一种获取微分信号的方法及装置与流程

本申请涉及信号处理技术和自动控制技术领域，尤其涉及一种获取微分信号的方法及装置。

背景技术

微分运算在诸多领域包括控制工程领域有广泛的应用，但理想微分在物理上不可实现。长期以来，人们一直在寻找尝试各种近似理想微分的途径。在控制领域，经常采用的实际微分环节是一种理想微分加一阶惯性滤波(firstorderinertialfilter，foif)的结构。在实际运用中，foif的惯性常数越小，则实际微分环节越接近理想微分的特性，这就是所谓的高增益微分器，但是高增益微分器带来的问题就是噪声干扰输出较大；此后，从非线性最优跟踪(nonlinearoptimaltracking，not)的角度提出了非线性跟踪微分器(nonlineartrackingdifferentiator，ntd)，显著提高了输出跟踪输入微分的“效率”。

但是，ntd的输出特性还与输入幅值有关，这表明ntd不具备普适性，实际上ntd主要适合于对非线性不敏感的工程控制上提取微分信号。

在电力系统，一些控制系统的控制性能还与微分器的微分性能有很大的关系。例如，有源电力谐波控制装置(powerharmoniccontroldevice，phcd)对微分器的微分性能有较高的要求，要求微分器在较宽的频率范围内能够提供与理想微分接近的特性，此时ntd便不适用。

技术实现要素：

本申请提供了一种获取微分信号的方法及装置，用于在较宽的频率范围内能够提供与理想微分接近的特性。

本申请第一方面提供了一种获取微分信号的方法，包括：

根据预置的一阶惯性逆运算公式(1+tds)对输入信号进行连续两次一阶惯性逆运算，依次得到第一输出信号和第二输出信号，其中td为预置观测频率带宽ωd的倒数，表示预测时间且单位为s，ωd的单位为rad/s；

获取所述输入信号、所述第一输出信号和所述第二输出信号的和，并作为第三输出信号；

根据预置的二阶惯性运算公式对所述第三输出信号进行二阶惯性运算得到第四输出信号，并将所述第四输出信号作为第一减法运算的被减输入信号；

将所述第一减法运算的输出信号作为第五输出信号，然后并根据预置的一阶惯性运算公式对所述第五输出信号进行一阶惯性运算，得到第六输出信号，并将所述第六输出信号作为所述第一减法运算的减输入信号；

将所述第五输出信号作为第二减法运算的被减输入信号，将预置第一常数1.5作为所述第二减法运算的减输入信号，获取所述第五输出信号和所述预置第一常数1.5的差，并将所述差作为第七输出信号；

获取所述第七输出信号和预置第二常数1.8747的乘积，并将所述乘积作为微分信号。

本申请第二方面提供了一种获取微分信号的装置，包括：两个第一控制器、加法器、第二控制器、第一减法器、第二减法器、第三控制器和乘法器；

两个所述第一控制器依次连接，且两个所述第一控制的输出端均与所述加法器的两个输入端连接，所述第一控制器用于根据预置的一阶惯性逆运算公式(1+tds)进行一阶惯性逆运算，其中td为预置观测频率带宽ωd的倒数，表示预测时间且单位为s，ωd的单位为rad/s；

串联在前的所述第一控制器的输入端、所述加法器的第三个输入端分别作为输入信号的输入端；

所述加法器的输出端与所述第一控制器的输入端连接，所述第二控制器用于根据预置的二阶惯性运算公式进行二阶惯性运算；

所述第二控制器的输出端与所述第一减法器的被减信号输入端连接；

所述第一减法器的输出端分别与所述第二减法器的被减信号输入端、所述第三控制器的输入端连接，所述第三控制器用于根据预置的一阶惯性运算公式进行一阶惯性运算；

所述第三控制器的输出端与所述第一减法器的减信号输入端连接；

所述第二减法器的减信号输入端输入有第一常数1.5，所述第二减法器的输出端与所述乘法器的一个输入端连接；

所述乘法器的另一个输入端输入有第二常数1.8747，所述乘法器的输出端作为微分信号输出端，用于输出微分信号。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

根据预置的一阶惯性逆运算公式(1+tds)对输入信号进行连续两次一阶惯性逆运算，依次得到第一输出信号和第二输出信号，其中td为预置观测频率带宽ωd的倒数，表示预测时间且单位为s，ωd的单位为rad/s；

获取输入信号、第一输出信号和第二输出信号的和，并作为第三输出信号；

根据预置的二阶惯性运算公式对第三输出信号进行二阶惯性运算得到第四输出信号，并将第四输出信号作为第一减法运算的被减输入信号；

将第一减法运算的输出信号作为第五输出信号，然后并根据预置的一阶惯性逆运算公式对第五输出信号进行一阶惯性运算，得到第六输出信号，并将第六输出信号作为第一减法运算的减输入信号；

将第五输出信号作为第二减法运算的被减输入信号，将预置第一常数1.5作为第二减法运算的减输入信号，获取第五输出信号和预置第一常数1.5的差，并将差作为第七输出信号；

获取第七输出信号和预置第二常数1.8747的乘积，并将乘积作为微分信号。

在输入正弦频率ω小于预测频率带宽ωd时，本申请能够提供与理想微分器之间的近似度较高的微分输出信号，具有通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请提供的一种获取微分信号的方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本申请提供的一种获取微分信号的装置的一个实施例的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种获取微分信号的方法的增益频率特性示意图；

图4为本申请实施例提供的一种获取微分信号的方法的相位频率特性示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种预测方法和装置，用于提供与理想微分器之间的近似度较高的微分输出信号，具有通用性。

为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请提供的一种获取微分信号的方法的一个实施例的流程示意图。

本申请提供了一种获取微分信号的方法的一个实施例，包括：

根据预置的一阶惯性逆运算公式(1+tds)对输入信号进行连续两次一阶惯性逆运算，依次得到第一输出信号和第二输出信号，其中td为预置观测频率带宽ωd的倒数，表示预测时间且单位为s，ωd的单位为rad/s；

获取输入信号、第一输出信号和第二输出信号的和，并作为第三输出信号；

根据预置的二阶惯性运算公式对第三输出信号进行二阶惯性运算得到第四输出信号，并将第四输出信号作为第一减法运算的被减输入信号；

将第一减法运算的输出信号作为第五输出信号，然后并根据预置的一阶惯性运算公式对第五输出信号进行一阶惯性运算，得到第六输出信号，并将第六输出信号作为第一减法运算的减输入信号；

将第五输出信号作为第二减法运算的被减输入信号，将预置第一常数1.5作为第二减法运算的减输入信号，获取第五输出信号和预置第一常数1.5的差，并将差作为第七输出信号；

获取第七输出信号和预置第二常数1.8747的乘积，并将乘积作为微分信号。

请参阅图2，本申请提供的一种获取微分信号的装置的一个实施例的结构示意图。

本申请提供了一种获取微分信号的装置的一个实施例，包括：两个第一控制器1、加法器2、第二控制器3、第一减法器4、第二减法器6、第三控制器5和乘法器7；

两个第一控制器1依次连接，且两个第一控制的输出端均与加法器2的两个输入端连接，第一控制器1用于根据预置的一阶惯性逆运算公式(1+tds)进行一阶惯性逆运算，其中td为预置观测频率带宽ωd的倒数，表示预测时间且单位为s，ωd的单位为rad/s；

串联在前的第一控制器1的输入端、加法器2的第三个输入端分别作为输入信号的输入端；

加法器2的输出端与第一控制器1的输入端连接，第二控制器3用于根据预置的二阶惯性运算公式进行二阶惯性运算；

第二控制器3的输出端与第一减法器4的被减信号输入端连接；

第一减法器4的输出端分别与第二减法器6的被减信号输入端、第三控制器5的输入端连接，第三控制器5用于根据预置的一阶惯性运算公式进行一阶惯性运算；

第三控制器5的输出端与第一减法器4的减信号输入端连接；

第二减法器6的减信号输入端输入有第一常数1.5，第二减法器6的输出端与乘法器7的一个输入端连接；

乘法器7的另一个输入端输入有第二常数1.8747，乘法器7的输出端作为微分信号输出端，用于输出微分信号。

请参阅图3，本申请实施例提供的一种获取微分信号的方法的增益频率特性示意图。

请参阅图4，本申请实施例提供的一种获取微分信号的方法的相位频率特性示意图。

如图3所示，图2中，ω为正弦频率，单位rad/s。gid(ω)和ghaad(ω)分别为id和haad的增益频率特性，无量纲。phid(ω)和phhaad(ω)分别为id和haad的相位频率特性，单位°。

其中ghaad(ωd)＝1，phhaad(ωd)＝88.62°。可见，当ω<ωd时，本申请实施例与理想微分器之间的近似度较高。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。