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LMS算法原理及在转子不平衡控制中的应用(附源代码)

LMS(最小均方)算法是一种自适应滤波算法,通过迭代调整滤波器系数以最小化输出信号的均方误差。在转子不平衡控制中,用于滤除与旋转频率同频的共振信号。

一、算法原理
  • 核心方程:

    • 滤波器输出:$y(n) = \\mathbf{w}^T(n)\\mathbf{x}(n)$

    • 误差信号:$e(n) = d(n) - y(n)$

    • 权值更新:$\\mathbf{w}(n+1) = \\mathbf{w}(n) + \\mu \\cdot e(n) \\cdot \\mathbf{x}(n)$

  • 关键参数:

    • $\\mathbf{w}(n)$:滤波器权值向量

    • $\\mathbf{x}(n)$:输入信号向量

    • $d(n)$:期望信号(含噪声的振动信号)

    • $\\mu$:步长因子(收敛速度与稳定性的平衡)

  • 同频共振消除原理:

    • 使用正交参考信号 $\\sin(2\\pi f_0 t)$$\\cos(2\\pi f_0 t)$ 作为输入

    • 自适应调整权值,使输出$y(n)$逼近同频干扰分量

    • 误差信号$e(n)$ 即为滤除同频干扰后的振动信号

  • 二、MATLAB仿真验证

    % LMS算法消除转子同频共振 – MATLAB仿真
    clear; clc; close all;

    % 参数设置
    fs = 1000; % 采样频率 (Hz)
    f0 = 50; % 转子旋转频率 (Hz)
    T = 1; % 信号时长 (s)
    t = 0:1/fs:T-1/fs; % 时间向量
    N = length(t); % 样本数

    % 生成转子振动信号 (含同频共振和噪声)
    resonance = 1.2*sin(2*pi*f0*t + pi/4) + 0.8*cos(2*pi*f0*t); % 同频共振
    noise = 0.5*randn(1,N); % 高斯白噪声
    d = resonance + noise; % 观测信号

    % 生成参考信号 (正交基)
    x_sin = sin(2*pi*f0*t);
    x_cos = cos(2*pi*f0*t);

    % LMS参数初始化
    mu = 0.02; % 步长因子
    w_sin = 0; % 正弦分量权值
    w_cos = 0;

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