الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۱۰
کد مقاله
ELC110
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
طراحی پاسخ ضربه ای نامحدود (IIR) ساختار فیلتر میان گذر با استفاده از روش بهینه سازی ازدحام ذرات
نام انگلیسی
Design of infinite impulse response (IIR) bandpass filter
structure using particle swarm optimization
تعداد صفحه به فارسی
۱۸
تعداد صفحه به انگلیسی
۸
کلمات کلیدی به فارسی
فیلتر دیجیتال, الگوریتم بهینه سازی زدحام ذرات, تبدیل فوریه سریع, تابع برازندگی, تبدیل دوخطی
کلمات کلیدی به انگلیسی
Digital filter, particle swarm optimization, fast Fourier transform, fitness function, bilinear transformation
مرجع به فارسی
دپارتمان مهندسی برق، دانشگاه بالوا، نیجریه
ژورنال تحقیقات علمی استاندارد
مرجع به انگلیسی
Standard Scientific Research and Essays, Department of Electrical Engineering, Abubakar Tafawa Balewa University, Nigeria
کشور
نیجریه
طراحی پاسخ ضربه ای نامحدود فیلتر میان گذر بهینه سازی ازدحام ذرات
طراحی پاسخ ضربه ای نامحدود (IIR) ساختار فیلتر میان گذر با استفاده از روش بهینه سازی ازدحام ذرات
چکیده
این مقاله نسبت به ارائه کاربرد الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) برای طراحی فیلتر دیجیتال میان گذر پاسخ ضربه ای نامحدود (IIR) اقدام می کند. روش تبدیل دوخطی در ابتدا به عنوان یک روش پایه جهت محاسبه توابع انتقال تقریبی فیلترها، برمبنای تبدیل تابع انتقال فیلترهای آنالوگ از صفحه – s تا تابع انتقال فیلتر دیجیتال هم ارز در صفحه – z، بکار گرفته شده است. تابع انتقال فیلتر از طراحی DLT برمبنای مشخصه های ارائه شده حاصل آمده است. یک جمعیت متشکل از ۲۰ ذره جهت بررسی فضای جستجو به کار گرفته شد. عملکرد این ذرات با استفاده از تابع برازندگی که به عنوان میانگین مربعات خطا بین مقدار فیلتر طراحی شده و مقدار فیلتر مطلوب (ایده آل) مورد ارزیابی قرار گرفت. سرعت ذرات و موقعیت آنها در فضای جستجو برحسب معادلات PSO مشخص شد. پاسخ فیلتر طراحی شده PSO با پاسخ فیلتر طراحی شده BLT مقایسه شد. نتایج شبیه سازی نشان دهنده عملکرد نزدیک هردوی این فیلترها در تشخیص یک سیگنال ورودی چند فرکانسی می باشند.
کلمات کلیدی: فیلتر دیجیتال، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، تبدیل فوریه سریع، تابع برازندگی، تبدیل دوخطی.
طراحی پاسخ ضربه ای نامحدود فیلتر میان گذر بهینه سازی ازدحام ذرات
مقدمه
فیلترهای دیجیتال متعلق به کلاس تغییر ناپذیر با زمان خطی می باشند، که بوسیله ویژگی های علیت، ثبات و بازگشتی توصیف می شوند (Tan، ۱۹۹۹). آنها را می توان برحسب حوزه زمانی به وسیله پاسخ ضربه واحد آنها و در حوزه فرکانس به وسیله تابع انتقال توصیف نمود. فیلترها به طور اساسی بر مبنای پاسخ فرکانس آنها توصیف می شوند، همانند فیلترهای پایین گذر، بالا گذر، میان گذر و باند توقف. مشکل مورد بررسی در این تحقیق مشخص نمودن استفاده از تکنیک بهینه سازی ازدحام ذرات جهت طراحی فیلتر میان گذر ضربه ای نامحدود در مقایسه پاسخ آن با مورد طراحی شده با استفاده از روش تبدیل دوخطی کلاسیک می باشد. تکنیک طراحی تبدیل دوخطی BLT به عنوان یک تکنیک شناخته شده و جا افتاده مد نظر می باشد و استفاده گسترده ای در زمینه طراحی فیلترهای پاسخ ضربه ای نامحدود دارد. این فن آوری برای سالیان متمادی سبب حصول راه حل های کلاسیک شده است، با این حال این سیستم از یک نقص اساسی رنج می برد که انحراف فرکانس و اعوجاج بهره می باشد. در تکنیک طراحی تبدیل دوخطی تابع انتقال فیلتر آنالوگ از صفحه – s تبدیل به تابع انتقال فیلتر دیجیتال در صفحه –z می شود. این تکنیک را می توان جهت طراحی فیلترهای دیجیتال با تقریب های Butterworth یا Tschebyscheff برای فیلترهای IIR به کار گرفت.
الگوریتم های هوش محاسباتی قابلیت حل مسایل غیر دیفرانسیل پذیر، غیر خطی و بهینه سازی تابع چند هدفه را خواهند داشت. آنها بنابراین برای طراحی فیلتر دیجیتال مناسب هستند. PSO و الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات تکاملی هیبرید و تفاضلی آن (DE-PSO) جهت طراحی یک فیلتر FIR در تحقیق انجام شده به وسیله Bipul (2008) به کار گرفته شد. Kazhar و Khaled (2006) نیز از PSO به صورت منطقی جهت طراحی فیلتر برداری که ضرایب آن به صورت نسبی مشابه با پاسخ یک درون یاب تصویر رنگی بود استفاده نمودند. ویژگی های سنجشی اصلی این درون یاب قابلیت های حفظ لبه / تیزی و عدم وجود موارد تصنعی می باشد که به طور معمول در ارتباط با طرح های درون یاب خطی کلاسیک و حتی برخی از طرح های درون یابی غیر خطی است. تابع چند هدفی PSO نیز جهت طراحی جبران گر فیلتر قدرت هیبرید بهینه به کار گرفته شده است. پارامترهای فیلتر نظیر و به عنوان یک تابع تک هدفه (برازندگی) ترکیب شدند (Adel و همکاران، ۲۰۰۹) یک گونه از PSO با سرعت مختل نیز برای طراحی دو فیلتر IIR فاز – صفر دوبعدی به کار گرفته شده است. معیار ثبات نیز تحت عنوان قیودات مشخص برای وظیفه حداقل سازی تابع برازندگی به کار گرفته شد (Swagatam و همکاران، ۲۰۰۵). براین مبنا این فیلتر دارای یک حاشیه ثبات نسبتا منطقی و خوبی می باشد. تکنیک PSO به واسطه کارایی آن جهت طراحی فیلترهای پاسخ ضربه ای محدود نوری (FIR) نیز به کار گرفته شده است (Ying و همکاران، ۲۰۰۳). الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات نیز به صورت برابر برای شناسایی پارامترهای غیر خطی فیلترهای دیجیتال استفاده شده است (Omizegba و همکاران، ۲۰۱۰). میزان قابلیت و جذابیت آن برای این کاربرد ناشی از کارایی بالا با بهره گیری از پارامترهای اندک جهت تنظیم آن به منظور داشتن یک عملکرد خوب می باشد.
این مطالعه ارائه دهنده طراحی ساختار فیلتر میان گذر با استفاده از تکنیک دوخطی به کار گرفته شده با توجه به مشخصه های خاص، طراحی PSO با توجه به این مشخصه ها و تابع انتقال حاصله، می باشد. این مورد همچنین ارائه دهنده پاسخ فیلتر و مباحث مرتبط با نتایج است. در نهایت خلاصه، نتیجه گیری و مراجع نیز ارائه می شوند.
طراحی پاسخ ضربه ای نامحدود فیلتر میان گذر بهینه سازی ازدحام ذرات
تکنیک طراحی تبدیل دوخطی
مشخصه فیلتر میان گذر به شرح ذیل می باشد: طراحی یک فیلتر میان گذار با فرکانس نمونه برداری یک کیلوهرتز همراه با فرکانس باند گذر dB 3 از ۱۰۰ الی ۴۰۰ هرتز و حداقل تضعیف/ میرایی dB 20 در ۴۵ و ۴۵۰ هرتز با افت آرام یکنواخت فراتر از این فرکانس ها. برای طراحی کلاسیک، فرکانس های دیجیتال برای فیلتر پایین گذر در تعامل با رویه طراحی BLT حاصل آمده و با استفاده از فرایند تبدیل به نوع میان گذر تبدیل می شوند.
پروسه طراحی شامل مراحل ذیل است: ۱) تبدیل مشخصه های فیلتر دیجیتال به مشخصه های فیلتر آنالوگ، ۲) اجرای طراحی فیلتر آنالوگ و ۳) به کارگیری پروسه تبدیل دوخطی و تایید پاسخ فرکانس آن. برای تبدیل دوخطی، با توجه به مشخصه های فرکانس فیلتر دیجیتال، در ابتدا لازم است تا نسبت به پیش انحراف مشخصه های فرکانس دیجیتال به مشخصه های فرکانس آنالوگ و مشخص نمودن پروتوتایپ تبدیل با استفاده از پروتوتایپ پایین گذر آنالوگ به میان گذر آنالوگ اقدام شود.
فرکانس های دیجیتال به شرح ذیل حاصل می شوند:
فرکانس نمونه برداری و فرکانس های دیجیتال های بالا و پایین گذر هستند. فرکانس های آنالوگ پیش انحراف به شرح ذیل حاصل می شوند:
مرتبه فیلتر با استفاده از فرمول تقریب Butterworth در این معادله به دست می آید:
که در آن n مرتبه فیلتر می باشد و
با کسر مقادیر تضعیف باند عبور و باند توقف به این معادله خواهیم داشت:
= مرتبه این فیلتر به صورت تقریبی ۲ می باشد.
با انتخاب تابع انتقال پروتایپ Butterworth مرتبه دوم در ترکیب با تابع پروتوتایپ تبدیل آنالوگ برای فیلتر میان گذار خواهیم داشت:
با کسر از s از تابع دوخطی . تابع انتقال از طراحی برای مشخصه های فیلتر میان گذر محاسبه می شود که به شرح ذیل ارائه می گردد:
طراحی پاسخ ضربه ای نامحدود فیلتر میان گذر بهینه سازی ازدحام ذرات
طراحی PSO– مبنا
جدول ۱ نشان دهنده پارامترهای PSO به کار گرفته شده جهت طراحی ساختارهای فیلتر مدنظر می باشد. با ایجاد ثابت شتاب c1 و c2 به صورت برابر به نظر یک نقطه آغازین مناسب حاصل آمده است در حالیکه ثابت اینرسی را می توان به صورت نوعی در ۹/۰ حفظ نمود و سپس به هنگام افزایش تکرار کاهش داد (De Valle و همکاران، ۲۰۰۸). در انتخاب پارامترهای معادله PSO مقادیر نوعی ثابت ها که در جدول ۱ نشان داده شده اند برای سادگی انتخاب گردیده اند. تابع برازندگی که در این تحقیق به کار گرفته شده است به عنوان خطای میانگین مربعات بین مقدار فیلتر طراحی شده و مقدار فیلتر مطلوب تعریف می شود (Bipul، ۲۰۰۹).
را که هدف طراحی بر پاسخ فرکانس فیلتر طراحی شده متمرکز است. تابع برازندگی ? به وسیله معادله (۲) مشخص شده و h مساوی با فرکانس تا شده می باشد.
فیلتر ایده آل به صورت کاملا ساده ای ساخته شده است و دارای یک مقدار ۱ در باند عبور و مقدار ۰ در باند توقف می باشد. تابع انتقال حاصل آمده با استفاده از طراحی PSO برای باند عبور در معادله ۳ نشان داده شده است.
پاسخ های فیلتر و مباحث مربوطه
پاسخ های حاصل آمده از روش طراحی کلاسیک BLT و الگوریتم های PSO ارائه می شوند. سیگنال ورودی سینوسی چند فرکانسی شبیه سازی شده که به وسیله معادله ۴ عرضه شده است جهت آزمایش هردوی ساختارهای فیلتر میان گذر طراحی شده به کار گرفته شد.
شکل ۱ نشان دهنده خطای میانگین مجذورات PSO در ۵۰۰ بار / مرحله می باشد. این الگوریتم به هنگام صد و چهلمین تکرار به ضرایب بهینه فیلتر همگرا شد. مقدار پاسخ فرکانس فیلتر طراحی شده PSO با فیلتر ایده ال نشان داده شده در شکل های ۲ الی ۵ برای هر دوی طرح ها مقایسه شد. پاسخ مقدار PSO فیلتر طراحی شده با فیلتر میان گذر ایده آل نشان داده شده در شکل ۲ نیز مقایسه شد. ذکر این نکته قابل توجه است که فیلتر طراحی شده در ویژگی های نشان داده شده باند عبور فیلترهای Butterworth به صورت حداکثر مسطح هستند. این شکل همچنین نشان دهنده نقطه dB 3- در ۴۲۰-۹۰ هرتز است که نزدیک به مشخصه باند عبور ۴۰۰-۱۰۰ هرتز می باشد.
پاسخ فیلتر حاصل آمده از تکنیک BLT در شکل ۴ ارائه شده است. این شکل نشان دهنده آن است که طراحی به وسیله EMT چندان به تقریب مورد بهینه نزدیک نمی باشد. این پاسخ در باند توقف یکنواخت نیست و دارای ریپل قابل توجهی در باند عبور می باشد. نقطه dB 3- در ۴۵۰-۵۰ هرتز است که بسیار دور از ۱۰۰ هرتز فرکانس باند عبور پایین خواهد بود.
پاسخ های فاز فیلترهای طراحی شد به وسیله PSO و BLT در شکل های ۳ و۵ ارائه شده اند. هردو معرف ویژگی های غیر خطیت هستند که برای فیلترهای IIR شناخته شده می باشند.
طرح FFT سیگنال آزمایش چند فرکانسی در شکل ۶ نشان دهنده باندهای مختلف فرکانس های استفاده شده جهت آزمایش قابلیت هردوی این فیلترها جهت مشخص نمودن باندهای فرکانس ناخواسته می باشد.
با بررسی شکلهای ۷ و ۸ به طور دقیق، سیگنال های حاصله از فرکانس باند عبور پایین ۱۰۰ هرتز تا فرکانس باند عبور بالای ۴۰۰ هرتز به نظر قابلیت عبور از خروجی هردوی فیلترها با میرایی بسیار اندکی را دارند، و این مورد در صورتی است که سیگنال ها در فرکانس های دارای افت ۵۰ و ۴۵۰ هرتز کاملا میرا می شوند. با این حال برای فیلتر طراحی شده BLT، سیگنال در باند فرکانس ۵۰ و۴۵۰ هرتز، معرف یک افزایش قابل توجه در بهره، به هنگام مقایسه با مورد طراحی شده به وسیله PSO می باشد. بنابراین می توان مشاهده نمود که میرایی فیلتر طراحی شده BLT ضعیف تر است.
طراحی پاسخ ضربه ای نامحدود فیلتر میان گذر بهینه سازی ازدحام ذرات
نتیجه گیری
فیلتر تبدیل دوخطی کلاسیک (BLT)، تکنیک، و تکنیک بهینه سازی ازدحام ذرات جهت طراحی فیلترهای میان گذر خاص به کار گرفته شدند. پاسخ های فیلترهای طراحی شده با هر دو روش معرف عملکرد خوبی در زمینه ایجاد تمایز در مقابل باندهای فرکانس ناخواسته می باشند.
نتایج آزمایش شبیه سازی شده که بر روی این فیلترها انجام شدند در تطابق با مشخصه های فیلتر مربوطه می باشند. پاسخ های مقدار فیلترهای طراحی شده در مقایسه با پاسخ فیلتر ایده آل به طور آشکار نشان دهنده کارایی روش PSO در طراحی فیلتر دیجیتال می باشد. ذکر این نکته ضروری است که پاسخ فیلتر طراحی شده با استفاده از PSO برآورد کننده مشخصه های ارائه شده می باشد. تحقیقات آتی بر روی پیاده سازی سخت افزاری تکنیک بهینه سازی ازدحام ذرات در طراحی فیلتر دیجیتال را می توان به عنوان مباحث آتی مدنظر قرار داد.
طراحی پاسخ ضربه ای نامحدود فیلتر میان گذر بهینه سازی ازدحام ذرات
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
