[发明专利]一种分布式故障监测装置IIR滤波系统及其设计方法

权利要求书

1.一种分布式故障监测装置IIR滤波系统，所述滤波系统为多级级联结构，其特征在于，包括接收DSP单元输出数据并发送控制指令至存储单元的控制系统，所述存储单元连接DSP单元并接收控制系统的读取和存入请求，所述控制系统将n时刻及之前时刻的外部输入信号存入存储单元，同时控制存储单元将数据发送至DSP单元进行n时刻当前级联系统输出数据计算，所述DSP单元将计算结果返回给控制系统，由控制系统判断是否为n时刻滤波信号输出，如果n时刻当前级联系统输出数据为n时刻滤波信号输出则通过存储单元控制DSP单元输出n时刻滤波信号，否则将n时刻当前级联系统输出数据存入存储单元并再次控制存储单元发送数据至DSP单元进行n时刻下级级联系统输出数据计算，直至当前级联系统为最后一级；所述控制系统通过对存储单元进行多次读取和存入操作，并控制DSP单元进行相应计算，从而依次完成n时刻之后时刻的整个时域内的连续滤波信号输出；所述存储单元包括分别存储量化后的每级零点和极点系数、双端RAM读写地址以及输入数据和每一级级联系统输出数据的双端RAM、双端ROM、滤波器系数ROM；所述控制系统分别与双端ROM、双端RAM和滤波器系数ROM连接；在DSP单元每次进行n时刻当前级联系统输出数据计算时，控制系统还需读取存储单元中存储的当前级联系统之前时刻输出数据并发送至DSP单元，当n时刻为初始时刻，控制系统将每级级联系统输出数据存入存储单元，并作为之后时刻的每级级联系统的输出数据参照。

2.根据权利要求1所述的一种分布式故障监测装置IIR滤波系统，其特征在于，所述n时刻及之前时刻的外部输入信号为滤波系统在n时刻得到的输入数据x(n)和之前时刻的延时数据x(n-1)和x(n-2)。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种分布式故障监测装置IIR滤波系统的滤波设计方法，其特征在于，所述IIR滤波设计方法包括以下步骤：

S1：计算滤波器多级级联系统的每级零点和极点系数；

S2：建立滤波器系数ROM表、双端ROM表和双端RAM表并分别存储量化后的每级零点和极点系数、双端RAM读写地址以及输入数据和每一级级联系统输出数据；

S3：读取双端RAM表中n时刻和之前时刻存入的上级级联系统输出数据以及之前时刻当前级联系统输出数据；

S4：读取滤波器系数ROM表中当前级联系统零极点系数和滤波器系数；

S5：将每次从双端RAM表和滤波器系数ROM表中读出的数据送入DSP单元进行计算，得到n时刻当前级联系统输出数据；所述步骤S5中计算当前级联系统输出数据的方法如下：

(1)若当前级联系统为第一级联系统，则根据第一级零点系统Q₁和第一级极点系统P₁计算当前级联系统输出数据y₁(n)，其中：第一级零点系统计算公式、第一级极点系统计算公式和第一级级联系统输出数据计算公式如下：

Q₁＝b₀₀x(n)+b₀₁x(n-1)+b₀₂x(n-2)

P₁＝a₀₁y₁(n-1)+a₀₂y₁(n-2)

y₁(n)＝(Q₁+P₁)/R；

所述R为量化比例，x(n)是当前时刻输入数据；b₀₀、b₀₁、b₀₂为第一级级联结构零点系统系数；a₀₁、a₀₂为第一级级联结构极点系统系数；

(2)若当前级联系统为第二级联系统，则根据Q₂和P₂计算当前级联系统输出数据y₂(n)，其中：

Q₂＝b₁₀y₁(n)+b₁₁y₁(n-1)+b₁₂y₁(n-2)

P₂＝a₁₁y₂(n-1)+a₁₂y₂(n-2)

y₂(n)＝(Q₂+P₂)/R；

所述Q₂为第二级零点系统，P₂为第二级极点系统，b₁₀、b₁₁、b₁₂为第二级级联结构零点系统系数；a₁₁、a₁₂为第二级级联结构极点系统系数；

(3)若当前级联系统为第三级联系统，则根据Q₃和P₃计算当前级联系统输出数据y₃(n)，其中：

Q₃＝b₂₀y₂(n)+b₂₁y₂(n-1)+b₂₂y₂(n-2)

P₃＝a₂₁y₃(n-1)+a₂₂y₃(n-2)

y₃(n)＝(Q₃+P₃)/R

所述Q₃为第三级零点系统，P₃为第三级极点系统，b₂₀、b₂₁、b₂₂为第三级级联结构零点系统系数；a₂₁、a₂₂为第二级级联结构极点系统系数；

(4)若当前级联系统为第N级级联系统，所述N的值大于3且小于M时，则根据Q_N和P_N计算当前级联系统输出数据y_N(n)，其中：

Q_N＝b_N0y_N-1(n)+b_N1y_N-1(n-1)+b_N2y_N-1(n-2)

P_N＝a_N1y_N(n-1)+a_N2y_N(n-2)

y_N(n)＝(Q_N+P_N)/R

所述Q_N为第N级零点系统，P_N为第N级极点系统，b_N0、b_N1、b_N2为第N级级联结构零点系统系数；a_N1、a_N2为第N级级联结构极点系统系数；当N级级联系统为最后一级，即k＝M时，将N级级联系统输出数据y_N(n)作为系统滤波输出，并记为y(n)；

S6：将n时刻当前级联系统输出数据写入双端RAM表指定地址空间，并进入下级级联系统，重复步骤S3至步骤S5；

S7：在最后一级级联系统的当前级联系统输出数据后，将其做为n时刻滤波输出，记为y(n)。