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永磁同步電機矢量控制基礎補充(五)——什麼是低通濾波器?

注:

1:此為永磁同步控制系列文章之一,應大家的要求,關于永磁同步矢量控制的系列文章已經在首頁置頂,大家可以直接去首頁裡面查閱,希望能給大家帶來幫助,謝謝。

2:矢量控制的六篇文章後。弱磁、MTPA、位置控制系列講解已經補充,也放在首頁了,請大家查閱。

3: 恰飯一下,也做了一套較為詳細教程放在置頂了,内含基本雙閉環、MTPA、弱磁、三閉環、模糊PI等基本控制優化政策,也将滑模,MRAS等無速度控制課題整理完成,請大家檢視^_^

最近在做滑模控制的時候,遇到了一個不太了解的概念——低通濾波器。從其名字上了解為通低頻、阻高頻的濾波器。但如何根據實際情況來設定濾波器呢?這就是問題的關鍵。

1 什麼是低通濾波器

低通濾波器是容許低于截止頻率的信号通過, 但高于截止頻率的信号不能通過的電子濾波裝置。換句話說,它将信号的頻譜分離為将要通過的頻率分量和将被阻塞的頻率分量,且這部分被阻塞的頻率分量是高頻分量。而這個通過和阻塞的臨界值被稱為截止頻率。

2 什麼是截止頻率

從頻域響應的角度講,當保持輸入信号的幅度不變,改變頻率使輸出信号降至最大值的0.707倍,即用頻響特性來表述即為-3dB點處即為截止頻率,它是用來說明頻率特性名額的一個特殊頻率。(如何求截至頻率在此不再贅述,請查閱自動控制原理資料頻率特性章節内容)

可以通過在matlab内測試,來直覺的觀察截至頻率,下圖低通濾波器的截止頻率為10。

(10/(s+10)的形式時10就是截至頻率)

永磁同步電機矢量控制基礎補充(五)——什麼是低通濾波器?

如果通入正弦波,分别為sin(t) 、sin(5t)和sin(10t),前後正弦函數的頻率為分别1/2pi =0.16Hz、5/2pi=0.8Hz 、 5/pi=1.6Hz,濾波結果如下圖所示:

永磁同步電機矢量控制基礎補充(五)——什麼是低通濾波器?
永磁同步電機矢量控制基礎補充(五)——什麼是低通濾波器?
永磁同步電機矢量控制基礎補充(五)——什麼是低通濾波器?

觀察波形發現(紅色為輸入,藍色為濾波後的輸出)。從第三章圖可以看出,在輸入信号為sin(10t)時,經過低通濾波器輸出的信号幅值為0.707,它相對于輸入信号相位滞後了45°。

在此通過實驗現象驗證了截止頻率的定義——當保持輸入信号的幅度不變,改變頻率使輸出信号降至最大值的0.707倍,此時的頻率為截止頻率。

3 截止頻率的機關是 Hz 還是 rad/s? 

這裡需要有個問題注意一下:對于低通濾波器 G(s) = 10/(s+10),其截止頻率為10,但這個機關是什麼呢?是赫茲Hz還是rad/s呢?

通過下面波形探究一下,其中藍色為y=sin(t),紅色為y=sin(2t),綠色為y=sin(2*pi*t)。

對于y=sin(t)和y=sin(2*pi*t)單獨讨論,

y=sin(t)用了6.28s走完一個周期,頻率為0.16Hz(1 rad/s);

y=sin(2*pi*t)用1s走完一個周期,頻率為1Hz(2*pi rad/s);

同理可以推斷,y=sin(10t)用0.628s走完一個周期,頻率為1.6Hz(10 rad/s)。對于低通濾波器 G(s) = 10/(s+10),其截止頻率為10。

是以此處可以得到結論,根據低通濾波器計算出來的截止頻率的機關為 rad/s 。 

永磁同步電機矢量控制基礎補充(五)——什麼是低通濾波器?

小結:

1、截止頻率:當保持輸入信号的幅度不變,改變頻率使輸出信号降至最大值的0.707倍時,此時頻率為截止頻率,相位之後45°。

2、根據低通濾波器計算出來的截止頻率的機關為 rad/s ,G(s) = 10/(s+10)的截止頻率為 10 rad/s。

文章中驗證的模型已經貼粗來啦,另外後面對于機關的讨論其畫圖程式為:

t=0:0.001:6.28;
y=sin(t);
figure(1);
plot(t,y,'b');
hold on 
y1 = sin(2*t);
plot(t,y1,'r');
hold on 
y2 = sin(2*pi*t);
plot(t,y2,'g');
           

整理不易,希望大家幫忙點個贊呀~謝謝啦~^_^

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