一階高通濾波器學習

導讀：本期文章主要介紹一階高通濾波器。一階高通濾波器與一階低通濾波器很相似，都是利用電容阻低頻信號通高頻信號，電感阻高頻信號通低頻信號的特點。

一、一階高通濾波器介紹

濾波器是作為一種選頻裝置，是信號處理中的一個重要的概念。目前主要由低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器三種，當然也可以按照電路工作原理分為有源和無源濾波兩大類。

1.1定義

最簡單的高通濾波器是一階高通濾波器，它的特性一般用一階線性微分方程表示，它的左面與一階低通濾波器完全相同，僅右面是激勵源的導數(shù)而非激勵源本身。當較低的頻率通過該系統(tǒng)時，沒有或幾乎沒有什么輸出，而當較高的頻率通過該系統(tǒng)時，將會受到較小的衰減。

實際上對于較高的頻率而言，電容器相當于“短路”一樣，這些頻率基本上都可以在電阻兩端獲得輸出。換言之，這個系統(tǒng)適宜通過高頻率信號而對低頻率信號有較大的阻礙作用，是一個最簡單的“高通濾波器”。

圖1 RC元件構成的高通濾波器

圖2 RC無源高通濾波器的幅頻特性曲線

1.2工作原理

當頻率低于f0的信號輸入這一濾波器時，由于C的容抗很大而受到阻止，輸出減小且頻率越低輸出越小。當頻率高于f0的信號輸入這一濾波器時，由于C的容抗已很小，故對信號無衰減作用，這樣該濾波器具有讓高頻信號通過，阻止低頻信號的作用。

二、一階高通濾波器的應用

電壓型磁鏈觀測器的表達式為：

高通濾波器的傳遞函數(shù)為：

2.1 高通濾波器的實現(xiàn)

2.2仿真驗證

圖3 150r/min時變積分項引起的誤差

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，變電機參數(shù)定子電阻引起被積項產(chǎn)生誤差，純積分項引起直流偏置和相位誤差，用高通濾波器替換純積分項后在一定程度上改善直流偏置和初始值問題。但使用HPF，觀測值相比較于實際值，仍然存在幅值和相位的誤差。

三、總結

電機參數(shù)Rs存在偏差時，傳統(tǒng)電壓型磁鏈觀測器（純積分）會存在直流偏置和初始相位的問題，造成很大的觀測器誤差，特別是在低速區(qū)域情況下?，F(xiàn)有的電壓型磁鏈觀測器的改進方法多種多樣，用其他環(huán)節(jié)來替換純積分環(huán)節(jié)更簡單一些，常見的有低通濾波器、高通濾波器及補償算法。