基于混沌理论的低压PLC信道特性研究

论文摘要

低压PLC信道是一个受某些确定性规律控制的复杂非线性有限维动力系统,研究它的特性并建立其信道模型,是低压PLC技术领域的重要课题。本研究将混沌理论引入低压PLC信道特性研究,通过对信道实测时间序列进行混沌分析,从整体上研究低压PLC信道的内在规律。围绕基于混沌理论的低压PLC信道特性分析这一主题,进行了如下工作：一、为了得到信道的实测时间序列,设计了基于TMS320F2812的数据测量系统。该系统的主要特点包括,特有的耦合接口既能隔离工频信号,又具有足够大的通频带以保证采集到从低频到高频的各种信号成分；具有对数放大功能的信号调节模块保证了大动态范围信号的有效处理；具有丰富外围设备和高速运算能力的DSP芯片提高了装置的可靠性和数据处理能力。二、测量得到的时间序列不可避免的含有测量噪声,这些噪声对时间序列的分析结果产生不利影响。为了保证分析结果的可靠性,本研究采用了改进小波软阈值去噪算法对时间序列进行去噪处理。三、通过对大量低压PLC信道时间序列进行关联维数和最大Lyapunov指数等混沌特征量的提取分析,得出了饱和关联维数存在和最大Lyapunov指数为正两条结论。从而确定了建立低压PLC信道数学模型所需的最少独立变量个数并证明了低压PLC系统具有混沌特性,因而具有短期可预测性。四、对不同运行工况下低压PLC信道的关联维数和最大Lyapunov指数进行计算,研究分析了运行工况与混沌特征量间的对应关系。结果表明,低压PLC信道的关联维数和最大Lyapunov指数与低压电力线网络运行工况呈现明显的正相关性,可作为参量描述低压PLC信道的混沌特征,估计该信道系统运动的复杂程度和混沌水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景及其意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.3 本文所做的工作
• 第2章 混沌理论
• 2.1 混沌理论基础
• 2.1.1 混沌的定义
• 2.1.2 混沌的基本特征
• 2.2 奇异吸引子
• 2.3 相空间重构
• 2.3.1 Takens重构相空间理论
• 2.3.2 互信息法
• 2.4 混沌时间序列的特征量
• 2.4.1 关联维数
• 2.4.2 最大Lyapunov指数
• 2.4.3 Kolmogorov熵
• 2.5 本章小结
• 第3章 低压PLC信道数据测量系统
• 3.1 测量系统工作原理
• 3.2 耦合接口
• 3.3 信号调节电路
• 3.3.1 对数放大器工作过程
• 3.3.2 TL441对数放大器
• 3.4 数据采集存储单元
• 3.4.1 TMS320F2812简介
• 3.4.2 AD转换模块
• 3.4.3 DSP及其外围电路
• 3.5 数据传输
• 3.5.1 串行通信接口
• 3.5.2 USB通信接口
• 3.6 系统程序流程图
• 3.7 本章小结
• 第4章 测量噪声的滤除
• 4.1 噪声对混沌的影响
• 4.2 小波变换的基本概念
• 4.3 小波变换的去噪方法
• 4.3.1 小波多分辨率分析
• 4.3.2 混沌信号和噪声的模极大值
• 4.3.3 基于阈值的小波去噪方法
• 4.4 改进的小波去噪方法
• 4.5 本章小结
• 第5章 低压PLC信道混沌特性分析
• 5.1 时间序列的去噪处理
• 5.2 重构延迟的确定
• 5.3 关联维数的计算
• 5.4 最大Lyapunov指数的计算
• 5.5 本章小结
• 第6章 不同工况下低压PLC信道混沌特性分析
• 6.1 持续时间的选取
• 6.2 测量系统截止频率的确定
• 6.3 不同测量地点对混沌特征量的影响
• 6.4 不同测量时间对混沌特征量的影响
• 6.5 不同负载对混沌特征量的影响
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 论文主要研究工作
• 7.2 后继工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢
• 附录1
• 附录2