应用笔记AN1078一阶数字低通滤波器推导和相位延迟计算

Microchip 的应用笔记 AN1078 中用作反电动势滤波的一阶数字低通滤波器由原文中的公式 4 给出,如下:

y(n)=y(n1)+T2πfc(x(n)y(n))

该滤波器又称作一阶 RC 数字低通滤波器,该公式可由下图所示的 RC 低通滤波电路中推导出来。

由电路学知识可得:
Vin=Vout+RCdVoutdt

其截止频率为:
ωc=2πfc=1RC

于是有:
2πfc(VinVout)=dVoutdt

在数字域中,该方程式为:
2πfc(x(n)y(n))=y(n)y(n1)T

整理后可得:
y(n)=y(n1)+T2πfc(x(n)y(n))

原式得证。

关于此滤波器,应用笔记 AN1078 中还有如下一段描述:

截止频率的值被设置为等于驱动电流和电机电压的频率,该频率等于每秒的电气旋转圈数。由于自适应滤波器的实现方式,会有一个固定的相位延时(每个滤波器 -45°),用于所有速度范围内的 θ 补偿,因为截止频率会随着电机提速而改变。

RC 低通滤波电路的相移角公式如下:

φ=arctan(2πfRC)=arctan(ffc)

不妨令 f=fc ,代入上式可得相移角为 φ=arctan(1)=45° 。即当截止频率等于输入信号的频率时,滤波器有一个固定的 -45° 的相位延时。

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