基于神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)字濾波器設計及諧波檢測理論與方法研究.pdf

1、數(shù)字濾波器作為數(shù)字信號處理的主要單元,已廣泛應用于電子、通信、圖像處理等各個領域,而精確檢測電力系統(tǒng)諧波已成為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要條件。本論文文重點闡述了基于神經(jīng)網(wǎng)絡的FIR數(shù)字濾波器優(yōu)化設計及電力系統(tǒng)諧波檢測理論與方法。
　　 針對一維FIR線性相位數(shù)字濾波器的設計問題,首先提出了一種以余弦基函數(shù)作為隱層激勵函數(shù)的非等波紋神經(jīng)網(wǎng)絡設計方法。為進一步控制濾波器的通帶及阻帶波動,提出了等波紋神經(jīng)網(wǎng)絡設計方法。該方法通過對

2、加權誤差函數(shù)的調(diào)節(jié),實現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡的等波紋一維FIR線性相位濾波器設計。論文證明了該神經(jīng)網(wǎng)絡算法能收斂到全局最小點,仿真設計結果表明了該設計方法的有效性和優(yōu)越性。
　　 二維數(shù)字濾波器被廣泛應用于圖像處理和其他二維數(shù)字信號處理領域。本文根據(jù)二維FIR數(shù)字濾波器的幅頻響應特性,將一維FIR線性相位濾波器的神經(jīng)網(wǎng)絡設計方法拓展到二維FIR線性相位數(shù)字濾波器設計領域。首先提出了象限對稱二維濾波器的神經(jīng)網(wǎng)絡設計方法,并由此拓展到任意幅頻

3、響應二維FIR線性相位數(shù)字濾波器設計。在此基礎上,進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)絡設計理論與方法。該方法能有效地控制二維濾波器的通帶及阻帶波動,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)設計方法更好的設計結果。
　　 針對許多數(shù)字信號處理應用中對復數(shù)FIR數(shù)字濾波器的需求,本文提出了神經(jīng)網(wǎng)絡的復數(shù)FIR濾波器設計理論與方法。針對一維及二維FIR濾波器的頻率響應特性,提出通過同時將濾波器幅值和相

4、位誤差最小化,從而獲得濾波器系數(shù)的研究方案,并在此基礎上,分別研究了一維及二維復數(shù)FIR濾波器的神經(jīng)網(wǎng)絡設計方法。仿真結果表明,相比于半定規(guī)劃算法、加權最小二乘方法、最大誤差最小化方法,該方法在通帶波動、阻帶衰減、群時延誤差及CPU計算時間方面都能獲得更好的設計效果。
　　 隨著寬帶數(shù)字系統(tǒng)的廣泛應用,窄過渡帶寬FIR濾波器設計方法成為寬帶數(shù)字信號處理研究領域中的一個重要內(nèi)容。本文研究了基于頻率響應屏蔽(FRM)技術的窄過渡帶寬

5、FIR數(shù)字濾波器神經(jīng)網(wǎng)絡設計理論與方法。根據(jù)構成FRM濾波器的各子濾波器的頻率響應特性,提出了非線性神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化設計方法,該方法把所有子濾波器的系數(shù)當成一個向量同時進行優(yōu)化,避免了大量子濾波器的優(yōu)化設計過程。同時該方法具有移植性強的特點,可以很方便地擴展到多層FRM濾波器的優(yōu)化設計。同時,針對FRM濾波器設計的高度非線性優(yōu)化問題,提出了將該非線性問題分解為幾個線性神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化問題的優(yōu)化設計方法。仿真結果表明,相比于已存在的加權最小二乘方

6、法、半定規(guī)劃算法、遺傳算法等,這兩種神經(jīng)網(wǎng)絡方法設計的FRM濾波器在通帶波動及阻帶衰減等方面具有更好的性能。
　　 針對電力系統(tǒng)諧波問題,論文首先提出了基于加窗FFT及神經(jīng)網(wǎng)絡的電力系統(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)絡獨立完成的諧波分析方法;在此基礎上,進一步研究了高精度寬范圍神經(jīng)網(wǎng)絡諧波分析方法,該方法即使在電力系統(tǒng)頻率在40-60Hz范圍波動時,在非