信號(hào)處理原理與應(yīng)用探討

賴(lài)鑫蘭

摘要：文章主要學(xué)習(xí)探討信號(hào)的概念、特性，通過(guò)闡述模擬濾波器和數(shù)字濾波器的原理和分析方法，講述信號(hào)處理及其在電氣工程中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)信號(hào)的了解接著講述濾波器及信號(hào)的實(shí)際應(yīng)用，提升對(duì)信號(hào)的共知性，深入淺出，滲透信號(hào)在電力系統(tǒng)尤其是在調(diào)控中心的實(shí)際應(yīng)用，相互滲透，共同發(fā)展。

關(guān)鍵詞：信號(hào)原理；迅速發(fā)展；相互滲透；濾波器；數(shù)字濾波器；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）17-0074-01.

科技的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了通信、網(wǎng)絡(luò)、信息等技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的廣泛推廣。信號(hào)處理的研究與應(yīng)用毫無(wú)例外地進(jìn)入了電氣技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于調(diào)控員來(lái)說(shuō)，信號(hào)處理是隱性重要器臟。只有準(zhǔn)確的信號(hào)源以及明確的信號(hào)信息才能迅速判斷故障情況，及時(shí)找到故障點(diǎn)并消除故障。目前來(lái)講，對(duì)于信號(hào)處理相對(duì)滯后，對(duì)信號(hào)的研究較初期。隨著新概念、新理論、新技術(shù)和新方法的大量涌現(xiàn)，對(duì)信號(hào)處理等方面的研究迫在眉睫。本文以濾波器與數(shù)字濾波器為代表，發(fā)表見(jiàn)解。

1信號(hào)及信號(hào)處理

首先來(lái)探討信號(hào)。信號(hào)在日常生活中并不陌生，然而卻很少有人能真正透徹地用語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)。信號(hào)就是信息的表現(xiàn)形式，信號(hào)就是消息的載體，信息則是信號(hào)的具體內(nèi)容。信號(hào)常常借助于某種便于處理、交換和傳輸?shù)奈锢砹孔鳛檫\(yùn)載手段，從信號(hào)中剔除干擾，保留信號(hào)中有用的信息。目前，在各種信號(hào)中，電信號(hào)是最便于傳輸、控制與處理的。在實(shí)際應(yīng)用中，許多非電信號(hào)都是通過(guò)專(zhuān)用的傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的。而信號(hào)在傳輸過(guò)程中往往有混雜的噪聲和干擾，為了消除信號(hào)中的混雜的噪聲和干擾，將信號(hào)變換成容易分析和識(shí)別的形式，這就是信號(hào)的處理。能夠準(zhǔn)確地傳輸信號(hào)，有效地提高了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，并準(zhǔn)確判斷故障，為故障分析提供有力證據(jù)。

2信號(hào)處理原理和應(yīng)用

通常情況下，依據(jù)信號(hào)取值隨時(shí)間變化的忒單來(lái)進(jìn)行信號(hào)的分類(lèi)，從這個(gè)角度上來(lái)講，信號(hào)可以劃分為兩大類(lèi)，分別是確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)，確定性信號(hào)的所有參數(shù)都是確定的，在描述的時(shí)候，可以借助于確定性圖形、曲線以及數(shù)字解析式等。本類(lèi)信號(hào)對(duì)于任何時(shí)刻的取值都是確定的。隨機(jī)信號(hào)指的是信號(hào)具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，并且無(wú)法利用明確的數(shù)字表達(dá)式來(lái)進(jìn)行描述。具體來(lái)講，確定性信號(hào)又可以劃分為兩個(gè)方面，分別是周期信號(hào)和非周期信號(hào)，這種劃分依據(jù)是信號(hào)的時(shí)間歷程記錄是否有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)。而周期信號(hào)又可以劃分為正弦周期信號(hào)和復(fù)雜周期信號(hào)，非周期信號(hào)可以劃分為準(zhǔn)周期信號(hào)以及瞬態(tài)信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)具體描述了隨機(jī)過(guò)程，隨機(jī)信號(hào)所描述的都是不可重復(fù)以及不可預(yù)測(cè)的物理過(guò)程。因此，無(wú)法利用確定性函數(shù)來(lái)描述隨機(jī)信號(hào)，從表面看起來(lái)，沒(méi)有規(guī)律存在于信號(hào)波形中，但是卻有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性存在于這種信號(hào)波形中。隨機(jī)信號(hào)的基本特征就是統(tǒng)計(jì)特征，在描述的時(shí)候，通常利用概率分布函數(shù)以及概率密度函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。之后全面的觀察，才可以對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行了解，因?yàn)殡S機(jī)信號(hào)具有不可重復(fù)性，那么得出的觀察結(jié)果也存在著較大的差異。那么就需要集合所有可能的隨機(jī)過(guò)程觀察結(jié)果。

當(dāng)然，要有準(zhǔn)確的信號(hào)源就要求對(duì)信號(hào)的處理、特性等進(jìn)行深刻探討。作為生產(chǎn)一線，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是我們最熟悉的伙伴，每一個(gè)伙伴的健康都至關(guān)重要。而需要健康就需要了解，需要關(guān)注。下面就談?wù)勎覀儽容^熟悉的濾波器。濾波技術(shù)就是信號(hào)處理的一種，它是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行某種運(yùn)算、處理并變換為人們所需要的輸出信號(hào)，具有選擇性且具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。比如說(shuō)接入一個(gè)RC無(wú)源低通濾波器，由于其頻率響應(yīng)特性，濾波器自動(dòng)將高頻過(guò)濾掉，輸出低頻率。但是要使信號(hào)不失真，就必須具備兩個(gè)條件：一個(gè)是要求在信號(hào)全部頻帶上系統(tǒng)的幅頻特性為一個(gè)常數(shù)；另外一個(gè)是要求相頻特性為一條通過(guò)原點(diǎn)的直線。實(shí)際上系統(tǒng)的頻率特性一般都無(wú)法滿足條件。只能要求在信號(hào)占有的有效頻帶范圍內(nèi)，系統(tǒng)的幅頻與相頻特性基本滿足要求。所有的理想濾波器都是物理上不可實(shí)現(xiàn)的。這也是我們將來(lái)努力的方向，利用我們的科學(xué)智慧去尋求更準(zhǔn)確的信號(hào)。

相對(duì)于濾波器，在實(shí)際應(yīng)用中數(shù)字濾波器具有高精度、高穩(wěn)定性、可采用超大規(guī)模集成電路、體積小、重量輕、實(shí)現(xiàn)靈活且不要求阻抗匹配等優(yōu)勢(shì)，其是采用運(yùn)算的方法達(dá)到濾波的目的。即可以采用軟件方式，通過(guò)編寫(xiě)算法軟件，利用通用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)濾波，也可以按算法選用硬件組成專(zhuān)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)濾波。它比濾波器更具優(yōu)越性就在于，如果在數(shù)字濾波器系統(tǒng)的前后加上A/D和D/A變換，它的作用就等效于模擬濾波器，也可以用來(lái)處理模擬信號(hào)。如此迅速實(shí)用的信號(hào)處理器在電氣工程中得到了廣泛的應(yīng)用。它的原理與濾波器有同樣的濾波概念。即當(dāng)輸入的模擬信號(hào)中包括有用信號(hào)和無(wú)用信號(hào)時(shí)，該輸入信號(hào)經(jīng)沖激抽樣后，設(shè)數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)在區(qū)間內(nèi)具有理想低通特性，經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器后，由于數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)特性的選擇性，已經(jīng)濾除了無(wú)用信號(hào)的頻率成分，只保留有用信號(hào)的成分。輸出的抽樣信號(hào)經(jīng)理想低通模擬濾波器恢復(fù)為連續(xù)信號(hào)輸出。這樣就可以快速實(shí)現(xiàn)濾波功能。而隨著電力系統(tǒng)非線性負(fù)荷的大量增加，它們對(duì)電能質(zhì)量的干擾日益嚴(yán)重和復(fù)雜。數(shù)字濾波器對(duì)電能質(zhì)量起到調(diào)節(jié)作用，有效提高電能質(zhì)量，以保證電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)可靠運(yùn)行。當(dāng)然，數(shù)字濾波器在電機(jī)控制、繼電保護(hù)、變電站自動(dòng)化等方面也都得到廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，在繼保中最主要的就是故障信息的提取和識(shí)別。而數(shù)字信號(hào)處理器已成為故障信息的提取和識(shí)別的基本手段。目前微機(jī)保護(hù)原理基本是工頻量實(shí)現(xiàn)的，并廣泛應(yīng)用于工作中。常用的濾波器是采用電容、電感等構(gòu)成，如剛才舉例的RC低通濾波器或者LC振蕩回路等，對(duì)于信號(hào)處理的發(fā)展起到非常重要的奠基作用和推動(dòng)作用。

3結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)信號(hào)處理的原理，介紹了濾波器原理及數(shù)字濾波器等的原理。并從電力系統(tǒng)內(nèi)部角度討論了不足與進(jìn)取兩方面。突出信號(hào)處理的重要性，信號(hào)處理技術(shù)已在突飛猛進(jìn)的新時(shí)代里推廣普及，明確信號(hào)的提取原理，透過(guò)裝置準(zhǔn)確提取信息以了解運(yùn)行情況，及時(shí)處理不安全行為，大大提高了供電的可靠性，捍衛(wèi)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)！

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