基于DSP的时-频谱估计纸浆流量软测量方法的研究

摘要

目前在造纸工业生产线上，为了获取精确的流量和浓度信息来对纸张的生产进行自动控制，纸浆流量计和浓度传感器已被广泛的使用。快速精确的测量纸浆的浓度和流量不但为纸张的自动化生产过程提供关键的决策信息，而且可以直接改善后续各个生产流程的效果，确保成品纸张的质量。当前的造纸生产，随着宽幅高速纸机的推广和普及，对纸浆流量和浓度的测量精度、快速性都提出了更高的要求，需要开发出新型的纸浆流量计替代传统流量计来满足当前纸张生产的发展要求。
　　当前的浓度测量技术发展已趋成熟，且通过研究发现，在纸浆浓度噪声信号中含有与流量相关且稳定的高频成分。本文从这个角度出发，提出了一种流量测量新思路，该想法是利用 DSP的高速数字信号处理能力，实现对浓度噪声信号的时-频谱估计技术，从而得到纸浆流量等信息。笔者通过研制基于DSP的软测量系统实现上述方法，全文工作内容主要包括以下几点：
　　（1）噪声和纸浆相关的理论基础研究。通过对噪声数学模型和相关特性的研究，结合对浓度噪声的时-频特性分析，为之后的时-频谱估计分析算法研究提供了理论依据。
　　（2）时-频谱估计分析算法的研究。在理论分析的基础上，针对算法的实时分析能力和抗干扰性，运用Matlab工具对连续小波变换等时-频分析算法做了仿真分析和验证。
　　（3）流量软测量在LabVIEW中的在线验证。利用其性能高、成本低、周期短的特点，构建流量在线测量检验平台来进一步验证算法的正确性。
　　（4）软测量系统的软硬件设计。为了实现和保证算法的高速运行，达到预期的测量精度，本文选用了C2000系列的F2812芯片作为本系统处理时-频算法的核心处理器，完成了原理图的设计和实验板的制作，并利用CCS编程环境完成DSP软件的开发与调试。
　　基于上述的工作，在现有制作的硬件系统平台基础上，逐步完善了系统软件的数据采集、信息处理、结果显示和储存等功能。系统的测试结果表明，本文提出的流量测量新方法不仅可以将纸浆流量测量精度提高到了0.2％，而且大大降低了造纸生产线上硬件投入的成本，达到了预期的目标。

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目录

1 绪论

1.1 课题的研究目的和意义

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 本文的主要工作及后续章节安排

2 噪声和纸浆的基础理论

2.1 噪声的概念和分类

2.2 噪声过程及其分析方法

2.3 纸浆特性及纸浆浓度的测量

2.4 纸浆浓度噪声信号的特性

2.5 本章小结

3 基于时-频谱估计的流量算法研究

3.1 纸浆浓度固有噪声的数学模型

3.2 噪声时-频谱估计分析方法的研究

3.3 纸浆浓度信号的信噪分离和噪声信号提取

3.4 基于连续小波变换的纸浆流量测量方法

3.5 本章小结

4 流量软测量在LabVIEW中的在线验证

4.1 虚拟仪器的概念

4.2 虚拟仪器的结构

4.3 虚拟仪器在流量测量中的应用研究

4.4 基于LabVIEW的纸浆流量在线验证

4.5 本章小结

5 基于DSP的软测量系统软硬件的设计

5.1 系统总体功能

5.2 DSP硬件系统的设计

5.3 DSP软件系统及算法实现

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

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