正弦型最速跟踪滤波方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及信号处理技术和工业过程控制技术领域，尤其是涉及一种正弦型最速跟踪滤波方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.在工业过程控制领域，过程信号中普遍存在高频噪声干扰，经常需要采用低通滤波器(low pass filters，lpf)滤除高频噪声干扰，其中一阶惯性滤波器(first order inertial filter，foif)是一种大量运用的和基本的lpf，foif是一种典型的指数型的跟踪滤波机制，主要存在输出跟踪输入效率不高的问题，从提高过程控制性能的角度，需要提高lpf输出跟踪输入的性能。从滤波技术发展的角度，滤波技术需要不断发展。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种正弦型最速跟踪滤波方法、装置、设备及存储介质，以解决上述技术问题，相对一阶惯性滤波器，能够有效提高输出跟踪输入的效率，从而提高滤波性能。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种正弦型最速跟踪滤波方法，包括：
5.将输入信号输入至第一减法器的被减数输入端，得到所述第一减法器输出的反馈输出信号；
6.将所述反馈输出信号输入至第一积分器，得到所述第一积分器输出的第一积分输出信号；
7.将所述第一积分输出信号输入至第二积分器，得到所述第二积分器输出的第二积分输出信号；
8.将所述第二积分输出信号输入至所述第一减法器的减数输入端，形成闭环反馈；
9.将所述输入信号和所述反馈输出信号输入至所述第二减法器，得到所述第二减法器输出的第二减法输出信号；
10.将所述第二积分输出信号输入至延时器，得到所述延时器输出的延时输出信号；
11.将所述第二减法输出信号和所述延时输出信号输入至加法器，得到所述加法器输出的加法输出信号；
12.将所述加法输出信号输入至比例控制器，得到所述比例控制器输出的正弦型最速跟踪滤波信号。
13.进一步地，所述第一积分器表达为：
[0014][0015]
其中，f
fi
(s)为所述第一积分器的拉普拉斯传递函数；tf为最速跟踪滤波的滤波时间常数，单位为s。
[0016]
进一步地，所述第二积分器表达为：
[0017][0018]
其中，f
si
(s)为所述第二积分器的拉普拉斯传递函数；tf为最速跟踪滤波的滤波时间常数，单位为s。
[0019]
进一步地，所述延时器表达为：
[0020][0021]
t
l
＝2t
t
[0022]
其中，f
l
(s)为所述延时器的拉普拉斯传递函数；t
l
为跟踪时间常数，单位为s；t
l
为基于所述第一积分器或所述第二积分器的最速跟踪滤波时间常数t
t
得到。
[0023]
进一步地，所述跟踪时间常数为所述第一积分器或所述第二积分器的最速跟踪滤波时间常数的两倍。
[0024]
进一步地，所述正弦型最速跟踪滤波方法表达为：
[0025][0026]
t
l
＝2t
t
[0027]
其中，f
cttf
(s)为正弦型最速跟踪滤波器的拉普拉斯传递函数；t
t
为最速跟踪滤波时间常数，单位为s；t
l
为跟踪时间常数，单位为s；k
p
为比例控制增益，单位无量纲。
[0028]
进一步地，所述将所述输入信号和所述反馈输出信号输入至所述第二减法器，得到所述第二减法器输出的第二减法输出信号，具体为：
[0029]
将所述输入信号输入至所述第二减法器的被减数输入端，将所述反馈输出信号输入至所述第二减法器的减数输入端，得到所述第二减法器输出的第二减法输出信号。
[0030]
本发明还提供一种正弦型最速跟踪滤波装置，包括第一减法器、第一积分器、第二积分器、第二减法器、延时器、加法器和比例控制器；
[0031]
所述第一减法器的输出端分别与所述第一积分器的输入端、所述第二减法器的减数输入端相连；所述第一积分器的输出端与所述第二积分器的输入端相连，所述第二积分器的输出端分别与所述第一减法器的减数输入端、所述延时器的输入端相连；所述第二减法器的被减数输入端与所述正弦型最速跟踪滤波装置的信号输入端相连；所述延时器的输出端与所述加法器的第一输入端相连；所述第二减法器的输出端与所述加法器的第二输入端相连；所述延时器的输出端与所述比例控制器的输入端相连；
[0032]
所述第一减法器用于根据输入信号和所述第二积分输出信号输出反馈输出信号，所述第一积分器用于根据所述反馈输出信号输出第一积分输出信号，所述第二积分器用于根据所述第一积分输出信号输出第二积分输出信号，所述第二减法器用于根据所述输入信号和所述反馈输出信号输出第二减法输出信号，所述延时器用于根据所述第二积分输出信号输出延时输出信号，所述加法器用于根据所述第二减法输出信号和所述延时输出信号输出加法输出信号，所述比例控制器用于根据所述加法输出信号输出正弦型最速跟踪滤波输出信号。
[0033]
本发明还提供一种终端设备，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项所述的正弦型最速跟踪滤波方法。
[0034]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的正弦型最速跟踪滤波方法。
[0035]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0036]
本发明提供了一种正弦型最速跟踪滤波方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：将输入信号输入至第一减法器的被减数输入端，得到反馈输出信号；将反馈输出信号输入至第一积分器，将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；将第二积分输出信号输入至第一减法器的减数输入端，形成闭环反馈；将输入信号和反馈输出信号输入至第二减法器，得到第二减法输出信号；将第二积分输出信号输入至延时器，得到延时输出信号；将第二减法输出信号和延时输出信号输入至加法器，将加法输出信号输入至比例控制器，得到正弦型最速跟踪滤波信号。本发明相对一阶惯性滤波器，有效提高了输出跟踪输入的效率，从而提高了滤波性能。
附图说明
[0037]
图1是本发明提供的正弦型最速跟踪滤波方法的流程示意图；
[0038]
图2是本发明提供的正弦型最速跟踪滤波装置的结构示意图；
[0039]
图3是本发明提供的第二积分输出的过程示意图；
[0040]
图4是本发明提供的第二积分延时输出的过程示意图；
[0041]
图5是本发明提供的正弦型跟踪滤波输出的过程示意图；
[0042]
图6是本发明提供的正弦型最速跟踪滤波输出与一阶惯性滤波输出对比示意图之一；
[0043]
图7是本发明提供的正弦型最速跟踪滤波输出与一阶惯性滤波输出对比示意图之二。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
请参见图1，本发明实施例提供了一种正弦型最速跟踪滤波方法，可以包括步骤：
[0046]
s1、将输入信号输入至第一减法器的被减数输入端，得到所述第一减法器输出的反馈输出信号；
[0047]
s2、将所述反馈输出信号输入至第一积分器，得到所述第一积分器输出的第一积分输出信号；
[0048]
s3、将所述第一积分输出信号输入至第二积分器，得到所述第二积分器输出的第二积分输出信号；
[0049]
s4、将所述第二积分输出信号输入至所述第一减法器的减数输入端，形成闭环反馈；
[0050]
s5、将所述输入信号和所述反馈输出信号输入至所述第二减法器，得到所述第二减法器输出的第二减法输出信号；
[0051]
s6、将所述第二积分输出信号输入至延时器，得到所述延时器输出的延时输出信号；
[0052]
s7、将所述第二减法输出信号和所述延时输出信号输入至加法器，得到所述加法器输出的加法输出信号；
[0053]
s8、将所述加法输出信号输入至比例控制器，得到所述比例控制器输出的正弦型最速跟踪滤波信号。
[0054]
需要说明的是，第一减法器在初次运算时，由于只有输入信号作为被减数，没有减数的输入，因此可以在初次运算时采用预设的减数(例如为零)；当输入信号依次经过第一积分器和第二积分器之后，将第二积分输出信号输入至第一减法器作为减数，形成闭环反馈。
[0055]
在本发明实施例中，进一步地，所述第一积分器表达为：
[0056][0057]
其中，f
fi
(s)为所述第一积分器的拉普拉斯传递函数；tf为最速跟踪滤波的滤波时间常数，单位为s。
[0058]
在本发明实施例中，进一步地，所述第二积分器表达为：
[0059][0060]
其中，f
si
(s)为所述第二积分器的拉普拉斯传递函数；tf为最速跟踪滤波的滤波时间常数，单位为s。
[0061]
在本发明实施例中，进一步地，所述延时器表达为：
[0062][0063]
t
l
＝2t
t
[0064]
其中，f
l
(s)为所述延时器的拉普拉斯传递函数；t
l
为跟踪时间常数，单位为s；t
l
为基于所述第一积分器或所述第二积分器的最速跟踪滤波时间常数t
t
得到。
[0065]
在本发明实施例中，进一步地，所述跟踪时间常数为所述第一积分器或所述第二积分器的最速跟踪滤波时间常数的两倍。
[0066]
在本发明实施例中，进一步地，所述正弦型最速跟踪滤波方法表达为：
[0067][0068]
t
l
＝2t
t
[0069]
其中，f
cttf
(s)为正弦型最速跟踪滤波器的拉普拉斯传递函数；t
t
为最速跟踪滤波时间常数，单位为s；t
l
为跟踪时间常数，单位为s；k
p
为比例控制增益，单位无量纲。
[0070]
在本发明实施例中，进一步地，所述将所述输入信号和所述反馈输出信号输入至所述第二减法器，得到所述第二减法器输出的第二减法输出信号，具体为：
[0071]
将所述输入信号输入至所述第二减法器的被减数输入端，将所述反馈输出信号输入至所述第二减法器的减数输入端，得到所述第二减法器输出的第二减法输出信号。
[0072]
基于上述方案，为便于更好的理解本发明实施例提供的正弦型最速跟踪滤波方法，以下进行详细说明：
[0073]
1、将输入信号输入至第一减法器的被减数输入端，在所述第一减法器的输出端得到反馈输出信号；
[0074]
2、将所述反馈输出信号输入至第一积分器的输入端，在所述第一积分器的输出端得到第一积分输出信号；
[0075]
所述第一积分器表达为：
[0076][0077]
其中，f
fi
(s)为所述第一积分器的拉普拉斯传递函数；t
t
为最速跟踪滤波时间常数，单位为s；
[0078]
3、将所述第一积分输出信号输入至第二积分器的输入端，在所述第二积分器的输出端得到第二积分输出信号；
[0079]
所述第二积分器表达为：
[0080][0081]
其中，f
si
(s)为所述第二积分器的拉普拉斯传递函数；t
t
为最速跟踪滤波时间常数，单位为s；
[0082]
4、将所述第二积分输出信号输入至第一减法器的减数输入端，形成闭环反馈；
[0083]
5、将所述第二积分输出信号输入至延时器输入，在所述延时器的输出端得到延时输出信号；
[0084]
所述延时器表达为：
[0085][0086]
t
l
＝2t
t
[0087]
其中，f
l
(s)为所述延时器的拉普拉斯传递函数；t
l
为跟踪时间常数，单位为s；说明：t
l
由t
t
得到。
[0088]
6、将所述输入信号输入至第二减法器的被减数输入端，将所述反馈输出信号输入至第二减法器的减数输入端，在所述第二减法器将所述输入信号减去所述反馈输出信号，得到第二减法输出信号；
[0089]
7、将所述第二积分输出输入至延时器，得到延时输出信号；将所述延时输出信号输入至加法器第一输入端，将所述第二减法输出信号输入至加法器第二输入端，在所述加法器，将所述延时输出信号和第二减法输出信号相加，得到加法器输出信号。
[0090]
8、将所述加法器输出信号输入至比例控制器，在所述比例控制器乘以增益，得到比例控制输出信号。所述比例控制输出信号，代表了正弦型最速跟踪滤波输出信号。
[0091]
9、本发明实施例的正弦型最速跟踪滤波器表达为：
[0092][0093]
t
l
＝2t
t
[0094]
其中，f
cttf
(s)为正弦型最速跟踪滤波器的拉普拉斯传递函数；t
t
为最速跟踪滤波时间常数，单位为s；t
l
为跟踪时间常数，单位为s；k
p
为比例控制增益，单位无量纲。
[0095]
需要说明的是，对于以上方法或流程实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
[0096]
请参见图2，本发明实施例还提供一种正弦型最速跟踪滤波装置，包括第一减法器、第一积分器、第二积分器、第二减法器、延时器、加法器和比例控制器；
[0097]
所述第一减法器的输出端分别与所述第一积分器的输入端、所述第二减法器的减数输入端相连；所述第一积分器的输出端与所述第二积分器的输入端相连，所述第二积分器的输出端分别与所述第一减法器的减数输入端、所述延时器的输入端相连；所述第二减法器的被减数输入端与所述正弦型最速跟踪滤波装置的信号输入端相连；所述延时器的输出端与所述加法器的第一输入端相连；所述第二减法器的输出端与所述加法器的第二输入端相连；所述延时器的输出端与所述比例控制器的输入端相连；
[0098]
所述第一减法器用于根据输入信号和所述第二积分输出信号输出反馈输出信号，所述第一积分器用于根据所述反馈输出信号输出第一积分输出信号，所述第二积分器用于根据所述第一积分输出信号输出第二积分输出信号，所述第二减法器用于根据所述输入信号和所述反馈输出信号输出第二减法输出信号，所述延时器用于根据所述第二积分输出信号输出延时输出信号，所述加法器用于根据所述第二减法输出信号和所述延时输出信号输出加法输出信号，所述比例控制器用于根据所述加法输出信号输出正弦型最速跟踪滤波输出信号。
[0099]
可以理解的是上述装置项实施例，是与本发明方法项实施例相对应的，本发明实施例提供的一种正弦型最速跟踪滤波装置，可以实现本发明任意一项方法项实施例提供的正弦型最速跟踪滤波方法。
[0100]
以下对本发明实施例的正弦型最速跟踪滤波装置进行举例说明：
[0101]
1、在一实施例中，在t
t
＝100s，得到第二积分器输出的过程输出pv
si
(t)，如图3所示。
[0102]
2、在一实施例中，在t
t
＝100s,t
l
＝2t
t
＝200s，得到所述第二积分输出的延时输出pv
l
(t)，如图4所示。
[0103]
3、在一实施例中，在t
t
＝100s，t
l
＝2t
t
＝200s，k
p
＝0.5，得到正弦型跟踪滤波输出pv
cftf
(t)，如图5所示。
[0104]
4、在一实施例中，与一阶惯性滤波器的特性进行比较，一阶惯性滤波器表达为
[0105][0106]
其中，f
foif
(s)为所述一阶惯性滤波器的拉普拉斯传递函数；t
foif
为所述一阶惯性滤波器的滤波时间常数，单位为s；
[0107]
设置在k
p
＝0.5，t
t
＝100s，t
l
＝t
foif
＝2t
t
＝200s，输入信号为单位阶跃，得到正弦型最速跟踪滤波器的过程输出pv
cftf
(t)和一阶惯性滤波器过程输出pv
foif
(t)对比结果，如图6所示。
[0108]
5、由图6对比结果可知，最速跟踪滤波的跟踪速度明显高于一阶惯性滤波跟踪速度，即最速跟踪滤波的输出跟踪输入的效率显著提高，表明了最速跟踪滤波器的滤波性能优于常用的一阶惯性滤波器。
[0109]
6、在另一实施例，将最速跟踪滤波器用于某1000mw火电机组的、再热蒸汽温度过程信号的滤波，并且与一阶惯性滤波器的滤波特性进行对比。
[0110]
设置k
p
＝0.5，t
t
＝30s，t
l
＝t
foif
＝2t
t
＝60s，得到最速跟踪滤波器与一阶惯滤波器滤波的对比结果，如图7所示，最速跟踪滤波器滤波输出明显超前于一阶惯滤波器滤波输出，由此可见本发明实施例的正弦型最速跟踪滤波器滤波性能优于一阶惯性滤波器滤波。
[0111]
本发明还提供一种计算机设备，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项所述的正弦型最速跟踪滤波方法。
[0112]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的正弦型最速跟踪滤波方法。
[0113]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域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。

技术特征：
1.一种正弦型最速跟踪滤波方法，其特征在于，包括：将输入信号输入至第一减法器的被减数输入端，得到所述第一减法器输出的反馈输出信号；将所述反馈输出信号输入至第一积分器，得到所述第一积分器输出的第一积分输出信号；将所述第一积分输出信号输入至第二积分器，得到所述第二积分器输出的第二积分输出信号；将所述第二积分输出信号输入至所述第一减法器的减数输入端，形成闭环反馈；将所述输入信号和所述反馈输出信号输入至所述第二减法器，得到所述第二减法器输出的第二减法输出信号；将所述第二积分输出信号输入至延时器，得到所述延时器输出的延时输出信号；将所述第二减法输出信号和所述延时输出信号输入至加法器，得到所述加法器输出的加法输出信号；将所述加法输出信号输入至比例控制器，得到所述比例控制器输出的正弦型最速跟踪滤波信号。2.根据权利要求1所述的正弦型最速跟踪滤波方法，其特征在于，所述第一积分器表达为：其中，f
fi
(s)为所述第一积分器的拉普拉斯传递函数；t
f
为最速跟踪滤波的滤波时间常数，单位为s。3.根据权利要求1所述的正弦型最速跟踪滤波方法，其特征在于，所述第二积分器表达为：其中，f
si
(s)为所述第二积分器的拉普拉斯传递函数；t
f
为最速跟踪滤波的滤波时间常数，单位为s。4.根据权利要求1所述的正弦型最速跟踪滤波方法，其特征在于，所述延时器表达为：t
l
＝2t
t
其中，f
l
(s)为所述延时器的拉普拉斯传递函数；t
l
为跟踪时间常数，单位为s；t
l
为基于所述第一积分器或所述第二积分器的最速跟踪滤波时间常数t
t
得到。5.根据权利要求4所述的正弦型最速跟踪滤波方法，其特征在于，所述跟踪时间常数为所述第一积分器或所述第二积分器的最速跟踪滤波时间常数的两倍。6.根据权利要求1所述的正弦型最速跟踪滤波方法，其特征在于，所述正弦型最速跟踪滤波方法表达为：
t
l
＝2t
t
其中，f
cttf
(s)为正弦型最速跟踪滤波器的拉普拉斯传递函数；t
t
为最速跟踪滤波时间常数，单位为s；t
l
为跟踪时间常数，单位为s；k
p
为比例控制增益，单位无量纲。7.根据权利要求1所述的正弦型最速跟踪滤波方法，其特征在于，所述将所述输入信号和所述反馈输出信号输入至所述第二减法器，得到所述第二减法器输出的第二减法输出信号，具体为：将所述输入信号输入至所述第二减法器的被减数输入端，将所述反馈输出信号输入至所述第二减法器的减数输入端，得到所述第二减法器输出的第二减法输出信号。8.一种正弦型最速跟踪滤波装置，其特征在于，包括第一减法器、第一积分器、第二积分器、第二减法器、延时器、加法器和比例控制器；所述第一减法器的输出端分别与所述第一积分器的输入端、所述第二减法器的减数输入端相连；所述第一积分器的输出端与所述第二积分器的输入端相连，所述第二积分器的输出端分别与所述第一减法器的减数输入端、所述延时器的输入端相连；所述第二减法器的被减数输入端与所述正弦型最速跟踪滤波装置的信号输入端相连；所述延时器的输出端与所述加法器的第一输入端相连；所述第二减法器的输出端与所述加法器的第二输入端相连；所述延时器的输出端与所述比例控制器的输入端相连；所述第一减法器用于根据输入信号和所述第二积分输出信号输出反馈输出信号，所述第一积分器用于根据所述反馈输出信号输出第一积分输出信号，所述第二积分器用于根据所述第一积分输出信号输出第二积分输出信号，所述第二减法器用于根据所述输入信号和所述反馈输出信号输出第二减法输出信号，所述延时器用于根据所述第二积分输出信号输出延时输出信号，所述加法器用于根据所述第二减法输出信号和所述延时输出信号输出加法输出信号，所述比例控制器用于根据所述加法输出信号输出正弦型最速跟踪滤波输出信号。9.一种终端设备，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一项所述的正弦型最速跟踪滤波方法。10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的正弦型最速跟踪滤波方法。

技术总结
本发明提供一种正弦型最速跟踪滤波方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：将输入信号输入至第一减法器的被减数输入端，得到反馈输出信号；将反馈输出信号输入至第一积分器，将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；将第二积分输出信号输入至第一减法器的减数输入端，形成闭环反馈；将输入信号和反馈输出信号输入至第二减法器，得到第二减法输出信号；将第二积分输出信号输入至延时器，得到延时输出信号；将第二减法输出信号和延时输出信号输入至加法器，将加法输出信号输入至比例控制器，得到正弦型最速跟踪滤波信号。本发明相对一阶惯性滤波器，有效提高了输出跟踪输入的效率，从而提高了滤波性能。从而提高了滤波性能。从而提高了滤波性能。


技术研发人员：陈锦攀 钟飞 方院生 潘君镇 刘森 王伟
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/7