实验方法及数字信号分析处理-位移曲线滤波.docx

2014 年春季学期研究生课程考核大作业一考核科目:实验方法及数字信号分析处理学生所在院（系）: 学生所在学科: 学生姓名: 学号: 学生类别:考核结果阅卷人一、题目：根据已知位移曲线,求速度曲线对给定信号进行滤波处理要求：（1）由数据文件画出位移曲线（Δt=0.0005s ）；（2）对位移数据不作处理，算出速度并画出速度曲线；（3）对位移数据进行处理，画出位移曲线，并与原位移曲线对比；（4）画出由处理后的位移数据算出的速度曲线；（5）写出相应的处理过程及分析二、图像及matlab程序1.加载数据文件,作出位移曲线如下图:进行局部放大，可直观看出其有高频干扰，曲线波动量较大，有很多的毛刺，放大图如下:2.数据不进行处理，直接计算速度曲线如下:由上图可知，由于位移的干扰作用，使得速度正负变化量很大，反映在图上就是在0周围上下波动，无法形成正确的速度曲线，因而，想要得到正确的速度曲线，就需要对位移进行滤波处理。3. 分析位移的频率特性：对未进行数据处理的位移数据进行频率特性分析，采用FFT进行傅里叶变换，采样频率为2000Hz根据采样定理频谱关于1000Hz对称，所以做出1000Hz范围内的频率即可。得到其幅值特性曲线如下：对0频处进行局部放大，如下：由局部放大图可以看出，如果要滤波的话，需要进行低通滤波，通带频率可以选择0-0.5HZ，数据点如上图，阻带频率可以选择5HZ，数据点如上图，接下来滤波则按照此参数进行。4.用滤波器对位移进行滤波选择巴特沃斯IIR滤波器，根据巴特沃斯优化函数求出最优的阶数n=4截止频率为1.7783Hz。滤波器滤波后的位移曲线如下图：由上图可知，位移初始段的数据应该属于干扰数据，除去局部的数据后剩下的位移曲线部分较为平滑，可以求出反映真实情况的速度曲线，因而想将干扰数据剔除。通过局部放大图可以大致选择在3s左右之后的数据具有参考价值，故而，计算速度时的时间点从第6000个算起。4.用滤波器对位移进行滤波滤波后的速度曲线如下所示，曲线较为平滑，故该滤波器可行。5、结果分析最后的速度曲线也存在一定程度的波动，但是可以认为这是正常的，因为机械系统也会存在一定程度的波动，但是因为滤波器的设计原因，如果将通带和阻带更进一步降低，效果并未比较好，应该是和数据的波动性有关。6、matlab源程序clear;clc; x=load(E:\实验方法及数字信号分析处理\作业2要求\dat2.dat);% load函数加载数据源Dt=0.0005; % 采样时间间隔k=size(x,1); nx=[0:k-1];t=nx*Dt;% 数据处理前的位移时间图figure(1);plot(t,x);xlabel( 时间 t/s);ylabel( 位移 X/mm );title(位移数据处理前的位移曲线 );grid on ; % 求数据处理前的速度a=x(1:k-1);%取位移中第一个到倒数第二个的数据b=x(2:k);%取位移中第二个到最后一个的数据Dx=b-a; v=Dx/Dt;%对应项做差求速度figure(2);t1=[0:k-2]*Dt;plot(t1,v);%数据处理前的速度曲线xlabel(时间 t/s);ylabel( 速度 V mm/s);title(数据处理前的速度曲线 );grid on ;% 求数据处理前的数据的频率特性N=k;%序列长度为110000，设定变换点数为N=2^17;f=((1-N)/2:(N-1)/2)*2000/N;Xk=fft(x);X=fftshift(Xk);figure(3)plot(f,abs(X));xlabel(频率 f/Hz);ylabel(S);title( 数据处理前频率特性 );grid on ; grid on;% 根据频率特性选用低通滤波器进行设计[n,wn]=buttord(0.5/1000,5/1000,0.1,60); [b1,a1]=butter(n ,wn); % 根据设计的滤波器进行滤波处理y=filter(b1,a1,x); % 画出数据处理后的位移时间图figure(4);plot(t,y);xlabel(时间 t/s);ylabel(位移 X/mm );title(数据处理后的位移曲线 );grid on; % 求数据处理之后的速度并画出速度时间图a2=y(6001:k-1);%看位移曲线开始变平滑的点，此处取3sb2=y(6002:k); Dx2=b2-a2;v1=Dx2/Dt;figure(5);plot([6000:k-2]*Dt,v1);xlabel(时间 t/s);ylabel(速度 V mm/s);title(数据处理后的速度曲线 );grid on ;