CN109245743B - 一种低通滤波方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低通滤波方法和装置，包括将待处理信号乘以预置第一常数‑1.6得到第一输出信号；对待处理信号进行连续四次一阶惯性逆运算；求取第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号和第五输出信号的和；对第六输出信号进行四阶惯性运算，并将第七输出信号作为减法运算的被减输入信号；将减法运算的输出信号作为第八输出信号，并通过预置的一阶惯性运算公式对第八输出信号进行连续四次一阶惯性运算；求取第九输出信号、第十输出信号、第十一输出信号和第十二输出信号的和，并将第十三输出信号作为减法运算的减输入信号；将减法运算的输出信号乘以预置第二常数2.08333得到低通滤波输出信号。提用于高过程控制回路稳定裕度。

Description

一种低通滤波方法和装置
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种低通滤波方法和装置。
背景技术
信号滤波方法是控制理论的重要组成部分，在控制理论研究中，对信号滤波方法的研究始终是一个重要的问题。滤波方法也是各种过程控制***的基本组成部分，滤波方法的优劣也是决定过程控制性能的一个重要性因素，例如滤波相位和时间的滞后。在过程控制中，惯性滤波器如一阶惯性滤波器、二阶惯性滤波器，因结构简单，所以在滤波和去噪方面有广泛的应用，但是惯性滤波器存在滤波相位滞后的问题，会造成过程控制回路稳定裕度下降，所以需要一种能提高过程控制回路稳定裕度的方法。
发明内容
本发明提供了一种低通滤波方法和装置，以能提高过程控制回路稳定裕度。
本发明提供了一种低通滤波方法，包括：
将待处理信号乘以预置第一常数-1.6得到第一输出信号；
通过预置的一阶惯性逆运算公式(1+0.48TLs)对所述待处理信号进行连续四次一阶惯性逆运算，依次得到第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号和第五输出信号，其中TL为低通截止频率ωL的倒数，表示截止滤波时间常数，ωL的单位为rad/s，TL的单位为s；
求取第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号和第五输出信号的和，得到第六输出信号；
通过预置的四阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000011
对所述第六输出信号进行四阶惯性运算，得到第七输出信号，并将所述第七输出信号作为减法运算的被减输入信号；
将所述减法运算的输出信号作为第八输出信号，并通过预置的一阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000012
对所述第八输出信号进行连续四次一阶惯性运算，依次得到第九输出信号、第十输出信号、第十一输出信号和第十二输出信号；
求取第九输出信号、第十输出信号、第十一输出信号和第十二输出信号的和，得到第十三输出信号，并将所述第十三输出信号作为所述减法运算的减输入信号；
将所述减法运算的输出信号乘以预置第二常数2.08333得到低通滤波输出信号。
本发明提供了一种低通滤波装置，包括：第一乘法器、四个第一控制器、第一加法器、第二控制器、减法器、四个第三控制器、第二乘法器和第二加法器；
所述第一乘法器的一个输入端输入有预置第一常数-1.6，另一个输入端用于输入待处理信号；
四个所述第一控制器串联，用于对输入的所述待处理信号进行连续四次一阶惯性逆运算，其中一阶惯性逆运算的公式为(1+0.48TLs)，TL为低通截止频率ωL的倒数，表示截止滤波时间常数，ωL的单位为rad/s，TL的单位为s；
所述第一加法器的输入端分别与所述第一乘法器的输出端、每个所述第一控制器的输出端连接，用于对所述第一乘法器的输出信号以及所有所述第一控制器的输出信号进行求和；
所述第二控制器的输入端与所述第一加法器的输出端连接，用于通过预置的四阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000021
对所述第一加法器的输出信号进行四阶惯性运算；
所述减法器的被减信号输入端与所述第二控制器的输出端连接，所述减法器的输出端串联有四个第三控制器，所述第三控制器用于通过预置的一阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000022
对输入的信号进行一阶惯性运算；
所述第二加法器的输入端分别与四个所述第三控制器的输出端连接，用于对所有所述第三控制器的输出信号进行求和；
所述减法器的减信号输入端与所述第二加法器的输出端连接；
所述第二乘法器的一个输入端输入有预置第二常数2.08333，另一个输入端与所述减法器的输出端连接，所述第二乘法器的输出端用于输出低通滤波输出信号。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
将待处理信号乘以预置第一常数-1.6得到第一输出信号；通过预置的一阶惯性逆运算公式(1+0.48TLs)对所述待处理信号进行连续四次一阶惯性逆运算，依次得到第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号和第五输出信号，其中TL为低通截止频率ωL的倒数，表示截止滤波时间常数，ωL的单位为rad/s，TL的单位为s；求取第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号和第五输出信号的和，得到第六输出信号；通过预置的四阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000031
对所述第六输出信号进行四阶惯性运算，得到第七输出信号，并将所述第七输出信号作为减法运算的被减输入信号；将所述减法运算的输出信号作为第八输出信号，并通过预置的一阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000032
对所述第八输出信号进行连续四次一阶惯性运算，依次得到第九输出信号、第十输出信号、第十一输出信号和第十二输出信号；求取第九输出信号、第十输出信号、第十一输出信号和第十二输出信号的和，得到第十三输出信号，并将所述第十三输出信号作为所述减法运算的减输入信号；将所述减法运算的输出信号乘以预置第二常数2.08333得到低通滤波输出信号；
本发明具有平坦的幅频和相频特性，一定程度上能够提高过程控制回路的稳定裕度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种低通滤波装置的一个实施例的结构示意图；
图2为使用本发明提供的一种低通滤波方法进行滤波对应的频率特性示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种低通滤波方法和装置，以能提高过程控制回路稳定裕度。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种低通滤波方法的一个实施例，包括：
将待处理信号乘以预置第一常数-1.6得到第一输出信号；
通过预置的一阶惯性逆运算公式(1+0.48TLs)对待处理信号进行连续四次一阶惯性逆运算，依次得到第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号和第五输出信号，其中TL为低通截止频率ωL的倒数，表示截止滤波时间常数，ωL的单位为rad/s，TL的单位为s；
求取第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号和第五输出信号的和，得到第六输出信号；
通过预置的四阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000041
对第六输出信号进行四阶惯性运算，得到第七输出信号，并将第七输出信号作为减法运算的被减输入信号；
将减法运算的输出信号作为第八输出信号，并通过预置的一阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000042
对第八输出信号进行连续四次一阶惯性运算，依次得到第九输出信号、第十输出信号、第十一输出信号和第十二输出信号；
求取第九输出信号、第十输出信号、第十一输出信号和第十二输出信号的和，得到第十三输出信号，并将第十三输出信号作为减法运算的减输入信号；
将减法运算的输出信号乘以预置第二常数2.08333得到低通滤波输出信号。
请参阅图1，本发明提供的一种低通滤波装置的一个实施例的结构示意图。
本发明提供了一种低通滤波装置的一个实施例，包括：第一乘法器2、四个第一控制器1、第一加法器3、第二控制器4、减法器5、四个第三控制器6、第二乘法器8和第二加法器7；
第一乘法器2的一个输入端输入有预置第一常数-1.6，另一个输入端用于输入待处理信号；
四个第一控制器1串联，用于对输入的待处理信号进行连续四次一阶惯性逆运算，其中一阶惯性逆运算的公式为(1+0.48TLs)，TL为低通截止频率ωL的倒数，表示截止滤波时间常数，ωL的单位为rad/s，TL的单位为s；
第一加法器3的输入端分别与第一乘法器2的输出端、每个第一控制器1的输出端连接，用于对第一乘法器2的输出信号以及所有第一控制器1的输出信号进行求和；
第二控制器4的输入端与第一加法器3的输出端连接，用于通过预置的四阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000051
对第一加法器3的输出信号进行四阶惯性运算；
减法器5的被减信号输入端与第二控制器4的输出端连接，减法器5的输出端串联有四个第三控制器6，第三控制器6用于通过预置的一阶惯性运算公式
Figure BDA0001775563510000052
对输入的信号进行一阶惯性运算；
第二加法器7的输入端分别与四个第三控制器6的输出端连接，用于对所有第三控制器6的输出信号进行求和；
减法器5的减信号输入端与第二加法器7的输出端连接；
第二乘法器8的一个输入端输入有预置第二常数2.08333，另一个输入端与减法器5的输出端连接，第二乘法器8的输出端用于输出低通滤波输出信号。
请参阅图2，使用本发明提供的一种低通滤波方法进行滤波对应的频率特性示意图。
在图2中，ω为正弦频率，单位rad/s；Gain(ω)为增益频率特性，单位无量纲。Phase(ω)为相位频率特性，单位°；定义Gain(ω)在3dB增益的频率带宽等于低通截止频率ωL。
从图2中可以看出，在***频率带宽(System frequency bandwidth，ωSFB)小于低通截止频率ωL时，本发明实施例具有平坦的幅频和相频特性，一定程度上能够提高过程控制回路的稳定裕度。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种低通滤波装置，其特征在于，包括：第一乘法器、四个第一控制器、第一加法器、第二控制器、减法器、四个第三控制器、第二乘法器和第二加法器；
所述第一乘法器的一个输入端输入有预置第一常数-1.6，另一个输入端用于输入待处理信号，所述待处理信号具体为过程控制***相关信号；
四个所述第一控制器串联，用于对输入的所述待处理信号进行连续四次一阶惯性逆运算，其中一阶惯性逆运算的公式为(1+0.48TLs)，TL为低通截止频率ωL的倒数，表示截止滤波时间常数，ωL的单位为rad/s，TL的单位为s；
所述第一加法器的输入端分别与所述第一乘法器的输出端、每个所述第一控制器的输出端连接，用于对所述第一乘法器的输出信号以及所有所述第一控制器的输出信号进行求和；
所述第二控制器的输入端与所述第一加法器的输出端连接，用于通过预置的四阶惯性运算公式
Figure FDA0002764612930000011
对所述第一加法器的输出信号进行四阶惯性运算；
所述减法器的被减信号输入端与所述第二控制器的输出端连接，所述减法器的输出端串联有四个第三控制器，四个所述第三控制器用于通过预置的一阶惯性运算公式
Figure FDA0002764612930000012
对输入的信号进行一阶惯性运算；
所述第二加法器的输入端分别与四个所述第三控制器的输出端连接，用于对所有所述第三控制器的输出信号进行求和；
所述减法器的减信号输入端与所述第二加法器的输出端连接；
所述第二乘法器的一个输入端输入有预置第二常数2.08333，另一个输入端与所述减法器的输出端连接，所述第二乘法器的输出端用于输出低通滤波输出信号。
2.一种由权利要求1所述的低通滤波装置实现的低通滤波方法，其特征在于，包括：
将待处理信号乘以预置第一常数-1.6得到第一输出信号，所述待处理信号具体为过程控制***相关信号；
通过预置的一阶惯性逆运算公式(1+0.48TLs)对所述待处理信号进行连续四次一阶惯性逆运算，依次得到第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号和第五输出信号，其中TL为低通截止频率ωL的倒数，表示截止滤波时间常数，ωL的单位为rad/s，TL的单位为s；
求取第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号和第五输出信号的和，得到第六输出信号；
通过预置的四阶惯性运算公式
Figure FDA0002764612930000021
对所述第六输出信号进行四阶惯性运算，得到第七输出信号，并将所述第七输出信号作为减法运算的被减输入信号；
将所述减法运算的输出信号作为第八输出信号，并通过预置的一阶惯性运算公式
Figure FDA0002764612930000022
对所述第八输出信号进行连续四次一阶惯性运算，依次得到第九输出信号、第十输出信号、第十一输出信号和第十二输出信号；
求取第九输出信号、第十输出信号、第十一输出信号和第十二输出信号的和，得到第十三输出信号，并将所述第十三输出信号作为所述减法运算的减输入信号；
将所述减法运算的输出信号乘以预置第二常数2.08333得到低通滤波输出信号。
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