53、噪声降低技术与传感器、换能器知识解析

噪声降低技术与传感器、换能器知识解析

1. 噪声降低技术

1.1 带宽与增益的平衡

在处理噪声时，通常需要降低带宽。当修改控制补偿器以降低带宽并增加增益时，如果在增益衰减的频率处为控制回路增加相位，会进一步减少可用带宽。优化反馈回路需要使用奈奎斯特图测试增益 - 带宽，直到找到可接受的响应。若控制对象（主动衰减系统中的执行器）延迟较小，则在低频下获得高负反馈增益相对容易。但每个运算放大器都有类似的增益 - 带宽乘积，由其晶体管电路中的电子相移和延迟决定。在宽频带上使用过多反馈增益会导致系统不稳定和振荡。

1.2 ARMAX 控制

ARMAX 控制可通过缩小特定干扰信号的带宽来最大化稳定增益，但这也会最小化稳定增益和相位裕度，因此适用于在几乎固定的对象传递函数且环路延迟较小的情况下，处理非常稳定的窄带噪声干扰。若换能器对象响应或噪声干扰突然改变，ARMAX 控制回路很可能迅速变得不稳定。

1.3 MATLAB 示例

使用了 7 个 m - 脚本生成相关图形，具体如下表所示：
| m - Script | Figures |
| — | — |
| contnz.m | 15.1–15.3 |
| whiten.m | 15.6–15.8 |
| fwiggle.m | 15.6–15.8 |
| weiner2f.m | 15.10–15.11 |
| fwiggle2f.m | 15.10–15.11 |
| feedback.m | 15.17–15.19 |
| ARMAXdemo.m | 15.20 |