Документация Engee

Low-Pass Filter (Discrete or Continuous)

Фильтр нижних частот дискретного или непрерывного времени.

Тип: SubSystem

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Control/General Control/Low-Pass Filter (Discrete or Continuous)

Описание

Блок Low-Pass Filter (Discrete or Continuous) реализует фильтр нижних частот в соответствии со стандартом IEEE 421.5-2016 [1]. По стандарту фильтр называется простой постоянной времени.

Переключаться между непрерывной и дискретной реализациями фильтра можно с помощью параметра Sample time (-1 for inherited).

Уравнения

Непрерывный режим

Чтобы настроить фильтр для работы в непрерывном режиме, установите для параметра Sample time (-1 for inherited) значение 0. Это представление эквивалентно непрерывной передаточной функции:

где

  • — коэффициент усиления фильтра;

  • — постоянная времени фильтра.

Из приведенной выше передаточной функции уравнения, определяющие фильтр, имеют вид:

где

  • — время моделирования;

  • — входной сигнал фильтра;

  • — выходной сигнал фильтра;

  • — состояние фильтра;

  • — начальный входной сигнал блока.

Дискретный режим

Чтобы настроить фильтр для работы в дискретном режиме, установите для параметра Sample time (-1 for inherited) положительное ненулевое значение или значение −1, чтобы унаследовать период дискретизации от вышестоящего блока. Дискретное представление эквивалентно передаточной функции:

где

  • — коэффициент усиления фильтра;

  • — постоянная времени фильтра;

  • — период дискретизации фильтра.

Исходя из дискретной передаточной функции, уравнения фильтра определяются с помощью прямого метода Эйлера:

где

  • — временной шаг моделирования;

  • — входной сигнал фильтра;

  • — выходной сигнал фильтра;

  • — состояние фильтра;

  • — начальный входной сигнал блока.

Определение начальных условий

Начальные условия блока можно задать с помощью параметра Initialization. Установите значение:

  • Inherited from block input — блок установит начальные условия состояния и выходного сигнала равными начальному входному значению;

  • Specify as parameter — блок установит начальное условие состояния равным значению параметра Initial state.

Ограничение интеграла

Чтобы ограничить выходной сигнал интеграла, задайте параметры Upper saturation limit и Lower saturation limit, чтобы использовать метод насыщения с защитой от перенасыщения.

Метод защиты от перенасыщения (anti-windup) ограничивает состояние интегратора диапазоном между нижним пределом насыщения и верхним пределом насыщения :

Поскольку состояние ограничено, выходной сигнал может немедленно реагировать на изменение знака входного сигнала, когда интеграл насыщен. Следующая блок-схема иллюстрирует реализацию метода насыщения с защитой от перенасыщения в фильтре.

low pass filter discrete or continuous 1

Этот блок не предоставляет метод интегрального насыщения (windup). Чтобы использовать метод интегрального насыщения, установите для параметра Upper saturation limit значение Inf, а для параметра Lower saturation limit значение −Inf и подключите блок Saturation к выходному сигналу.

Обход динамики фильтра

Установите для постоянной времени значение, меньшее или равное периоду дискретизации, чтобы игнорировать динамику фильтра. При обходе блока откалиброванный по усилению входной сигнал подается непосредственно на выход:

В непрерывном режиме период дискретизации и постоянная времени должны быть равны нулю.

Порты

Вход

# u — входной сигнал фильтра
вектор

Details

Входной сигнал фильтра нижних частот. Блок использует начальное значение входного сигнала для определения начального значения состояния.

Типы данных

Float32, Float64

Поддержка комплексных чисел

Нет

Выход

# y — выходной сигнал фильтра
вектор

Details

Выходной сигнал фильтра нижних частот.

Типы данных

Float32, Float64

Поддержка комплексных чисел

Нет

Параметры

Main group

# Gain — коэффициент усиления фильтра

Details

Коэффициент усиления фильтра нижних частот.

Значение по умолчанию

1.0

Имя для программного использования

K

Вычисляемый

Да

# Time constant — постоянная времени фильтра

Details

Постоянная времени фильтра нижних частот. В дискретной реализации установите для этого параметра значение меньше значения параметра Sample time (-1 for inherited), чтобы обойти динамику фильтра.

Значение по умолчанию

1.0

Имя для программного использования

T

Вычисляемый

Да

# Upper saturation limit — верхний предел состояния

Details

Верхний предел состояния фильтра нижних частот. Установите значение Inf для ненасыщенного верхнего предела или конечное значение для предотвращения переполнения верхнего предела интегратора фильтра.

Значение по умолчанию

Inf

Имя для программного использования

upper_saturation_limit

Вычисляемый

Да

# Lower saturation limit — нижний предел состояния

Details

Нижний предел состояния фильтра нижних частот. Установите значение −Inf для ненасыщенного нижнего предела или конечное значение для предотвращения переполнения нижнего предела интегратора фильтра.

Значение по умолчанию

-Inf

Имя для программного использования

lower_saturation_limit

Вычисляемый

Да

# Initialization — способ задания начального состояния
Inherited from block input | Specify as parameter

Details

Выберите начальное состояние для этого блока. Дополнительную информацию см. в разделе Определение начальных условий.

Значения

Inherited from block input | Specify as parameter

Значение по умолчанию

Inherited from block input

Имя для программного использования

initial_option

Вычисляемый

Да

# Initial state — начальное состояние

Details

Начальное состояние блока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Initialization значение Specify as parameter.

Значение по умолчанию

0.0

Имя для программного использования

initial_state

Вычисляемый

Да

# Sample time (-1 for inherited) — период дискретизации блока

Details

Время между последовательными выполнениями блока. Во время выполнения блок генерирует выходные сигналы и, при необходимости, обновляет свое внутреннее состояние.

Для наследуемого режима дискретного времени установите для этого параметра значение −1. Для дискретного режима установите для этого параметра положительное целое число. Для непрерывного режима установите для этого параметра значение 0.

Значение по умолчанию

-1

Имя для программного использования

sample_time

Вычисляемый

Да

Литература

  1. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. IEEE Std 421.5-2016. Piscataway, NJ: IEEE-SA, 2016.