一种四分之一反升余弦窗的生成装置及最速跟踪滤波器的制作方法

所属的技术人员可以清楚地了解到，为方便的描述和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

背景技术：

1、在工业过程控制技术领域，比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，pid)控制器是首选的基础控制技术，该技术在工业过程控制的大量运用，其基础控制地位至今难以撼动。

2、但从工业控制技术发展来看，如随着火电机组深度调峰、快速调频的高要求，pid基础控制技术已经不能满足调控过程需要。今天看来，pid结构基于一阶惯性滤波器(first order inertial fi lter，foif)构造，foif代表了一种典型的指数型的跟踪滤波机制，foif主要存在输出跟踪输入性能不高的问题，无法实现高效滤波。实现取代pid的本质是从跟踪滤波机制的角度突破foif的指数型跟踪滤波机制。

3、在信号处理技术领域，常见的窗函数包括有：矩形窗、等腰三角窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗和切比雪夫窗等，而这几种常见的窗函数，阻带衰减、旁瓣峰值等参数是固定的，通带起伏和阻带衰减相等，对滤波器性能将产生一些不利的影响。一般用窗函数法是基础且普遍应用的滤波器设计方法，采用窗函数设计数字低通滤波器，得到频域滤波效果，而现有窗函数不能构造最速跟踪滤波器。

技术实现思路

1、本发明提出一种四分之一反升余弦窗的生成装置及四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器，装置运用多个积分器、减法器、延时器和多个加法器生成四分之一反升余弦型窗函数，区别于现有窗函数，通过四分之一反升余弦型窗构造最速跟踪滤波器，实现了最速滤波跟踪机制，突破了一阶惯性滤波器foif的指数型跟踪机制，有效提升了滤波性能。

2、本发明实施例的第一方面提供了一种四分之一反升余弦窗的生成装置，生成装置包括：输入端、减法器、第一加法器、第二加法器、第一积分器、第二积分器、固定比例控制器和延时器；减法器、第一积分器和第二积分器依次连接，第二积分器与减法器连接，形成闭环反馈；第一积分器和第一加法器连接，第一加法器和固定比例控制器连接，固定比例控制器和延时器连接，第二积分器和延时器分别连接至第二加法器；

3、输入信号经过减法器得到减法器输出信号，减法器输出信号输入至第一积分器得到第一积分输出信号，第一积分输出信号输入至第二积分器得到第二积分输出信号，第二积分输出信号输入至减法器，形成闭环反馈；

4、输入信号和第一积分输出信号分别输入至第一加法器进行加法运算处理得到第一加法器输出信号，第一加法器输出信号输入至固定比例控制器得到固定比例控制信号，固定比例控制信号输入至延时器得到延时器信号，第二积分输出信号和延时器信号分别输入至第二加法器进行加法运算处理得到第二加法器输出信号，第二加法器输出信号代表四分之一反升余弦窗的输出。

5、在第一方面的一种可能的实现方式中，第一积分器的表达式为：

6、

7、其中，ffi(s)为第一积分器的拉普拉斯传递函数；tw为窗口时间长度。

8、在第一方面的一种可能的实现方式中，第二积分器的表达式为：

9、

10、其中，fsi(s)为第二积分器的拉普拉斯传递函数；tw为窗口时间长度。

11、在第一方面的一种可能的实现方式中，固定比例控制器的表达式为：

12、fk(s)＝k

13、k＝-1

14、其中，fk(s)为固定比例控制器的拉普拉斯传递函数；k为固定比例控制器的增益。

15、在第一方面的一种可能的实现方式中，延时器的表达式为：

16、

17、其中，fl(s)为延时器的拉普拉斯传递函数；tl为延时器的延时时间常数。

18、在第一方面的一种可能的实现方式中，四分之一反升余弦窗的表达式为：

19、

20、k＝-1

21、其中，fqicw(s)为四分之一反升余弦窗的拉普拉斯传递函数；tw为窗口时间长度；tl为延时器的延时时间常数；k为固定比例控制器的增益。

22、在第一方面的一种可能的实现方式中，延时器的延时时间常数由窗口时间长度得到：

23、

24、其中，tw为窗口时间长度；tl为延时器的延时时间常数。

25、本发明实施例的第二方面提供了一种四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器，四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器，包括：四分之一反升余弦窗的生成装置和第三积分器；

26、四分之一反升余弦窗的生成装置和第三积分器连接；

27、将四分之一反升余弦窗的生成装置输出端的四分之一反升余弦窗输出信号输入至第三积分器进行积分得到第三积分信号，第三积分信号代表四分之一反升余弦型最速跟踪滤波的输出信号。

28、在第二方面的一种可能的实现方式中，第三积分器的表达式为：

29、

30、其中，fi(s)为第三积分器的拉普拉斯传递函数；ti为第三积分器的积分时间常数。

31、在第二方面的一种可能的实现方式中，第三积分器的积分时间常数由四分之一反升余弦窗的生成装置中延时器的延时时间常数得到，具体为：

32、

33、其中，ti为第三积分器的积分时间常数；tl为延时器的延时时间常数。

34、在第二方面的一种可能的实现方式中，四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器的表达式为：

35、

36、其中，fftf(s)为四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器的拉普拉斯传递函数；fqicw(s)为四分之一反升余弦窗的拉普拉斯传递函数；ti为第三积分器的积分时间常数。相比于现有技术，本发明实施例提供的一种四分之一反升余弦窗的生成装置及四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器，其有益效果在于：本发明运用多个积分器、减法器、延时器、多个加法器生成四分之一反升余弦型窗函数，区别于现有窗函数，通过四分之一反升余弦型窗构造最速跟踪滤波器，实现了最速滤波跟踪机制，突破了一阶惯性滤波器的指数型跟踪机制，有效提升了滤波性能。

技术特征：

1.一种四分之一反升余弦窗的生成装置，其特征在于，所述生成装置包括：输入端、减法器、第一加法器、第二加法器、第一积分器、第二积分器、固定比例控制器和延时器；所述减法器、所述第一积分器和所述第二积分器依次连接，所述第二积分器与所述减法器连接，形成闭环反馈；所述第一积分器和所述第一加法器连接，所述第一加法器和所述固定比例控制器连接，所述固定比例控制器和所述延时器连接，所述第二积分器和所述延时器分别连接至所述第二加法器；

2.根据权利要求1所述的四分之一反升余弦窗的生成装置，其特征在于，所述第一积分器的表达式为：

3.根据权利要求1所述的四分之一反升余弦窗的生成装置，其特征在于，所述第二积分器的表达式为：

4.根据权利要求1所述的四分之一反升余弦窗的生成装置，其特征在于，所述固定比例控制器的表达式为：

5.根据权利要求3所述的四分之一反升余弦窗的生成装置，其特征在于，所述延时器的表达式为：

6.根据权利要求5所述的四分之一反升余弦窗的生成装置，其特征在于，所述延时器的延时时间常数由所述窗口时间长度得到，具体为：

7.根据权利要求1至6任意一项所述的四分之一反升余弦窗的生成装置，其特征在于，所述四分之一反升余弦窗的表达式为：

8.一种四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器，其特征在于，包括：如权利要求1-7任意一项所述的四分之一反升余弦窗的生成装置和第三积分器；

9.根据权利要求8所述的四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器，其特征在于，所述第三积分器的表达式为：

10.根据权利要求9所述的四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器，其特征在于，所述第三积分器的积分时间常数由所述四分之一反升余弦窗的生成装置中延时器的延时时间常数得到，具体为：

11.根据权利要求10所述的四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器，其特征在于，所述四分之一反升余弦型最速跟踪滤波器的表达式为：

技术总结
本发明公开了一种四分之一反升余弦窗的生成装置及最速跟踪滤波器，生成装置包括：输入端、减法器、第一加法器、第二加法器、第一积分器、第二积分器、固定比例控制器和延时器；减法器、第一积分器和第二积分器依次连接，第二积分器与减法器连接，形成闭环反馈；第一积分器和第一加法器连接，第一加法器和固定比例控制器连接，固定比例控制器和延时器连接，第二积分器和延时器分别连接至第二加法器。本发明运用多个积分器、减法器、延时器和多个加法器生成四分之一反升余弦窗函数，区别于现有窗函数，通过四分之一反升余弦型窗构造最速跟踪滤波器，实现最速滤波跟踪机制，突破一阶惯性滤波器的指数型跟踪机制，有效提升了滤波性能。

技术研发人员：陈锦攀
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13