[發明專利]用于改善控制系統微分計算穩定性的濾波方法

有效

• 申請號: 202011262800.2
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112491381B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 孔康;張劍平;查鵬;余尚志;姜波
• 申請（專利權）人: 蘇州長風航空電子有限公司
• 主分類號: H03H7/09
• 分類號: H03H7/09
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本發明揭示了用于改善控制系統微分計算穩定性的濾波方法，包括如下步驟：獲取系統穩定時的輸入信號抖動范圍；根據信號抖動范圍設計濾波方式：包括高閾值和低閾值，高閾值＝輸出值+波動值，低閾值＝輸出值?波動值；系統運行，獲取輸入信號采集值進行判斷：當獲取輸入信號采集值為首次獲取數據時直接初始化輸出，當獲取輸入信號采集值非首次獲取數據時，進行更新輸出，并且根據新輸出值進行當前獲取數據的高閾值和低閾值更新。本發明相較常用濾波法，該濾波方法能夠在輸入信號穩定或小范圍變化時使輸出值穩定不變，在輸入信號范圍變化時，完全跟蹤輸入信號的變化率。該濾波方法能與其他濾波方式相結合，在系統較為穩定時提供微分計算穩定性。

技術領域

本發明涉及用于改善控制系統微分計算穩定性的濾波方法，屬于數字信號處理方法的技術領域。

背景技術

控制系統從外界獲取信息其實是原始信息、噪聲信息、量化誤差等信號疊加后的信息，一般需要對其進行濾波處理。濾波的過程其實就是從疊加后的信息中還原原始信息的過程。設計控制系統時，除了在硬件中對信號采取抗干擾措施外，還需要通過軟件進行數字濾波處理，使采集到的數據能夠真實地反映實際情況，向真實值靠近。

控制系統中經常使用輸入信號變化率參與控制運算，對輸入信號進行微分運算可以計算出信號的變化率。微分可以使系統超前控制，改善控制效果，但是微分的引入也使系統對信號微小抖動產生過激的反應。尤其是原始信號穩定或小范圍變化時，噪聲信號對微分項的影響特別大，甚至導致控制系統不穩定。

常用的限幅濾波法、中位值濾波法、算術平均濾波法、一階滯后濾波法、遞推平均濾波法等濾波方法式雖然可以起到平滑信號的作用，改善微分的計算，但是不能完全消除穩定狀態時噪聲信號對微分計算的影響。死區濾波方法式可以安全消除在穩定狀態時噪聲信號對微分計算的影響，但卻會嚴重影響信號變化時的微分計算。

發明內容

本發明的目的是解決上述現有技術的不足，針對傳統控制系統中原始信號穩定或小范圍變化時噪聲信號對微分項影響特別大而傳統濾波法無法消除影響的問題，提出用于改善控制系統微分計算穩定性的濾波方法。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

用于改善控制系統微分計算穩定性的濾波方法，其特征在于包括如下步驟：

S1獲取系統穩定時的輸入信號抖動范圍；

S2根據系統穩定時的輸入信號抖動范圍設計濾波方式：

包括高閾值和低閾值，高閾值＝輸出值+波動值，低閾值＝輸出值-波動值；

S3系統運行，獲取輸入信號采集值進行判斷：

當獲取輸入信號采集值為首次獲取數據時，直接初始化進入下一步驟，并重新執行S2，

當獲取輸入信號采集值非首次獲取數據時，進行更新輸出，

獲取輸入信號采集值大于高閾值時，更新輸出值＝原輸出值+輸入值-高閾值，并重新執行S2，

獲取輸入信號采集值小于低閾值時，更新輸出值＝原輸出值+輸入值-低閾值，并重新執行S2，

獲取輸入信號采集值介于高閾值與低閾值之間時，直接初始化進入下一步驟；

S4輸出步驟S3的輸出值。

優選地，所述步驟S3中，首先進行高閾值對比，當獲取輸入信號采集值低于高閾值時，再進行低閾值對比。

本發明的有益效果主要體現在：

1.相較常用濾波法，該濾波方法能夠在輸入信號穩定或小范圍變化時使輸出值穩定不變，在輸入信號范圍變化時，完全跟蹤輸入信號的變化率。

2.該濾波方法能與其他濾波方式相結合，在系統較為穩定時提供微分計算穩定性。