[发明专利]一种基于滑模思想的新型低通滤波器设计方法

说明书

本发明公开了一种基于滑模思想的新型低通滤波器设计方法。首先按照一阶惯性环节传递函数，构造虚拟滤波被控对象；针对上述虚拟滤波被控对象，设计简单滑模控制器；对滑模控制微分方程组进行离散化处理，得到滤波器的离散化表达形式；输入信号，通过选取合适的滤波参数，并观察输出曲线，从而确定最终的低通滤波器参数，使得整个低通滤波器具有令人满意的低通特性。本发明的有益效果是基于非线性滑模的非线性数字滤波器，其能吸收滑模控制抗干扰强、响应快的优点，使得滤波器失真小，而且具有较强的抑制噪声能量。

技术领域

本发明属于滤波器设计与制造技术领域，涉及一种基于滑模思想的新型低通滤波器设计方法。

背景技术

滤波器是一种使有用频率信号通过而同时抑制无用频率的电子装置，其在工程上有着非常广泛的应用，主要应用于各类信号处理、数据传输与干扰抑制之中。而低通滤波器则广泛应用于抑制高频噪声。传统的有源滤波器基于线性传递函数理论，采用电阻电容运放等元器件组成滤波器电路；而随着计算机技术的发展，目前采用离散方法可以设计各种不同类型的数字滤波器，具有稳定性高，精度高一届设计灵活的特点，广泛应用于语音、数据传输等各个方面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于滑模思想的新型低通滤波器设计方法。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤一：按照一阶惯性环节传递函数，构造虚拟滤波被控对象；

选取基本滤波器时间常数T，构造基本的一阶惯性环节虚拟滤波被控对象，并用传递函数描述如下：

其中y为滤波器的输出，u为虚拟控制量，s为传递函数中的微分算子；

步骤二：针对上述虚拟滤波被控对象，设计简单滑模控制器；

将上述传递函数，定义误差变量为e＝r-y，其中r为滤波器输入信号，定义柔化函数型非线性滑模面为

其中c₁、c₂与ε为待设计的正常数；

构造虚拟控制量u如下：

步骤三：对滑模控制微分方程组进行离散化处理，得到滤波器的离散化表达形式；

采用欧拉法进行离散化，设定采样时间为Δt，则有

y(n)-y(n-1)＝Δt/T(u(n-1)-y(n-1))

而其中

e(n-1)＝r(n-1)-y(n-1)，

以上数据中y(n)表示当前时刻的数据，y(n-1)表示相对当前时刻上一个采样时刻数据，而y(n-2)表示相当当前时刻上两个采样时刻的数据，最终所得到的y(n)为滤波器的输出。

进一步，设输入信号为低频有用信号、高频噪声信号和近似脉冲信号的混合，如下所示：

u(t)＝sin(5t)+k₁sin(100000t)+k₂Δ

其中t为时间，sin(5t)为低频有用信号，k₁sin(100000t)为高频噪声信号，Δ为近似脉冲信号，在t＝t₁时刻加入，左右时间长为Δt₁左右；通过选取合适的滤波参数，并观察输出曲线，从而确定最终的低通滤波器参数，使得整个低通滤波器具有令人满意的低通特性。