Методи та алгоритми подання енергетичних характеристик сигналів у часо-частотній області
Автор: Назар Богдан Зенонович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютеризовані системи управління та автоматика
Інститут: Інститут комп'ютерних технологій, автоматики та метрології
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Актуальність роботи. Відомо, що алгоритми, які реалізують вейвлет перетворення відрізняються, високими швидкодіями точнісю перетворення та простотою апаратної реалізації. Множина функціональних залежностей представляється у вейвлет області у більш компактному вигляді. До них можна віднести неперіодичні, нестаціонарні, перервані функції, функції з гострими вершинами та швидкоплинні функції. Переважно вони вимагають істотно простіших аналітичних виразів та моделей їх опису. Названі властивості роблять часо-частотне перетворення чудовим інструментом в багатьох областях використання. Важливою перевагою використання такого перетворення є те, що воно має енергетичний зміст, а значить зашумлені дані можуть легко і швидко фільтруватися шляхом обмеження сигналів низького рівня і при цьому немає необхідності знати попередню інформацію про характеристики сигналу. Таким чином, вейвлет перетворення має низку позитивних переваг у порівнянні з іншими перетвореннями, а значить представляється доцільним використовувати його широко для аналізу та синтезу сигналів. Важливим фактором є також можливість реалізації такого перетворення на сучасній елементній базі. Мета роботи Мета роботи полягає в дослідженні методів та алгоритмів подання енергетичних характеристик сигналів у вейвлет області для забезпечення високих метрологічних параметрів оцінки енергетичних характеристик сигналів. Наукова новизна 1. На основі аналізу існуючих алгоритмів вейвлет перетворення обгрунтовано вибір алгоритму поетапного перетворення, який відрізняється високою швидкодією, можливістю значної економії об’єму пам’яті та зменшенням енергоспоживання, що дає розробнику можливість ефективно використовувати такий алгоритм на практиці. 2. На основі проведеного аналізу отримано математичні моделі для оцінки миттєвих значень сигналів напруги та струму, СКЗ напруги, активної потужності і енергії сигналів безпосередньо у вейвлет області, що дозволило суттєво підвищити завадостійкість і точність вимірювання таких енергетичних характеристик як для періодичних, так і неперіодичних сигналів. 3. На основі запропонованого способу оцінки активної потужності розроблена схема комп’ютерного моделювання процесу її вимірювання у вейвлет області, яка забезпечує суттєве підвищення завадостійкості, особливо коли завади є корельованими, а точність вимірювання сягає сотих часток відсотка в усьому динамічному діапазоні зміни вхідних сигналів. При цьому зміна рівня вищих гармонічних складових у вхідних сигналах мало впливає на точність оцінки навіть коли їх значення сягає 100% для п’ятої та 50% для сьомої гармонік. Практична цінність роботи 1. Запропоновані математичні моделі та алгоритми перетворення СКЗ напруги, активної потужності і енергії у вейвлет області дозволяють розширити дійсний час оброблення, підвищити роздільну здатність і завадостійкість сигналів енергетичних систем. 2. Оскільки для випадку оцінки активної потужності окремі підсмуги напруги і струму реєструються як в часі, так і в частоті і кожний діючий сумісно добуток напруги і струму підсмуги представляє вклад цієї смуги в загальний сумарний елемент середньої потужності або циклу енергії, то підхід дозволяє стежити за потоками активної потужності та енергії через навантаження системи на кожному вейвлет рівні. Потужність при цьому, звичайно, вимірюється в усталеному режимі тоді, як розподіл частотної енергії аналізується в перехідних режимах. 3. Представлені теоретичні дослідження та результати експериментів дозволяють споживачу використовувати такі методи та алгоритми перетворення і обробки для покращення характеристик енергетичних сигналів. Такі перетворення можуть широко використовуватися в процесі фільтрування оцінки та компресії неперіодичних, широкосмугових сигналів, зокрема сигналів зображень та відео.