基于粒子群算法的FFT信号分析方法及应用.pdf

第36卷第1期
矿冶工程
Vol36 Nol
2016年02月
MIINIING AND METALLURGICAL ENGINEERING
Fehruary 2016
基于粒子群算法的FFT信号分析方法及应用
徐德树,魏立新,马明明,王利平
燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室,河北秦皇岛06004
摘要:针对快速傅里叶变换在频谱分析时易出现栅栏效应和频谱泄濕冋题,首先提出基于粒子群算法的信号分析方法对信
号进行频谱分析,优化信号采样过程中采样持续时间,实现整周期采样,减少频谱泄漏现象;其次,通过对模拟信号的仿真分析,验
证方法的可行性。采集某厂650六辊可逆冷轧机的缸位移信号且针对现场采集信号提出一种基于插值算法的数据处理方法,并对
信号进行频谱分析,证明该方法对生产实际具有指导意义。
关键词:轧制;轧辊偏心;快速傅里叶变换;粒子群算法;采样持续时间;频谱分析;缸位移信号
中图分类号:TC931
文献标识码:A
doi:10.3969/jis.0253-6099.2016.01.026
文章编号:0253-609(2016)01-0104-04
Method and Application of FFT Signal Analysis
Based on Particle Swarm Optimization Algorithm
XU De-shu, WEI Li-xin, MA Ming-ming, WANG Li
(Key Lab of Industrial Computer Control Engineering of Hebei Prouince, Yanshan University, Qinhuangdao 066004
Hebei, China)
Abstract For the problems of picket fence effect and spectrum leakage in the spectrum analysis by fast Fourier
transform, FFT signal analysis method was firstly proposed based on particle swarm optimization algorithm for sina
spectrum analysis, and the signal sampling duration in sampling process was then optimized, which could realize integral
period sampling and reduce the spectrum leakage phenomenon. After that, the simulation of the analog signal has verified
the feasibility of this method. The cylinder displacement signal of 650 six-roller reversible cold roll of a factory was
gathered. For such kind of on-site signal acquisition, a data processing method based on nterpolation algorithm was put
forward, which proved to be instructive to actual production by
the following signal
I spectrum
Key words: rolling; roller eccentricity; fast ourier transform; particle swarm optimization algorithm; sampling
duration; frequency analysis; cylinder displacement signal
在数字时代几乎任何实际系统都离不开频域处修正FT法的计算结果,提高非整周期采样下的分析
理,快速傅里叶变换( Fast Fourier Transform,FFT)因其精度。为了提高FT算法的精度,文献[5]提出了ー一
易理解和具备高性能而成为频谱分析的一种常见方种插值算法,通过查找准确的信号频率,进而提高各参
法12,在采样持续时间等于周期整数倍和采样点数数的计算精度,但该种算法在计算某次谐波参数时,对
满足2的幂指数前提下,能够准确地对信号进行频
临近诸波缺乏抗干扰能力。文献[6]利用遗传算法实
分析。但实际中很难满足这两点要求,此时采用FT现多维快速傅里叶变换,但其局限性在于个体是用
进行频谱分析就会出现频谱泄漏和栅栏效应,使频谱定概率来取代父代个体。本文采用收敛性能良好的粒
分析结果缺乏准确性劉。
子群算法对采样持续时间这一参数进行优化,使其与
因此不少文献提出了改进方法,文献[4]提出基信号的整問期一致或相近,提高FT方法性能,便于
于汉宁窗采样改进FT算法,在非整周期采样前提下实现周期未知或周期经常变化的信号快速辨识。
减少了53.6%的不利影响。文献[1]利用内插计算法
在板带材生产过程中,轧辊偏心是影响高精度板
①收稿日期:2015-08-23
基金项目:国家自然科学基金委员会与宝钢集团有限公司联合资助项目(U1260203);河北省高等学校创新团队领军人オ培育计划项目
(IJRC013)资助;国家自然科学基金资助项目(61074099)
作者简介:徐德树(1989-),女,吉林人,硕士研究生,研究方向为偏心补偿及信号处理等。
通讯作者:魏立新(1977~),男,黑龙江哈尔滨人,副教授,硕士研究生导师,博士,研究方向为治金综合自动化与智能控制等。