[发明专利]一种自适应巴特沃斯低通数字滤波器设计方法

说明书

本发明提出一种自适应巴特沃斯低通数字滤波器设计方法，先将离散化的巴特沃斯低通滤波器传递函数的分子、分母多项式的系数表达为采样步长和截止频率乘积的函数，再将传递函数分母多项式化为首1的形式，得到新的分子、分母多项式系数，设计巴特沃斯低通滤波器的截止频率与被检测信号的基波频率成固定的比例关系，之后根据被检测信号的基波频率和采样步长更新巴特沃斯低通滤波器传递函数，然后对输入信号采用更新后的巴特沃斯低通滤波器进行滤波输出。本发明能够有效减小谐波和高频干扰对变频交流电压、电流信号的影响，提高信号检测的精确度；保证被检测信号的频率在大范围内快速变化时滤波器输出基波频率信号的增益和相移相同。

技术领域

本发明属于飞机变频交流供电系统抗混叠滤波技术领域，具体为一种适用于变频交流供电系统的自适应巴特沃斯低通数字滤波器设计方法。

背景技术

飞机供电系统中通常包含大功率二极管整流电路、雷达等非线性负荷，对系统交流电压和电流造成谐波污染。此外，高强度辐射场等高频干扰也会作用于控制电路，对系统的稳定运行构成极大的威胁。采用抗混叠滤波器是有效抑制谐波和高频干扰对系统不利影响的重要手段。

三相变频交流供电系统具有频率变化速度快(国标中规定的最大频率变化率为250Hz/s)和频率变化范围大(目前使用的宽变频供电系统的正常频率范围为360Hz-800Hz)等特点，给抗混叠滤波器的设计带来了巨大的挑战。按照固定的截止频率设计滤波器参数，在实际频率增大时会导致相位滞后增加，降低系统的稳定裕度；当系统运行于低频阶段时，相当于增大滤波器的截止频率，会降低滤波的效果，对系统的性能和稳定性造成不利影响。

现有的滤波器多采用无源器件实现，其通频带内的增益不平稳且过度频带过宽，滤波效果不佳；电力系统中虽然已有成熟的基于运算放大器的有源低通滤波电路，但是相应的结构仅适用于频率固定或在很小范围变化的应用。另一种方法是对频率范围进行分段，针对每一段设计一个固定截止频率的滤波器。这种方法一方面增加了硬件的复杂程度和成本，同时还容易造成在不同截止频率滤波器间切换时输出不连续的现象，影响系统的性能和稳定性。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明针对变频交流供电系统提出一种截止频率随被测信号基波频率连续调整的自适应巴特沃斯低通数字滤波器设计方法，用于对变频交流电压、电流信号进行抗混叠滤波，提高对电压、电流基频信号检测的精确度，从而提高变频交流供电系统的电压精度，增强供电系统的稳定性。

本发明的技术方案为：

所述一种自适应巴特沃斯低通数字滤波器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将m阶巴特沃斯低通滤波器的归一化传递函数表达为复频域的传递函数；

步骤2：将步骤1得到的m阶巴特沃斯低通滤波器复频域传递函数离散化，并表达为采样频率T_s和截止频率w_c乘积的函数为：

其中n_m、n_m-1…n₁、n₀和d_m、d_m-1…d₁、d₀分别是H_a(z)中分子和分母多项式的系数，均为采样频率T_s和截止频率w_c乘积的函数；

步骤3：将H_a(z)中分母多项式化为首1的形式，得到新的分子、分母多项式系数n_mn、n_(m-1)n…n_1n、n_0n和d_mn、d_(m-1)n…d_1n、d_0n，其中d_mn＝1；

新的分子、分母多项式系数分别表达为：