segnali clippati: ho bisogno di un rimedio

[serbring]

Ciao a tutti,

ho fatto delle misure con un trasduttore di spostamento. Sfortunatamente i segnli sono venuti clippati perché la il fenomeno è leggermente più veloce della massima risposta del trasduttore. Mi tocca dover ricostruire in qualche modo il segnale perché altrimenti non posso laurearmi. so che non è possibile ma con un po' di pragmatismo devo riuscire a fare qualcosa. Da misure fatte in passato, so con certezza che la PSD del fenomenoha un picco a 2 Hz e nelle restanti frequenze assumere grandezze notevolmente più basse. In effetti osservando il segnale tutto torna. Considerando questo, è possibile stimare in qualche modo i picchi del segnale? Non mi servono dei valori precisi, giusto una stima per fare qualche grafico alla tesi.
Vi allego un ingrandimento di una parte del segnale. Qualsiasi suggerimento è ben accetto

Grazie

[dimaios]

Innanzitutto direi che i dati sono insufficienti per dare una risposta.

signalclipping.png (79.67 KiB) Osservato 4287 volte

[1] Il clipping sembra verificarsi più verso il basso che verso l'alto.
[2] Cosa sarebbe quella oscillazione periodica presente su tutto il segnale ?
[3] Se era un sistema comandato in posizione qual è il segnale di reference che doveva inseguire ?

Se non esponi la composizione del sistema fisico non si può ipotizzare la creazione di un modello da invertire.

Immaginando di conoscere il segnale di reference , il segnale di uscita distorto da te campionato ed i limiti di saturazione, si può tentare la ricostruzione di .
è la tua funzione di trasferimento con passa basso con una determinata banda ed un picco a 2Hz.

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[serbring]

Ciao, ti ringrazio della risposta. Non ho fornito altre informazioni perché non sapevo che tipo di informazioni sarebbero state necessarie per poter tentare la ricostruzione del segnale. Allora il segnale è stato misurato con un trasduttore di spostamento e corrisponde alla sospensione di un veicolo. La componente ciclica è dovuta dalla frequenza naturale del sistema che ha un picco attorno ai 2Hz. Il veicolo marciava su strada, pertando il segnale eccitante era abbastanza pulito. In altre parole è possibile schematizzare il sistema come un sistema meccanico a 2gdl, come questo qui:



dove i due gdl sono gli spostamenti verticali della molla anteriore e posteriore. L'unica differenza è che il sistema dovrebbe avere una qualche non linearità, ad esempio le molle non sono puramente lineari.

Spero che adesso sia stato più chiaro.

Come fai a dire che il segnale è

Cosa intendi per: "[3] Se era un sistema comandato in posizione qual è il segnale di reference che doveva inseguire ?" ? Il segnale da me misurato è la risposta del sistema.

Quindi come potrei fare a ricostruire il segnale?

spero di aver chiarito tutti i dubbi, nel caso non l'abbia fatto, non esistate a chiedere

grazie

[dimaios]

Adesso e' chiaro.
Indichiamo con il segnale di posizione prodotto dal suolo sulla ruota.
Ovviamente in base alla velocita' del veicolo il segnale di sollecitazione fornito dal suolo alla ruota posteriore sara' identico al segnale fornito alla ruota anteriore ma con un ritardo temporale .
Nel modello il ritardo e' indicato con la funzione di trasferimento .

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La funzione di trasferimento e' invece quella del sistema fisico che hai indicato in figura.
In ingresso hai le due sollecitazioni sulle ruote mentre in uscita hai la posizione di un ammortizzatore ovvero .

A questo punto modelli il disturbo come l'uscita di un filtro passa basso con frequenza di taglio molto inferiore ai 2 Hz e tenti di identificare r(t) e d(t) che sono due variabili di stato del sistema.

Per completare si impiega una tecnica di identificazione nonlineare basata sui modelli di Wiener-Hammerstein seguendo una procedura tipo quella illustrata in questo documento.
Anche Matlab ha gia' integrati alcuni algoritmi di identificazione come potrai vedere per esempio qui.

Non accorgendoti in tempo della saturazione ti sei cacciato in un brutto guaio ma sei fortunato perche' il sistema e' composto da una parte lineare ed una non lineare separabili.

[serbring]

Grazie mille della risposta...quindi se ho capito bene, col metodo di identificazione, identifico la G(s), giusto? Adesso mi studio bene quello che mi hai mandato. :)

[dimaios]

quindi se ho capito bene, col metodo di identificazione, identifico la G(s), giusto?

No. La e' nota ed e' il modello del veicolo di cui hai pubblicato l'immagine ( Massa molla smorzatore ).
In ingresso hai le due sollecitazioni sulle ruote ed ed in uscita la posizione dell'ammortizzatore.
e' una funzione di trasferimento passa basso con banda molto minore di 2Hz che simula le possibili traiettorie del terreno che contengono basse frequenze spaziali.

I limiti di taglio del segnale li si individua empiricamente dal grafico del segnale.
Quello inferiore e' intorno ai -7 mm. ( in realta' sembra che il taglio sia solo nella parte inferiore ).

Se scrivi tutto il modello in forma stato ottieni come variabili di stato sia che .

Il modello inclusa la non linearita' rientra nella categoria Wiener-Hammerstein di cui sono note le tecniche di identificazione.

Il tuo obiettivo e' quello di stimare .

[serbring]

Ciao,

ti ringrazio per la tua risposta. Scusami se ci metto un po' a risponderti, ma sono pieno di altre cose da fare e di queste non sono un esperto. Sono stupefatto della possibilità di recuperare segnali saturati, non l'avrei mai detto. Forse non sono stato molto chiaro, ma i segnali non sono saturati perché il sensore ha raggiunto in fine scala, bensì perché hanno una banda di risposta in frequenza troppo bassa per quell'eccitante. Può questo essere un problema? In tal caso dovrei solamente cambiare la non linearità in un filtro passa basso, giusto? Inoltre faccio fatica a modellare l'input al veicolo, prima di tutto perché il veicolo marciava su un terreno deformabile. Tutta via, ho installato anche un accelerometro i cui segnali non sono clippati. Cambiando la funzione di trasferimento, potrei usare questo segnale come input al modello?

grazie

ciao

[dimaios]

Forse non sono stato molto chiaro, ma i segnali non sono saturati perché il sensore ha raggiunto in fine scala, bensì perché hanno una banda di risposta in frequenza troppo bassa per quell'eccitante.

Allora il clipping non ha nulla a che fare con il tuo problema.
Sono veramente deluso dall'impiego improprio dei termini da parte degli aspiranti ingegneri.
Se mi fossi espresso in questo modo ad un esame oppure ad un colloquio di lavoro sarei stato cacciato via immediatamente per manifesta ignoranza.

Può questo essere un problema? In tal caso dovrei solamente cambiare la non linearità in un filtro passa basso, giusto?

Ma vuoi spiegare alla platea di curiosi il significato che attribuisci alle non linearità ?
Una questione è il filtraggio improprio che hai effettuato sul segnale, un'altra questione è la non linearità del sistema di misura.

Tutta via, ho installato anche un accelerometro i cui segnali non sono clippati

Ma se hai a disposizione un accelerometro perché non integri due volte il segnale e ti ricavi la posizione ?
Che problema c'è ?
perché non hai detto subito che avevi un altro segnale disponibile ?
Dove era piazzato l'accelerometro ? Era a 3 assi oppure mono asse ?

Insomma, se vuoi una risposta coerenete formula le domande in modo appropriato e fornisci i dati corretti ai potenziali interlocutori.

[serbring]

Allora il clipping non ha nulla a che fare con il tuo problema.
Sono veramente deluso dall'impiego improprio dei termini da parte degli aspiranti ingegneri.
Se mi fossi espresso in questo modo ad un esame oppure ad un colloquio di lavoro sarei stato cacciato via immediatamente per manifesta ignoranza.

Sfortunatamente per me, non ho fatto nessun corso di teoria dei segnali e la maggior parte delle cose che mi hai indicato nn so di cosa trattano, ma me le sto studiando :). Comunque mi sto laureando in ingegneria meccanica ed abbiamo studiato tutt'altre cose e quindi conosco tutt'altri termini. Mi scuso per l'utilizzo improprio dei termini.

Ma vuoi spiegare alla platea di curiosi il significato che attribuisci alle non linearità ?
Una questione è il filtraggio improprio che hai effettuato sul segnale, un'altra questione è la non linearità del sistema di misura.

Come avevo scritto all'inizio del thread, la max frequenza di risposta del sensore è più bassa della massima frequenza dell'eccitante. Per questo motivo, penso che i segnali sono venuti satrurati.

Ma se hai a disposizione un accelerometro perché non integri due volte il segnale e ti ricavi la posizione ?
Che problema c'è ?
perché non hai detto subito che avevi un altro segnale disponibile ?
Dove era piazzato l'accelerometro ? Era a 3 assi oppure mono asse ?

L'accelerometro ce l'ho ma, non in tutte le ripetizioni. Allora vi ho illustrato il caso peggiorativo, risolvendo per questo avrei risolto anche per l'altro, visto che quelle misure sono state fatte in condizioni di cui ho bisogno di recuperare i segnali. Comunque non penso di poter semplicemente integrare il segnale, perché il terreno è deformabile e quindi un'accelerazione non corrisponde necessariamente ad uno spostamento della sospensione. Per quanto riguarda la non linearità il cui ingresso è d(t) come potrei modellarla? può essere corretto un filtro passa basso, visto che il sensore non risponde a frequenze maggiori di 3 Hz?

Insomma, se vuoi una risposta coerenete formula le domande in modo appropriato e fornisci i dati corretti ai potenziali interlocutori.

Mi sembrava di essere stato chiaro, ma conoscendo il problema dal punto di vista meccanico e non dal punto di vista dell'analisi dei segnali, non so bene di quali informazioni potreste aver bisogno. Me ne scuso anticipatamente.

[dimaios]

Come avevo scritto all'inizio del thread, la max frequenza di risposta del sensore è più bassa della massima frequenza dell'eccitante. Per questo motivo, penso che i segnali sono venuti satrurati.

Non sono saturati ma li hai semplicemente filtrati troppo e quindi invece di limitare solo il rumore elimini parte del segnale utile. Questo non vuol dire saturare il segnale ma semplicemente limitarne erroneamente la banda.

L'accelerometro ce l'ho ma, non in tutte le ripetizioni. Allora vi ho illustrato il caso peggiorativo, risolvendo per questo avrei risolto anche per l'altro, visto che quelle misure sono state fatte in condizioni di cui ho bisogno di recuperare i segnali. Comunque non penso di poter semplicemente integrare il segnale, perché il terreno è deformabile e quindi un'accelerazione non corrisponde necessariamente ad uno spostamento della sospensione.

L'accelerometro avrà quasi certamente una banda passante elevatissima rispetto al segnale che vuoi analizzare. E' probabilmente proprio questa la chiave per comprendere quanto hai filtrato il segnale e come ricostruirlo.
Per fare considerazioni serie bisogna sapere dove era piazzato l'accelerometro sul veicolo e dove hai invece rilevato la posizione sull'ammortizzatore che poi hai erroneamente filtrato.

Per quanto riguarda la non linearità il cui ingresso è d(t) come potrei modellarla? può essere corretto un filtro passa basso, visto che il sensore non risponde a frequenze maggiori di 3 Hz?

Non ha alcun senso. Non devi modellare la non linearità ma devi tentare di invertire il filtro passa basso che ha rovinato la festa!
La situazione è la seguente :

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Hai detto che r(t) non risulta noto.
Supponiamo di non voler modellare la dinamica del veicolo e limitiamoci a considerare quanto illustrato all'interno del rettangolo blue tratteggiato.

è il segnale che vogliamo ricostruire.
è il segnale campionato che risulta essere l'uscita di un filtro alimentato dal nostro segnale incognito .

Se conoscessimo le caratteristiche del filtro passa basso potremmo tentare di sintetizzare un filtro passa alto tale che :



In pratica si vorrebbe fare più o meno questo.

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ATTENTO : Il prodotto dei filtri in frequenza visto che le scale sono logaritmiche ( diagramma di Bode ) implica che i grafici si sommano. Quanto ti illustro è una semplificazione non direttamente impiegabile per fini pratici e serve esclusivamente per fissare alcune idee visto che non hai sostenuto gli esami di teoria dei segnali ecc.

Quindi se conoscessimo e riuscissimo a ricavare basterebbe far passare il segnale nel filtro per ottenere il segnale incognito .

A questo punto ti chiedo :

Hai le caratteristiche dello strumento di misura che hai impiegato ? ( banda passante ed ordine del filtro )
Se non riesci a reperire questi dati hai ancora a disposizione lo strumento per fare una prova di identificazione e ricavare la funzione di trasferimento del filtro ?