients.
RU93001061A 1993-01-06 1993-01-06 Adaptive filter for estimating transient processes RU2110883C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93001061A RU2110883C1 (en) 1993-01-06 1993-01-06 Adaptive filter for estimating transient processes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93001061A RU2110883C1 (en) 1993-01-06 1993-01-06 Adaptive filter for estimating transient processes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93001061A RU93001061A (en) 1996-02-20
RU2110883C1 true RU2110883C1 (en) 1998-05-10

Family

ID=20135362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93001061A RU2110883C1 (en) 1993-01-06 1993-01-06 Adaptive filter for estimating transient processes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2110883C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2736282C1 (en) * 2019-07-16 2020-11-13 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Adaptive telemetric measurement filter for operation under conditions of a priori uncertainty
RU2747199C1 (en) * 2020-07-05 2021-04-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования. "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Digital filter for non-stationary signals
RU2755499C1 (en) * 2021-01-28 2021-09-16 Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ). Adaptive filtering method
RU2755677C1 (en) * 2021-03-19 2021-09-20 Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ). Robust stochastic filter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Казаков И.Е. Статистическая теория систем управления в пространстве состояний. - М.: Наука, 1975, с. 147 - 155. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2736282C1 (en) * 2019-07-16 2020-11-13 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Adaptive telemetric measurement filter for operation under conditions of a priori uncertainty
RU2747199C1 (en) * 2020-07-05 2021-04-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования. "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Digital filter for non-stationary signals
RU2755499C1 (en) * 2021-01-28 2021-09-16 Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ). Adaptive filtering method
RU2755677C1 (en) * 2021-03-19 2021-09-20 Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ). Robust stochastic filter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1660844B1 (en) Flow meter filter system and method
Liavas et al. On the numerical stability and accuracy of the conventional recursive least squares algorithm
RU2110883C1 (en) Adaptive filter for estimating transient processes
JPH07176991A (en) Adaptive filter device and its control method
KR100368669B1 (en) Filter, iterative control system provided with this filter, and learning control system
Pankov et al. Conditionally minimax algorithm for nonlinear system state estimation
RU2012997C1 (en) Adaptive filter for evaluation of non-steady processes
EP0612149B1 (en) Method for adjusting an adaptive exponential filter and adaptive exponential filter
RU2058576C1 (en) Adaptive control system
Schmotzer et al. A simple proof of the separation theorem for linear stochastic systems with time delays
US5764552A (en) Method for adjusting an adaptive exponential filter
RU2150728C1 (en) Device for automatic control of non- stationary object
JP2603065B2 (en) Prediction filter
EP0121992A2 (en) Optimal covariance filtering
SU980069A1 (en) Regulating device
Chacko et al. Performance Improvement of a MEMS Gyroscope Using Filtering and Machine Learning Methods
SU842855A1 (en) Extrapolator
SU1166275A2 (en) Regularized calman filter
RU2039371C1 (en) System of automatic control over non-stationary object
SU930273A1 (en) Device for monitoring parameters of oscillatory systems
SU1278899A2 (en) Versions of device for solving linear integral equations
SU1341616A1 (en) Automatic control system
RU2050590C1 (en) Stochastic filter
SU1208538A1 (en) Device for measuring parameters of inertial elements
SU1739482A1 (en) Regularized filter