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关键词： 超临界萃取技术   连续萃取   高压密封   轴向推入模型   密封模拟  

摘要： 超临界流体萃取技术是一种新兴的绿色萃取分离技术,具有萃取效率高、产品质量好、环保无污染等优点。但目前超临界流体萃取技术存在一个重要问题,即萃取设备均为间歇式设备,在萃取过程中需要多次进行进卸料操作,能量损耗巨大,存在安全隐患。本文作者提出一种超临界流体连续萃取工艺及设备,促进了超临界流体萃取技术向高效、节能、环保、安全的方向发展,有较高的研究和推广价值。通过对国内外超临界CO萃取工艺流程的分析比较,以一种超临界流体连续萃取分离装置系统为基础,介绍了超临界CO连续萃取系统的工艺流程,实现了分级连续萃取的设想,并对系统中主要设备的结构和形式进行选择。针对超临界流体连续萃取设备中关键的高压密封问题,建立了O形圈轴向推入安装模型,利用有限元分析软件,通过改变压缩率、摩擦系数和引入角等因素,研究安装过程中各因素对O形圈的力学性能的影响。结果表明,随着压缩率的增大、摩擦系数的增大、引入角θ的增大以及引入角内端圆角R的减小,O形圈各应力值均会增大,而改变引入角外端圆角R和引入长度Z,O形圈Von-Mises应力峰值不变,综合考虑各因素的影响,选择压缩率为10%-14%、摩擦系数为0.1-0.15、引入角为15°,内端圆角R为5mm时,O形圈分别具有最优的表现,外端圆角R和引入长度Z的选取便于加工即可。为研究O形圈工作状态时的密封性能,建立了O形圈工作状态有限元分析模型,分别对两侧介质压力为0-8MPa、8-16MPa、16-24MPa和24-32MPa以及材料为聚氨酯、丁腈橡胶和氟橡胶的O形圈进行了模拟。结果表明,随着O形圈两侧介质压力增大,聚氨酯O形圈的接触压力始终大于最大内压,可以有效实现密封;改变O形圈材料后发现,聚氨酯、丁腈橡胶和氟橡胶三种材料均可满足密封要求,且聚氨酯接触压力最大,而当介质压力较高时,氟橡胶O形圈出现了永久变形,综合考虑O形圈最适合选择聚氨酯材料。根据超临界CO连续萃取分离系统的工艺流程,基于O形圈安装过程和工作状态的模拟分析,完成了系统中关键设备的设计,确定了连续萃取器、分离器和CO储罐的主体及其零部件的结构尺寸,并进行了强度计算与校核。

关键词： 图信号   图信号处理   压缩感知   图傅里叶变换   采样   重构  

摘要： 图是广义的数据表示形式,可用于描述许多应用程序中数据域的几何结构,包括社交,能源,交通,传感器和神经元网络。与图中每个边关联的权重通常代表其连接的两个节点之间的相似度或相关程度。图节点间的连通性和边缘权值可由数据推断,也可由实际物理性质决定。例如,边缘权重可以与图节点之间的物理距离成反比。将信号幅值赋给相应的图节点,则所有图节点信号构成了一个图信号集合,若按某种顺序排列,则图信号集合元素可构成一个信号向量,简称为图信号。图信号处理就是对图信号进行平移、滤波、调制、尺度变换等操作。时域信号的采样与重构是传统信号处理的核心任务之一。同样的,图信号的采样与重构在图信号处理理论研究中也是必不可少的。考虑到图信号结构并不规则,因而其采样相较传统时域信号采样而言更加复杂。主要原因之一是,图信号的底层结构为随机加权图,这样的结构决定了图节点上的信号的顺序也可以是随机排列的,因此如传统时域信号采样中按照节点序号均匀获取采样值的方法将失去效果。此外,频谱混叠效应也无法在图信号的变换域明确定义。因此,对图信号的采样和重构理论的研究是非常有必要的。本文集中研究了图信号的采样与重构算法,主要工作如下:（1）研究了稀疏图信号的恢复问题。首先,利用压缩感知思想将图信号恢复问题转化为一个求解图信号频域系数的最优化问题。其次在考虑含噪声采样的情况下,对误差与图频域系数做分布假设,进而利用贝叶斯分析手段将求解频域系数的最优化问题转化为求解误差与频域系数的最大后验概率。最后,利用相关向量机算法求解参数,并使用归一化的均方误差衡量重构效果。与其他恢复算法进行比较,实验结果证明了基于贝叶斯压缩感知算法在图信号恢复中的优越性。（2）实现了对带限图信号最优采样算子选取算法的改进。考虑噪声时,基于完美恢复理论选取的不同采样对噪声的鲁棒性不尽相同,因此在采样算子里必存在一个最优采样算子,使得恢复后的信号偏差最小。常用贪婪算法求解此类最优采样算子,通过特征分解确定目标矩阵最小特征值,后取最小特征值的最大化得到采样坐标。然而这样的最大最小化方法在目标矩阵较大时（通常都较大）时间复杂度较高。因此考虑通过圆盘定理获取目标矩阵特征值可达域范围,估算最小特征值下界。仿真显示,基于圆盘定理的估算方法时间成本明显低于常用的特征分解方法。（3）研究了近似带限信号的最佳采样算子选取问题。近似带限信号是存在高频泄露或高频干扰的带限信号。在处理近似带限信号时,可以采用严格带限信号现有的处理方法,并对其改进以更好的符合实际信号的特点。本文基于严格带限图信号的采样理论,提出适用于近似带限图信号的最佳采样算子选取算法。通过恢复信号与原始信号的范数逼近,算法有效增强了图信号对其高频干扰的鲁棒性。此外所提出的采样算法同时适用于有向图和无向图,恢复的假设既易于检查又易于满足。

关键词： 可调分数延迟FIR数字滤波器   基于矩阵的迭代算法   约束最小二乘   积极集算法  

摘要： 可调数字滤波器广泛应用于数字图像处理、语音信号处理、医学信号处理、雷达信号处理等各个领域。可调分数延迟(Variable fractional delay,VFD)有限冲激响应(finite impulse response,FIR)数字滤波器是可调数字滤波器中的一种,其群延迟特性可以在线分数地调整。由于VFD FIR数字滤波器特殊的性质及广泛的应用,其优化设计问题引起了国内外学者的广泛关注与研究。与二维数字滤波器相似,VFD FIR数字滤波器优化设计问题本质上是一个二元函数的逼近问题。VFD FIR数字滤波器的待求设计参数较多,由于二元函数逼近理论的不完备,所以VFD FIR数字滤波器设计问题极其复杂。目前的大多数VFD FIR数字滤波器优化设计方法是基于向量变量的算法,即把所有待求的VFD FIR数字滤波器参数排列成一个向量,然后使用常规的优化算法求解。这种算法导致了计算高复杂性,并且占用了大量计算机内存。虽然当前计算机硬件技术发展很快,但寻找快速且数值稳定的VFD FIR数字滤波器优化设计算法仍然很有现实意义且非常具有挑战性。本文研究了 VFD FIR数字滤波器在最小二乘(Least Squares,LS)指标下的约束优化设计问题,包含幅值误差约束、群延迟误差约束和幅值误差群延迟误差同时约束三种约束条件。首先,论文建立了 VFDFIR数字滤波器优化设计问题在矩阵形式下的数学模型。经过一系列基于矩阵的公式推导,VFD FIR数字滤波器优化设计问题转化为两个待求参数矩阵的求解问题。待求参数矩阵的元素与VFD FIR数字滤波器的单位脉冲响应有着一定的对应关系。然后,论文求解出无约束LS指标下待求参数矩阵的最优解。针对有幅值误差约束条件的VFD FIR数字滤波器优化设计问题,论文提出了 一种高效的基于矩阵的迭代算法进行求解。论文建立了 VFDFIR数字滤波器幅值误差约束最小二乘(Constrained Least Squares,CLS)优化设计问题的基于矩阵变量的数学模型,其中幅值误差约束函数高度非线性。固定部分变量为常量将幅值误差约束函数线性化,而后反复地线性化幅值误差函数,从而VFD FIR数字滤波器幅值误差CLS优化设计问题转化为一系列线性不等式迭代CLS优化设计子问题。针对线性不等式CLS优化设计子问题,本论文提出一种高效的基于矩阵变量的积极集算法并引入拉格朗日函数进行求解。最终,论文所提算法能有效求解误差界固定的VFD FIR数字滤波器幅值误差CLS优化设计问题,将滤波器的幅值误差约束到给定值。同时,分析所提算法的快速性和收敛性。针对有群延迟误差约束条件的VFD FIR数字滤波器优化设计问题,论文提出一种高效的基于矩阵变量的迭代算法进行求解。首先,论文建立了VFD FIR数字滤波器群延迟误差CLS优化设计问题的基于矩阵变量的数学模型,其中群延迟误差约束函数高度非线性非凸。该设计问题是一个非凸优化问题,直接求解需要复杂的非凸优化算法。而后,论文采取固定部分变量为常量再进行多次迭代的基于矩阵变量的方法将群延迟误差约束函数线性化,原设计问题从而被转化为一系列线性不等式迭代CLS优化设计子问题。对于线性不等式CLS优化设计子问题,论文同样采用基于矩阵变量的积极集算法进行求解。最终,论文所提算法能有效求解误差界固定的VFD FIR数字滤波器群延迟误差CLS优化设计问题,将滤波器的群延迟误差约束到给定值。同时,分析所提算法的快速性和收敛性。针对幅值误差和群延迟误差同时约束的VFD FIR数字滤波器优化设计问题,论文提出基于矩阵的算法进行求解。首先用幅值误差约束算法求解,然后把这个解作为初始值,再用群延迟误差约束算法求解,得到优化设计问题的近似最优解。最终,论文所提算法能有效求解误差界固定的VFD FIR数字滤波器幅值误差与群延迟误差CLS优化设计问题,将滤波器的幅值误差和群延迟误差同时约束到近似给定值。通过分别的仿真实验证明,本论文提出的基于矩阵的迭代CLS设计算法,能有效地求解出误差界固定的VFD FIR数字滤波器CLS优化设计问题。论文所提算法比现有算法计算效率更高,并且能够精确地控制滤波器的频率特性,有效减小滤波器的幅值误差和群延迟误差。此基于矩阵的算法可以进一步运用到VFD FIR数字滤波器的其他设计中。

关键词： FIR滤波器   分布式算法   现场可编程逻辑门阵列  

摘要： 电信号在产生、转换或传输的过程中都有可能由于周边的环境的影响产生畸变,在大多数情况下原信号会被完全掩埋在噪声中。因此,需要使用滤波器将非有效信号的频率分量滤除。介绍了FIR滤波器的原理与分布式算法,设计了在FPGA中实现FIR滤波器的方法。综合考虑高阶数字滤波器在FPGA实现时所占用的时间资源和空间资源,提出一种能灵活使用空间资源和时间资源的实现方式。使用Verilog编程实现FIR滤波器,再通过编译软件VIVADO和MATLAB进行仿真验证设计的正确性。

关键词： 压缩感知   快速迭代阈值收缩算法   基追踪抗量化噪声  

摘要： 针对宽频段非均匀采样信号恢复的FPGA实现进行了技术研究。以非均匀采样器作为频域稀疏信号的压缩采样模型,应用快速迭代阈值收缩算法(FISTA)求解基于L1范数最小化的稀疏信号恢复优化问题——基追踪抗量化噪声,提出了对求解过程的近似处理方法,使得硬件实现难度大幅降低,最终给出了基于FISTA的信号恢复算法在FPGA上的实现方法,编写了Verilog HDL代码,在逻辑电路仿真工具上进行了仿真,算法运行时间为6.7 ms。结果表明所设计的恢复电路能够正确运行,且具备良好的实时性能。

关键词： FIR数字滤波器   DSP   TMS320C5416   CCS  

摘要： 本FIR数字滤波器设计采用了TI公司的TMS320C54x系列的TMS320C5416DSP,应用DSP集成开发环境CCS调试汇编程序来实现了FIR数字滤波。

关键词： IIR滤波器   数字信号处理   MATLAB  

摘要： 数字信号处理属于数字滤波的关键内容,随着时代发展与社会进步,数字信号处理技术在众多领域都发挥出了其巨大的作用,本文根据IIR滤波器的特点,在MATLAB坏境下分别使用双线性变换法和脉冲响应不变法对其进行设计,实验结果表明,能够有效避免混叠现象的发生,是一种有效可行的设计方法。

关键词： 数字滤波器   傅里叶变换   单位脉冲响应  

摘要： 数字滤波器是用来对离散信号的数字代码进行运算处理,以达到改变信号频谱的目的,在通信、图形图像、语音、声纳、生物、地震等信息处理中广泛应用。因此在数字信号处理课程教学中,数字滤波器的设计显得尤为重要。在工程实践中有限长脉冲响应数字滤波器(FIR)更为普遍,以此在教学中提出根据理想频响,采用直接逼近的实验设计方法,并通过MATLAB具体实现。从理论、视觉和听觉三方面设计实验内容。结果表明该方法能较好地让学生运用傅里叶变换等相关理论知识解决实际问题。

关键词： 三维数字滤波器   线性相位   对称特性   约束凸规划  

摘要： 本文首次提出三维线性相位FIR数字滤波器系数对称特性共有20种组合方式。利用其滤波器系数的对称性,可以降低三维数字滤波器设计中待求未知变量数。本文把三维线性相位FIR滤波器的设计问题写出凸问题,带入约束凸规划进行求解,获得具有良好频率特性的三维线性相位FIR数字滤波器。

关键词： IIR滤波器   数字信号处理   MATLAB  

摘要： 数字信号处理属于数字滤波的关键内容,随着时代发展与社会进步,数字信号处理技术在众多领域都发挥出了其巨大的作用,本文根据IIR滤波器的特点,在MATLAB坏境下分别使用双线性变换法和脉冲响应不变法对其进行设计,实验结果表明,能够有效避免混叠现象的发生,是一种有效可行的设计方法。