滤波方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及滤波技术领域，具体而言，涉及一种滤波方法、装置及电子设备。

背景技术：

近年来，t-s模糊模型受到了广泛地关注，t-s模糊模型是由非线性模糊权重将一系列线性子模型光滑连接而成的全局模型，它可以在凸紧集内以任意精度逼近任意光滑非线性函数，t-s模糊模型在模糊系统的稳定性分析、控制器综合以及滤波器设计等方面都发挥着巨大的作用并取得了丰硕的理论成果。

值得注意的是，上述结果以一型模糊逻辑为基础，这些传统的一型t-s模糊控制通常以假定模糊权重不包含不确定性信息。然而在实际应用中，不仅具有非线性而且往往伴随着不确定性，一旦考虑的系统为具有参数不确定的非线性系统，基于一型模糊逻辑的t-s模糊控制方法不能被直接应用。

因此，如何更好地处理了具有参数不确定性的非线性系统，完成滤波器参数的设计，使误差滤波系统稳定，是现有技术中一亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种滤波方法、装置及电子设备以改善上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种滤波方法，所述滤波方法包括：

建立全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型；

建立全局的区间二型模糊滤波器模型；

根据所述区间二型t-s模糊时滞系统模型以及所述区间二型模糊滤波器模型建立滤波误差模型，并根据所述滤波误差模型进行滤波。

第二方面，本发明实施例提供了一种滤波装置，所述滤波装置包括：

第一建立模块，用于建立全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型；

第二建立模块，用于建立全局的区间二型模糊滤波器模型；

第三建立模块，根据所述区间二型t-s模糊时滞系统模型以及所述区间二型模糊滤波器模型建立滤波误差模型；

滤波模块，用于根据所述滤波误差模型进行滤波。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

存储器；

处理器；以及

滤波装置，所述滤波装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模组，所述滤波装置包括：

第一建立模块，用于建立全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型；

第二建立模块，用于建立全局的区间二型模糊滤波器模型；

第三建立模块，根据所述区间二型t-s模糊时滞系统模型以及所述区间二型模糊滤波器模型建立滤波误差模型；

滤波模块，用于根据所述滤波误差模型进行滤波。

对于现有技术，本发明提供的滤波方法、装置及电子设备具有如下的有益效果：

本发明提供的滤波方法、装置及电子设备能更好地处理具有参数不确定性的非线性系统，完成了滤波器参数的设计，使滤波更加稳定。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的电子设备的结构框图。

图2为本发明较佳实施例提供的滤波方法的流程图。

图3为本发明较佳实施例提供的弹簧阻尼系统的受力原理图。

图4为图3中初始条件为x1＝1，时的状态回复曲线图。

图5为图3中初始条件为x2＝-2，时的状态回复曲线图。

图6为图3在零初始条件下的误差回复曲线图。

图7为本发明较佳实施例提供的滤波装置的结构框图。

图标：10-电子设备；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-外设接口；105-显示单元；106-音频单元；107-输入输出单元；200-滤波装置；210-第一建立模块；220-第二建立模块；230-第三建立模块；240-滤波模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1，是本发明较佳实施例提供的电子设备10的结构框图，本发明实施例提供的滤波装置200可应用于所述电子设备10中。所述电子设备10可以是，但不限于智能手机、个人电脑(personalcomputer，pc)、平板电脑、个人数字助理(personaldigitalassistant，pda)、移动上网设备(mobileinternetdevice，mid)等。所述电子设备10的操作系统可以是，但不限于，安卓(android)系统、ios(iphoneoperatingsystem)系统、windowsphone系统、windows系统等。

于本发明实施例中，所述电子设备10还包括存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、音频单元106以及输入输出单元107。

所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、音频单元106以及输入输出单元107，各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述滤波装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述电子设备10的操作系统(operatingsystem，os)中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如，所述滤波装置200包括的软件功能模块或计算机程序。

处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。

所述外设接口104将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

显示单元105在所述电子设备1010与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元105可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器进行计算和处理。

音频单元106向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。

输入输出单元107用于提供给用户输入数据实现用户与所述电子设备10的交互。所述输入输出单元107可以是，但不限于，鼠标和键盘等。

请参阅图2，是本发明较佳实施例提供的应用于滤波装置200的滤波方法的流程图，下面将对图2所述的具体流程进行详细阐述。

步骤s101，建立全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型。

在本实施例中，全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型fα为：

其中，i＝1,2,…p,α＝1,2,…r，x(t)∈rⁿ是状态向量，z(t)∈r^v是控制输出，y(t)∈r^m是测量输出，w∈r^q是扰动输入，ai,adi,d1i,ci,cdi,d2i,ei,edi和d3i是已知的系统矩阵，d(t)是时变时滞，d(t)满足：

h和μ是两个标量，ai(x(t))∈[0,1]和是两个非线性函数并且满足

具体的，在建立全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型时，首先考虑如下的规则，如果f1(x(t))是且fr(x(t))是则：

其中是关于函数fα(x(t))的区间二型模糊集合，i＝1,2,…p,α＝1,2,…r，x(t)∈rⁿ是状态向量，z(t)∈r^v是控制输出，y(t)∈r^m是测量输出，w∈r^q是扰动输入，ai,adi,d1i,ci,cdi,d2i,ei,edi和d3i是已知的系统矩阵。d(t)是时变时滞，d(t)满足：

其中h和μ是两个标量。

第i条规则的激活强度定义为如下区间集：

其中和分别表示上、下隶属度。

则，可得到全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型：

其中，ai(x(t))∈[0,1]和是两个非线性函数并且满足

步骤s102，建立全局的区间二型模糊滤波器模型。

在本实施例中，全局的区间二型模糊滤波器模型gβ为：

其中，j＝1,2,…p,β＝1,2,…r，afj，bfj和cfj是滤波参数，βj(x(t))∈[0,1]和是两个非线性函数并且满足

具体的，定义前提隶属函数不匹配的区间二型模糊滤波器，滤波器系统规则：如果g1(x(t))是且gl(x(t))是则：

其中是关于函数gβ(x(t))的区间二型模糊集合，j＝1,2,…p,β＝1,2,…r，afj，bfj和cfj是滤波器参数。第j条规则的激活强度定义为如下区间集：

其中

和分别表示上、下隶属度。

则，可得到全局的区间二型模糊滤波器模型：

其中

βj(x(t))∈[0,1]和是两个非线性函数并且满足

步骤s103，建立滤波误差模型，并根据所述滤波误差模型进行滤波。

在本实施例中，滤波误差模型为：

其中，

具体的，在得到公式(3)和(5)后，可由公式(3)和(5)运算得到该滤波误差模型。

得到该滤波误差模型后，根据所述滤波误差模型进行滤波。

例如，如图3所示，是弹簧阻尼系统的受力原理图，由牛顿运动定律可得：

其中m为物体质量，ff和fs分别为物体所受摩擦力和弹簧的弹力，u(t)为水平方向合力，x代表位移。由于其中和a为常数。则上式可表示为：

定义令x1(t)∈[-2,2]，m＝1kg，c＝2n·m/s，a＝0.3m^-1。假设则当时，取最大值为当时，取最小值为由于为不确定参数，存在的一型模糊滤波方法不能被应用。于本发明实施例中，原始的非线性系统可以近似转化为公式(3)的全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型。

其中相关参数为：

c1＝[0.10.1]，c2＝[0.10.1]，cd1＝[-0.80.6]，cd2＝[-0.21]，d21＝-0.7，d22＝0.2，e1＝[10]，e2＝[10]，ed1＝[0.10]，ed2＝[00.2]，d31＝0，d32＝0。

由于不确定参数取值的不同，全局区间二型模糊滤波器模型的上、下隶属函数如下：

接下来，给出l2-l∞性能指标下的滤波器的参数设计。令φ＝i，ψ1＝ψ2＝0，ψ3＝γ²i。当取α＝1，β＝10，h＝0.5，μ＝0.2，得到最小的l2-l∞性能指标γ＝1.0302，并求得滤波器增益矩阵为：

cf1＝[-0.00090.0270]，

cf2＝[-0.00090.0271]。

在初始条件x1＝1,x2＝-2,的状态回复曲线如图4、图5。

设扰动为在零初始条件下，系统的误差回复曲线为图6。

从图4-6可以看出，本发明实施例提供的滤波方法对参数不确定的弹簧阻尼系统是有效的。

综上，本发明实施例提供的滤波方法，采用区间二型t-s模糊模型，更好地处理了具有参数不确定性的非线性系统，完成了滤波器参数的设计，使滤波更加稳定。

请参阅图7，是本发明较佳实施例提供的滤波装置200的结构框图，所述滤波装置200包括有第一建立模块210、第二建立模块220、第三建立模块230和滤波模块240。

第一建立模块210用于建立全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型。

具体的，滤波装置200通过所述第一建立模块210用于建立全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型fα

其中，i＝1,2,…p,α＝1,2,…r，x(t)∈rⁿ是状态向量，z(t)∈r^v是控制输出，y(t)∈r^m是测量输出，w∈r^q是扰动输入，ai,adi,d1i,ci,cdi,d2i,ei,edi和d3i是已知的系统矩阵，d(t)是时变时滞，d(t)满足：

h和μ是两个标量，ai(x(t))∈[0,1]和是两个非线性函数并且满足

可以理解的，所述第一建立模块210可以用于执行上述的步骤s101。

第二建立模块220用于建立全局的区间二型模糊滤波器模型。

具体的，滤波装置200通过所述第二建立模块220用于建立全局的区间二型模糊滤波器模型gβ

其中，j＝1,2,…p,β＝1,2,…r，afj，bfj和cfj是滤波参数，βj(x(t))∈[0,1]和是两个非线性函数并且满足

可以理解的，所述第二建立模块220可以用于执行上述的步骤s102。

第三建立模块230用于根据所述区间二型t-s模糊时滞系统模型以及所述区间二型模糊滤波器模型建立滤波误差模型。

具体的，滤波装置200通过所述第三建立模块230用于依据所述全局的区间二型t-s模糊时滞系统模型fα以及所述全局的区间二型模糊滤波器模型gβ建立滤波误差模型

其中，

可以理解的，所述第三建立模块230可以用于执行上述的步骤s103中根据所述区间二型t-s模糊时滞系统模型以及所述区间二型模糊滤波器模型建立滤波误差模型这一过程。

滤波模块240用于根据滤波误差模型进行滤波。

建立滤波误差模型后，滤波装置200的滤波模块240根据该滤波误差模型进行滤波。

可以理解的，所述滤波模块240可以用于执行上述的步骤s103中根据滤波误差模型进行滤波这一过程。

综上，本发明实施例提供的滤波装置200，采用区间二型t-s模糊模型，更好地处理了具有参数不确定性的非线性系统，完成了滤波器参数的设计，使滤波更加稳定。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。