Tecnologia / Guida tecnica
Filtraggio delle misure del vento: larghezza di banda, ritardo e latenza
Il filtraggio può sopprimere le variazioni rapide modificandone anche la temporizzazione. La comunicazione può ritardare l'arrivo senza applicare la stessa trasformazione della forma d'onda. Questi meccanismi possono produrre tracciati che appaiono ritardati in modo simile, ma hanno cause diverse e implicazioni differenti per l'interpretazione di una grandezza del vento variabile.
Valori più smussati possono rappresentare una porzione precedente del segnale.
Distingui la risposta in ampiezza, il ritardo dipendente dalla frequenza e il tempo di consegna prima di confrontare due canali di misurazione.
01 / Risposta in ampiezza.
Un filtro modifica le componenti in misura diversa.
La risposta in frequenza di un filtro descrive come ogni componente in frequenza viene scalata e sfasata secondo il suo modello di sistema lineare.
La risposta in frequenza di un filtro descrive come ciascuna componente di frequenza viene scalata e sfasata secondo il suo modello di sistema lineare. Una risposta passa-basso attenua comunemente le componenti rapide più intensamente di quelle lente. Il tracciato risultante può apparire meno variabile anche quando l'ingresso fisico rimane invariato.
La sola indicazione della frequenza di taglio non descrive tutta l'attenuazione, il comportamento nella transizione o il ritardo. Un massimo filtrato può differire dal massimo originale. Si tratta di un cambiamento nel segnale rappresentato, non necessariamente di un cambiamento nel comportamento fisico della turbina o del sensore.
02 / Definizioni di ritardo
Il ritardo di fase e il ritardo di gruppo rispondono a domande diverse.
Il ritardo di fase è l'opposto dello sfasamento diviso per la frequenza angolare, τp = −φ/ω per ω diverso da zero.
Il ritardo di fase è lo sfasamento cambiato di segno diviso per la frequenza angolare, τp = −φ/ω per ω diverso da zero. Il ritardo di gruppo è l'opposto della pendenza della fase resa continua rispetto alla frequenza angolare. MathWorks distingue queste grandezze, generalmente differenti.
Per una convenzione a frequenza continua con frequenza angolare in rad/s, tale pendenza associata al ritardo di gruppo fornisce secondi. Con la frequenza digitale in rad/sample, fornisce campioni. La convenzione di frequenza conta prima di attribuire un ritardo numerico a un evento.
03 / Esempio di calcolo della media
Una media mobile simmetrica presenta un ritardo modellato.
Filtro ipotetico: una media mobile causale su cinque campioni con pesi uguali è un filtro a risposta impulsiva finita di ordine quattro e a fase lineare.
Filtro ipotetico: una media mobile causale su cinque campioni con pesi uguali è un filtro a risposta impulsiva finita a fase lineare di ordine quattro. Il suo ritardo di gruppo è di due campioni dove la risposta è non nulla. Con un campionamento uniforme di 0.02 s, tale ritardo corrisponde a 0.04 s.
L'uscita è anche la media di cinque diversi istanti dell'ingresso, quindi spostarne l'etichetta temporale non ripristina le fluttuazioni eliminate dalla media. L'intervallo e il filtro inventati descrivono un esempio matematico, non un dispositivo MARSTON, un'impostazione o una modifica proposta.
04 / Interpretazione degli eventi
Un gradino non si comporta necessariamente come una componente a banda stretta.
Un cambiamento improvviso contiene un intervallo di frequenze.
Un cambiamento improvviso contiene una gamma di frequenze. La sua salita visibile e l'istante apparente dell'evento dipendono dalla risposta completa e dal criterio utilizzato per identificare il cambiamento. Un singolo valore di ritardo di gruppo non può prevedere universalmente ogni attraversamento di soglia.
Filtri diversi possono avere ampiezze simili nella banda passante ma comportamenti di fase differenti. Un ritardo dipendente dalla frequenza può modificare la forma d'onda anziché limitarsi a traslarla nel tempo. Per questo motivo, la larghezza di banda in ampiezza e la risposta temporale devono rimanere concettualmente distinte.
05 / Effetti di trasporto.
La latenza di arrivo è una parte diversa della catena.
Un'osservazione memorizzata può arrivare più tardi a causa della trasmissione o del buffering.
Un'osservazione memorizzata può arrivare più tardi a causa della trasmissione o del buffering. Una latenza di consegna variabile può modificare l'ordine di arrivo senza cambiare il momento in cui il sensore ha osservato il valore. Il filtraggio, invece, modifica il modo in cui il valore di uscita si rapporta a un intervallo di valori di ingresso.
Riunire entrambi i meccanismi in un unico scarto temporale non spiegato ne nasconde gli effetti. Il guida alle marcature temporali distingue le etichette di osservazione e di arrivo; il filtraggio spiega perché un'uscita con una temporizzazione corretta può comunque rappresentare un comportamento ritardato del segnale.
06 / Ambito di interpretazione
Le affermazioni riguardanti i tempi appartengono a una trasformazione definita.
La guida al campionamento tratta l'ambiguità di frequenza, mentre questa pagina riguarda le informazioni conservate e il ritardo dopo una trasformazione definita.
La pagina guida al campionamento tratta l'ambiguità in frequenza, mentre questa pagina riguarda le informazioni conservate e il ritardo dopo una trasformazione definita. Campionare più rapidamente non elimina automaticamente la dinamica del sensore o il ritardo del filtro.
Qui non vengono specificati alcun filtro MARSTON effettivo, larghezza di banda, latenza di comunicazione o prestazioni di sincronizzazione. Questi principi supportano l'interpretazione dei dati senza fornire progettazioni di filtri, tarature dei controllori, modifiche alla registrazione dei dati o istruzioni per prove sul campo.
Prosegui la verifica con Campionamento delle forme d'onda eoliche: condizioni di Nyquist e aliasing.
Prosegui la verifica con Retroazione dell'imbardata: riferimento, misura ed errore ad anello chiuso.
Prosegui la verifica con Controllo PI e PID: ruoli delle azioni proporzionale, integrale e derivativa.
Prosegui l'esame dell'elaborazione dei segnali con attenuazione e fase del filtro notch e derivate numeriche e rumore.
Approfondisci la discussione sulla temporizzazione con ritardo della retroazione e limiti di stabilità. Per gli argomenti distinti relativi alle informazioni sullo stato e alla stima, consultare Stati e osservabilità e Predizione di Kalman, innovazione e covarianza.
Informazioni generali: MathWorks: ritardo di fase, ritardo di gruppo e interpretazione dei filtri FIR a fase lineare. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Risposta in ampiezza. | Guadagno del componente in funzione della frequenza | È specificato un modello di sistema lineare. |
| Ritardo di fase | Sfasamento rispetto alla frequenza della componente | Fase e unità richiedono una convenzione coerente. |
| Ritardo di gruppo | Pendenza negativa della fase senza salti di avvolgimento | L'espressione in secondi o in campioni dipende dalla variabile di frequenza. |
| Media mobile | Cinque valori; ordine quattro; ritardo di due campioni | Campionamento uniforme e risposta non nulla. |
| Latenza di trasporto | Tempo di arrivo meno tempo di osservazione. | Gli effetti della trasmissione dei dati sono distinti dal filtraggio. |
Domande ingegneristiche.
Lo smussamento dimostra che un segnale fisico è diventato più stabile?
No. La trasformazione stessa può ridurre la variazione visibile.
Il ritardo di fase e il ritardo di gruppo sono identici?
In generale no. Si basano su relazioni diverse con la fase.
Un ritardo di due campioni significa due secondi?
Solo se l'intervallo di campionamento è di un secondo; occorre convertire le unità.
Uno spostamento temporale può ripristinare i picchi eliminati dalla media?
No. Cambiare le etichette non recupera le informazioni eliminate dalla forma d'onda.
Il ritardo di comunicazione coincide con il ritardo di gruppo?
No. Descrivono rispettivamente il trasporto e la trasformazione del segnale.
Questa pagina seleziona un filtro MARSTON?
No. La sua media mobile è un modello matematico illustrativo.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
Filtrare può sopprimere variazioni rapide, ma anche alterare i tempi. Condividi il modello e le informazioni operative o di progettazione applicabili per una discussione tecnica.