一种用于功率放大器控制的小信号处理方法技术

本发明专利技术公开了一种用于功率放大器控制的小信号处理方法，通过对外部输入的幅值较小、信噪比较低的模拟正弦波小信号进行Hample滤波和自相关运算，并对自相关运算的结果进行快速傅里叶变换(FFT)测频，将产生理想数字正弦波与内置ROM产生的三角波比较，有效提高了正弦波的信噪比，消除了信号毛刺，解决了模拟正弦波小信号输入时由于环境噪声与ADC量化误差产生信号幅值异常波动导致PWM波输出跳变的问题，从而保证了PWM信号的稳定输出，使得功率放大器的控制信号更加平稳，性能更加优良。性能更加优良。性能更加优良。

【技术实现步骤摘要】
一种用于功率放大器控制的小信号处理方法


[0001]本专利技术属于信号自适应控制
，尤其涉及一种用于功率放大器控制的小信号处理方法。

技术介绍

[0002]功率放大器作为一种在给定失真率条件下驱动负载的设备，被广泛地应用在航空航天、车辆交通、医疗器械和工业自动化等众多领域。相应地，对其控制信号的精度和稳定度也有了更高的要求。
[0003]目前，大多数功率放大器采用外部输入不同频率、幅值的模拟正弦波与内置ROM 产生的数字三角波进行比较的方法产生PWM信号驱动负载工作。但是工业环境复杂，当功率放大器输入幅值较小的正弦波时，由于环境噪声的影响，输入正弦波信号的信噪比较低，信号被淹没在噪声中，含有较多毛刺。另外，由于ADC位数有限，产生的量化噪声会进一步降低正弦信号的信噪比，从而导致量化后的数字正弦波与数字三角波比较时产生不规则波动，导致PWM信号输出不稳定，影响负载的平稳运行。
[0004]因此，当外部输入幅值较小、信噪比较低的正弦波时，如何实现功率放大器信号的平稳控制，提高设备驱动性能，延长设备使用寿命具有重要的工程意义。

技术实现思路

[0005]为了解决上述已有技术存在的不足，本专利技术提出一种用于功率放大器控制的小信号处理方法，能够解决外部幅值较小、信噪比较低的模拟正弦小信号输入时由于环境噪声与ADC量化误差产生的信号异常波动导致PWM输出跳变的问题，从而保证PWM 信号的稳定输出，使得功率放大器的控制信号更加平稳，提高设备驱动性能，延长设备使用寿命。本专利技术的具体技术方案如下：
[0006]一种用于功率放大器控制的小信号处理方法，包括以下步骤：
[0007]S1：采用高精度ADC对外部输入的连续正弦波小信号采样，并量化为数字正弦波信号，输入处理器；
[0008]S2：截取步骤S1得到的数字正弦波信号，求信号方差，根据信号方差自适应调整Hample滤波器的窗口长度，并对所截取的数字正弦波信号进行Hample滤波处理；
[0009]S3：对步骤S2滤波后的信号进行离散自相关运算，得到离散自相关序列；
[0010]S4：对步骤S3得到的离散自相关序列进行FFT运算，计算自相关序列的频率；自相关序列的频率即为步骤S1中输入正弦波信号的频率，利用得到的输入正弦波信号的频率，通过处理器产生固定采样率、频率与幅度的离散正弦信号序列，并将离散正弦信号序列再传输给处理器；
[0011]S5：利用ROM表产生三角波，再进行线性插值，保证插值后三角波信号与步骤 S4中产生的离散正弦信号序列的采样率相同，即量化误差相同；
[0012]S6：将步骤S5处理后的三角波信号与步骤S4产生的离散正弦序列输入比较器比
较，产生PWM信号P，直接驱动功率放大器。
[0013]进一步地，所述步骤S2具体为：
[0014]S2
‑
1：截取长度为N的数字正弦波信号序列X
N
为[x0,x1,
…
,x
i
，
…
，x
N
‑1]，求信号 X
N
的方差；
[0015]S2
‑
2：根据方差自适应调整Hample滤波时指定点x
i
周围的样本数k，其中， i＝1,
…
,N，如式(1)所示，确定的窗口长度为l＝2k+1，其中，
[0016][0017]其中，为取整函数，向下取整；
[0018]S2
‑
3：选择x
i
周围的序列Y
2k+1
为[x
i
‑
k
,x
i
‑
k+1
,...,x
i
,...,x
i+k
‑1,x
i+k
]，长度为 l＝2k+1,求序列Y
2k+1
的中值m
i
和绝对偏差σ
i
，如式(2)(3)所示：
[0019]m
i
＝median(x
i
‑
k
,x
i
‑
k+1
,
…
,x
i
,
…
,x
i+k
‑1,x
i+k
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]σ
i
＝1.4826
·
median(|x
i
‑
k
‑
m
i
|,...,|x
i+k
‑
m
i
|)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021]其中，median()表示求序列中值；
[0022]S2
‑
4：当采样点x
i
左边或右边的采样点数不足k，即采样点在信号的首端或尾端时，则按式(4)(5)计算中值m
i
和绝对偏差σ
i
：
[0023][0024][0025]S2
‑
5：根据式(6)，处理选择的x
i
：
[0026][0027]其中，n
σ
为指定的偏差倍数。
[0028]进一步地，所述步骤S4具体为：
[0029]利用处理器中自带的FFT的IP核对步骤S3求得的自相关序列φ
x
(m)进行FFT 运算，然后取频域中幅值最高的点所对应的频率作为输入正弦波信号的频率，如式(7) (8)所示:
[0030][0031]f
sin
＝f(Y
j
＝max(Y(k)))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0032]其中，W
n
＝e
(
‑
2πi)/n
，Y(k)为傅里叶变换后不同频率点对应的幅值，k为频率点序列，f
sin
为所求输入正弦信号的频率，Y
j
为频域最大幅值，j为最大幅值对应的频率点，M为自相关序列的长度；
[0033]利用得到的输入正弦信号频率f
sin
，通过处理器产生固定采样率、频率与幅度的离散正弦信号序列X
sin
，并将离散正弦信号序列通过串口再传输给处理器。
[0034]进一步地，所述步骤S5具体为：
[0035]S5
‑
1：利用ROM表产生采样频率为f
s
，峰峰值为V
p
‑
p
的三角波信号；
[0036]S5
‑
2：设需生成三角波的频率为f
tri
，则原有的相邻两点x
i
和x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于功率放大器控制的小信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采用高精度ADC对外部输入的连续正弦波小信号采样，并量化为数字正弦波信号，输入处理器；S2：截取步骤S1得到的数字正弦波信号，求信号方差，根据信号方差自适应调整Hample滤波器的窗口长度，并对所截取的数字正弦波信号进行Hample滤波处理；S3：对步骤S2滤波后的信号进行离散自相关运算，得到离散自相关序列；S4：对步骤S3得到的离散自相关序列进行FFT运算，计算自相关序列的频率；自相关序列的频率即为步骤S1中输入正弦波信号的频率，利用得到的输入正弦波信号的频率，通过处理器产生固定采样率、频率与幅度的离散正弦信号序列，并将离散正弦信号序列再传输给处理器；S5：利用ROM表产生三角波，再进行线性插值，保证插值后三角波信号与步骤S4中产生的离散正弦信号序列的采样率相同，即量化误差相同；S6：将步骤S5处理后的三角波信号与步骤S4产生的离散正弦序列输入比较器比较，产生PWM信号P，直接驱动功率放大器。2.根据权利要求1所述的一种用于功率放大器控制的小信号处理方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：S2
‑
1：截取长度为N的数字正弦波信号序列X
N
为[x0,x1,
…
,x
i
，
…
，x
N
‑1]，求信号X
N
的方差；S2
‑
2：根据方差自适应调整Hample滤波时指定点x
i
周围的样本数k，其中，i＝1,
…
,N，如式(1)所示，确定的窗口长度为l＝2k+1，其中，其中，为取整函数，向下取整；S2
‑
3：选择x
i
周围的序列Y
2k+1
为[x
i
‑
k
,x
i
‑
k+1
,...,x
i
,...,x
i+k
‑1,x
i+k
]，长度为l＝2k+1,求序列Y
2k+1
的中值m
i
和绝对偏差σ
i
，如式(2)(3)所示：m
i
＝median(x
i
‑
k
,x
i
‑
k+1
,
…
,x
i
,
…
,x
i+k
‑1,x
i+k
)
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑德智，李大鹏，惠乾鑫，那睿，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：