[發明專利]一種截止頻率自調整低通濾波器及設計方法

在審

• 申請號: 202010897502.4
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112054778A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 高欽和;陳志翔;牛海龍;劉大偉;鄧鋼鋒;劉志浩;馬棟
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: H03H7/01
• 分類號: H03H7/01;H03H17/02
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 郭璐

1.一種截止頻率自調整低通濾波器的設計方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟S1：從頻域的角度分析量化噪聲；

(1)編碼器量化噪聲是關于位移輸入的奇函數，隨位移輸入的變化呈鋸齒狀周期變化，周期為Δ_q，Δ_q表示量化階，其為編碼器能夠檢測到的最小角度位置變化量；

(2)則令x表示位移輸入，f(x)表示關于位移輸入的量化誤差，利用傅里葉級數對f(x)展開：

其中，

計算可知：

則公式1可寫為

以時刻t作為初始時刻，伺服電機轉速為ω，則有x＝ωt，公式3可寫為

根據公式4可知定義f_q＝ω/Δ_q，則量化噪聲f(x)是由頻率為nf_q幅值為的諧波分量構成；

步驟S2：根據步驟S1分析的結果設計出截止頻率自調整的低通濾波器。

2.根據權利要求1所述的一種截止頻率自調整低通濾波器的設計方法，其特征在于，上述步驟S2中，截止頻率自調整的低通濾波器設計過程如下：

(1)伺服電機轉速為ω時，對應的角頻率為可推得：

根據公式5，將低通濾波器的截止頻率設置在f_e和f_q之間，可以順利地濾除掉量化噪聲，保留有用的電機轉速信號；

(2)上述步驟(1)給出了濾除量化噪聲的截止頻率的設置范圍，在步驟(1)的基礎上，截止頻率自調整低通濾波器可表達

式中，ξ＝0.707，ω_n為其3dB截止頻率，則

設x_e表示有量化噪聲的實際測量輸出，x_f表示濾波器輸出，那么式(6)可寫為

其中，x_f表示估計的位移信號，表示估計的速度信號。

3.一種截止頻率自調整低通濾波器，其特征在于，包括第一放大器、第一積分器、第二放大器和第二積分器；所述第一放大器的輸出端和第二放大器的輸出端均與第一積分器的輸入端相連，所述第一積分器的輸出端分別與第二放大器和第二積分器的輸入端相連，所述第二積分器的輸出端的一路與第一放大器的輸入端相連；

使用時，含有量化噪聲的實際位移信號x_e與反饋的濾波器輸出位移信號x_f做差，得到的誤差信號通過第一放大器進行放大，然后將放大后的誤差信號與反饋的通過第二放大器放大的濾波器的估計速度信號做差，得到誤差信號通過第一積分器積分，獲得濾波器估計的速度信號然后通過第二積分器積分，得到濾波器輸出位移信號x_f。