几种自适应算法性能比较与仿真[1]

另外，现代控制理论的一些控制方法也逐
步应用于车辆转向稳定性控制中。应用广义 预测控制方法建立了简化线性车辆模型的横 摆稳定性预测控制器。基于模糊逻辑对 ＥＳＰ 进 行了建模。文献论文使用模糊逻辑，引入对横 摆角速度及车身侧偏角的控制建立了模糊监 控器，来确定和分配车辆转弯时的车轮期望滑 移。随着车辆底盘动力学控制的不断发展，集 成控制是今后发展的方向，ＥＳＰ 将综合考虑对 制动系统、悬架系统和转向系统的协调控制， 并共享传感器信号， 进一步提高车辆的稳定 性。提出了基于同一车身参考横摆角速度的 四轮转向（ （ ４ Ｗ Ｓ ） 与车辆动力学控制（ Ｖ Ｄ Ｃ ） 以 及主动侧倾控制（ Ａ Ｒ Ｃ ） 相融合的控制策略。 基于最优控制理论提出了应用模型匹配控制 技术实现主动控制前轮转向与四轮制动力分 配的融合控制系统。提出了应用主动前轮转 向（ＡＦＳ）或主动后轮转向（ＡＲＳ）与可变力矩分 配（ＶＴＤ）控制相融合控制策略提高车辆的操纵 性和稳定性对直接横摆力矩控制和主动四轮 转向控制相融合的控制策略进行了研究。介 绍了将主动四轮转向和四轮力矩控制相融合 的非线性控制系统。可以预见，ＥＳＰ 汽车安全 产品不久将成为多款中、高档轿车和其它车 型的标准配制，掌握 ＥＳＰ 技术，就掌握了竞争 未来汽车安全技术的主动权。所以攻克 ＥＳＰ 设 计的理论与关键技术，对提高国产汽车的自主 开发能力、缩短与发达国家的差距具有重要 的现实意义。它将为我国汽车工业的繁荣发 展以及促进其它相关工业的繁荣发展起着重 要作用， 井能带来巨大的社会效益和经济效 益。
３ 结语
Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 算法是 Ｌ Ｍ Ｓ 和 Ｎ Ｖ Ｓ Ｓ 在计算量和 收敛速度上的折中，它具有收敛速度快、稳态 失调小和计算量小的优点。对相关性较强的 输入信号有很好的处理能力，并且输入信号能
量越大，算法的优点越突出。文章最后以线性 调频信号为例，进一步验证了 ＮＬＭＳ 算法处理 非平稳信号的有效性。从仿真结果可以看出， 只要取足够大的采样频率，就可以在保证输出 有用信号不失真的前提下（即频率、相位和调 斜率基本与原始输入信号相同），达到提高信噪 比的目的， 其算法简单， 有利于进行后续的实 时处理，而且信号越强处理效果越好。
文献标识码： Ａ
文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００７）１２（ｂ）－００１９－０２
现今在自适应滤波器应用中一个重要 的问题就是如何调节滤波器参数和改进设 计方法使结果达到最优， 以及利用这个标 准形成实际上可行的算法， 而本文通过仿 真对比了以上三种算法的优劣性， 并综合 考虑计算量和滤波效果这两方面的影响， 从实际出发， 以线性调频信号为例， 通过仿 真验证了 Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 算法对非平稳信号的有效 性， 假设的参数和各项指标均能在实践中 给出， 证明了应用到实践中的可行性。
进行收敛速度、时变系统跟踪能力及稳态失 调比较的对比图，图中滤波器的阶数为 １６ 阶， 取 １ ０ ０ ０ 个采样点， 从图中可以看出的 Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 收敛速度和稳态失调介于 Ｎ Ｖ Ｓ Ｓ 和 Ｌ Ｍ Ｓ 之 间， 但由于 Ｎ Ｖ Ｓ Ｓ 算法复杂， 不适用于实际应
图 １ 自适应谱线增强的原理图
合而成， 假设：
（１） 则滤波器输出信号：
（２）
误差信号：
（３）
由于对 延迟一个小单位后，噪声没有
相关性， 而信号还能延续其良好的相关性， 所
以当
近似于 的宽带噪声时，
最接近 中的有用信号，此时 基本跟
踪上了有用信号［３］。
１．２ ＮＬＭＳ 算法
Ｌ Ｍ Ｓ 算法的优点在于结构简单， 计算量
小，但由于其步长固定，导致快的收敛速度和小 的稳态失调不能兼得。当输入信号较大时，由
图 ２ 算法收敛性和稳定性的比较
用中， 而 Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 与 Ｌ Ｍ Ｓ 相比运算速度略慢于
Ｌ Ｍ Ｓ ， 但其收敛速度和稳态失调大大超过了
Ｌ Ｍ Ｓ 算法。所以文章以后的仿真都是利用
Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 进行的。
２．２ ＮＬＭＳ 算法的应用实例
设信号带宽 Ｍ Ｈ ｚ ，中心频率 Ｍ Ｈ ｚ
采样频率
ＭＨｚ， 为采样间隔，输入信噪
设 ＬＦＭ 信号的幅度为 Ａ， 脉宽为 ， 复数 表达式为：
（５）
为信号中心角频率， 为调制 斜率。
Ｌ Ｆ Ｍ 信号与单频信号不同， 它的频率是 随时间线性变化的， 统计特性是不平稳的。
２ 系统仿真
２．１ ＬＭＳ，ＮＬＭＳ 和 ＮＶＳＳ 三种方法性能比较 图 ２ 是对 Ｌ Ｍ Ｓ ， Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 和 ＮＶＳＳ 三种方法
高 新 技 术
科技创新导报 ２００７ ＮＯ．３５
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
几种自适应算法性能比较与仿真
富裕 张雯雯 （哈尔滨工程大学信息与通信工程学院 黑龙江哈尔滨 １５０００１）
摘 要： 本文对 Ｌ Ｍ Ｓ 、Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 以及 Ｎ Ｖ Ｓ Ｓ 算法的性能进行了比较， 通过仿真发现 Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 算法的运算速度虽略慢于 Ｌ Ｍ Ｓ 算法， 但其收敛
持续运算，井以对个别车轮增加或降低刹车力 道的力一式，修门转向过度或小足的倾向。维 持车身的动杰平衡。
３ 车辆ＥＳＰ国外技术研究现状
在国外，最早出现车辆转向稳定性控制专 用的传感器很少，车辆的横摆角速度大多是通 过内外车轮的轮速差间接估计得到的，因此在 一些复杂工况下很难保证车辆的转向稳定 性。１９９５ 年之后， 伴随着新一代使用横摆角 速度和侧向加速度传感器的车辆转向稳定性 控制系统的出现，车辆转向稳定性控制的基本 形式得到了确认。在这一阶段， 基于这种组 成结构的车辆转向稳定性控制算法开始出 现。德国博世 ＥＳＰ 的控制方法采用车辆实际 运行状态与车辆理想运行状态的误差反馈来 决策车辆的横摆力矩，并通过差动制动或对发 动机的控制实现对车辆摆运动的调节。日本 丰田公司的车辆转向稳定性控制策略使用基 于车身侧偏角和车身侧偏角的变化率这对状 态变量的相平面方法分析车辆在紧急转向时 的动力学稳定性，并主动制动横摆力矩控制系 统由于在车辆转向稳定性控制中所需要的车 辆运行状态并不能完全由传感器直接测量得 到，因此如何通过测量的车辆状态推测不易测 量的车辆状态或路面的状态是近几年车辆转 向稳定性控制的研究热点，己经有大量的状态 估计方法出现，极大地改善了控制系统的可靠 性。结合车辆模型观测器和伪积分建立了车 身侧偏角的估计方法。结合车辆横摆角速度 和车身侧偏角单纯的运动学关系及车辆在横 摆平面内的动力学模型建立了车辆横摆角速 度和车身侧偏角的估计方法。使用分层的神 经网络方法建立了车身侧偏角估计的新方法。 实时准确估计了车辆的动力学参数， 如： 车身 及轮胎侧偏角， 道路附着系数和轮胎侧向力。 利用最优四轮滑移控制提高了车辆的稳定性 和易操作性。
汽车电子稳定程序控制系统是一种新型 主动安全控制系统，是继防抱死制动系统和牵 引力控制系统发展起来的。它能够根据驾驶 员的意图、路面状况及汽车的运动状态控制 车辆的运动，防止出现危险状况，从而更有效、 更显著地提高汽车的操纵稳定性和行驶安全 性。
汽车电子稳定装置使用了防抱死系统 （ＡＢＳ）和牵引控制系统（ＡＳＲ）的部件，包括：测 量车轮转速的传感器、调节制动轮轮缸油压 的液压装置和一个用于实现控制算法和处理 传感器信号以及激励液压装置的电子控制单 元。同时还利用一个发动机管理控制器的接 口来实现发动机输出转矩的控制。此外还需 要四个 ＥＳＰ 传感器来获得驾驶员的操纵期望 以及车辆的实际操纵情况。这些传感器有：转 向轮转角传感器、横摆角速度传感器、横向加 速度传感器和压力传感器。另外，系统还包括 一个切断牵引力控制系统工作的开关，用来避 免在驱动过程中对驱动轮制动侧偏的控制，一 个候补的制动灯开关， 一个手制动开关， 一个 制动液压力控制开关，一系列用于诊断的接口 和数据总线连接器。如果利用一个智能调压 器作为制动的辅助装置，那么就必须使用继电 器以防止制动灯在 ＥＳＰ 液压装置充油的时候 点亮。
１ 基本原理
１．１ 自适应谱线增强器
自适应谱线增强器原理图如图 １ 所示。
图中， ｘ ＝ ｓ ＋ ｎ ，
， 、 分别是 、
经过时延后的值。选择适当的时延， 使
与 相关， 而 与 不相关。则
，
， 这里 、 是 和
经过自适应滤波器后的信号和噪声。显
然、与、不相关，和也不相关。
时刻输入信号，由有用信号和噪声的混
。通过改变步长使初始
收敛时刻获得较大的步长以加快收敛速度，而
在稳态阶段提供较小的步长，减小稳态误差。
１．３ 线性调频信号
在雷达对抗领域，线性调频雷达信号作为
一种成熟的低截获概率雷达信号，在各种体制
图 ３ 纯信号参数特性图
图 ５ 经滤波后结果
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
变化到了
。
图 ３ ， 图 ４ ， 图 ５ 为相位去卷叠后得出的
相位、频率和调制斜率的曲线。
对照上图可以看出线性调频信号经滤波
图 ４ 带噪信号参数特性图
（４）
其中， 为控制失调的固定收敛因子； 参数
是为避免
过小导致步长值太大而
设置的， 通常取
参考文献
［１］ 司锡才，赵建民．宽频带反辐射导弹导引头
参考文献
［１］ 李刚，于学兵．Ｂｏｓｃｈ ＶＤＣ 系统的控制原 理及展望［Ｊ］．公路交通科技．
［２］ 张孟俊，孙鸿航．汽车电子技术的现状与发 展［Ｊ］．汽车电子．
后可以保持相位和频率范围基本不变，调制斜 率在 １ × １０１１ 附近上下波动，可用拟合平均的 方法计算出调频斜率。利用 Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 算法可以 提高 ５ｄＢ 左右的增益，而且信号越强处理效果 越好。
１９
科技创新导报 ２００７ ＮＯ．３５ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 浅谈汽车电子稳定系统 Ｅ Ｓ Ｐ
高 新 技 术
王研赜 （黑龙江八一农垦大学 交通运输）
摘 要：文中对国内外汽车电子稳定装置（ＥＳＰ）技术研究的现状和研究水平进行了较为详细的阐述，分析了汽车电子稳定程序控制技术的
理论基础以及工作原理， 论述了过度转向和不足转向时的控制策略， 在此基础上介绍了一些目前在 Ｅ Ｓ Ｐ 研究领域的关键技术。
关键词： 电子稳定系统 防抱死制动系统 驱动防滑控制系统。
中图分类号：Ｆ４０７．６
文献标识码ຫໍສະໝຸດ Baidu Ａ
文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００７）１２（ｂ）－００２０－０１
１ 汽车电子稳定程序控系统与电子稳定装 置（ＥＳＰ）
速度和稳态失调远好于 Ｌ Ｍ Ｓ 算法， 同时在性能略低于 Ｎ Ｖ Ｓ Ｓ 算法情况下， Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 计算简单， 更易于在实践中应用， 并可以满足实时处理得
要求， 可应用于处理平稳信号和非平稳信号的领域中。
关键词：自适应滤波 最小均方算法 降噪 线性调频信号
中图分类号： Ｔ Ｎ ９ ５ ７ ． ５ ７
比为 ３ｄＢ。假设线性调频信号参数如下所示：
（６）
其中，
，取
ＭＨｚ。
设信号实部ｓ１（ｎ），虚部ｓ２（ｎ），则信号相位
，设 ｃ（ｎ）为调整参数，
ｃ（１）＝０，首先将相位从
变化到
，
再通过相位去卷叠的方法， 即：
（７）
经上述处理后若
，
。这样就将
２ 工作原理
当车辆在非常极端的操控情况，如高速转 弯、高速躲闪障碍物的情形下， Ｅ Ｓ Ｐ 系统会 在极短的时间内收集包含了 Ａ Ｂ Ｓ ， Ｅ Ｄ Ｌ 及 Ａ Ｓ Ｂ 系统的庞大数据， 井加上转向盘转向角 度、车速、横向加速值及车身滚动情形， 再 以电脑记忆体中的基准值作一对比后， 指示 ＡＢＳ 等各有关系统做出适当的应变动作，日的 就是要使车辆遵从驾驶人意愿的力一向行驶， 这时即使驾驶人小断改变行驶路径，电脑也能
于滤波器抽头权向量的修正项与抽头输入向量
成正比， ＬＭＳ 算法的梯度噪声将被放大。为
了解决这个问题， 引入了 Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 算法［２］。
Ｎ Ｌ Ｍ Ｓ 权系数的变化为：
的雷达中使用十分广泛。它通过非线性相位 调制来获得大的时宽、带宽特性，解决了雷达 的探测距离和距离分辨力之间的矛盾，提高了 雷达检测目标的能力［１］。