汇川ST语言编写滤波器2

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五、ST代码实现

1. 基于AM600的ST代码

1）滤波器实现原理

变量定义：

使用LREAL类型定义变量：

<semantics><mrow><mi>a</mi><mo>=</mo><mn>33.9742</mn></mrow><annotation encoding="application/x-tex"></annotation></semantics>，b<mo>=</mo><mo>−</mo><mn>79.6061</mn><annotation encoding="application/x-tex">，c<mo>=</mo><mn>46.6318</mn></annotation><annotation encoding="application/x-tex">

</annotation>

中间变量：xin（输入），yout（输出），yk（

<semantics><mrow><msub><mi>y</mi><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><annotation encoding="application/x-tex"></annotation></semantics>），ykk（y<msub><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>2</mn></mrow></msub><annotation encoding="application/x-tex">），xk（x<msub><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub></annotation><annotation encoding="application/x-tex"></annotation><annotation encoding="application/x-tex">），xkk（x<msub><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>2</mn></mrow></msub></annotation><annotation encoding="application/x-tex">）</annotation>

核心算法：

差分方程实现：

<semantics><mrow><mi>y</mi><mi>o</mi><mi>u</mi><mi>t</mi><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>x</mi><mi>k</mi><mi>k</mi><mo>−</mo><mi>a</mi><mo>⋅</mo><mi>y</mi><mi>k</mi><mi>k</mi><mo>−</mo><mi>b</mi><mo>⋅</mo><mi>y</mi><mi>k</mi><mo stretchy="false">)</mo><mi mathvariant="normal">/</mi><mi>c</mi></mrow><annotation encoding="application/x-tex"></annotation></semantics>

移位寄存器更新：

<semantics><mrow><mi>x</mi><mi>k</mi><mi>k</mi><mo>←</mo><mi>x</mi><mi>k</mi></mrow><annotation encoding="application/x-tex"></annotation></semantics>，x<mi>k</mi><mo>←</mo><mi>x</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><annotation encoding="application/x-tex">，ykk←yk，y<mrow><mi>k</mi><mo>←</mo><mi>y</mi><mi>o</mi><mi>u</mi><mi>t</mi></mrow><annotation encoding="application/x-tex">

</annotation></annotation>

仿真信号生成：

混合信号：

<semantics><mrow><mi>x</mi><mi>i</mi><mi>n</mi><mo>=</mo><mi>cos</mi><mo>⁡</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mn>10</mn><mo>⋅</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mi>cos</mi><mo>⁡</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mo>⋅</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><annotation encoding="application/x-tex"></annotation></semantics>

时间步进：t=t+0.001（对应1ms任务周期）

2）参数配置与效果验证

参数调整：

1Hz截止频率参数：

<semantics><mrow><mi>a</mi><mo>=</mo><mn>10283.3</mn></mrow><annotation encoding="application/x-tex"></annotation></semantics>，

<semantics><mrow><mi>b</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mn>20779.4</mn></mrow><annotation encoding="application/x-tex"></annotation></semantics>，

<semantics><mrow><mi>c</mi><mo>=</mo><mn>10492.2</mn></mrow><annotation encoding="application/x-tex"></annotation></semantics>

可有效滤除100Hz信号，保留10Hz信号

阶跃响应测试：

5秒前输入=5，5秒后输入=10

通过条件语句实现：IF t>5 THEN xin:=10 END_IF

验证滤波器对指令信号的平滑处理能力

3）仿真调试方法

仿真设置：

必须将MainTask周期设置为1ms

在线菜单中选择仿真模式

波形跟踪：

添加需要观察的变量

设置跟踪分辨率与任务周期匹配

启动跟踪后下载运行程序

添加trace功能监视变量（如xin和yout）

配置步骤：

调试观察：

通过波形验证滤波器效果

可实时调整参数观察响应变化

六、知识小结

知识点	核心内容	重点/易混淆点
软件滤波方法	限幅滤波、中位值滤波、算术平均滤波、递推平均滤波、中位值平均滤波、限幅平均滤波、一阶滞后滤波、加权递推平均滤波、消抖滤波、限幅消抖滤波	限幅滤波（克服脉冲干扰，不适用周期性干扰） vs  中位值滤波（适用于缓慢变化信号，不适用快速变化信号）
无过冲低通滤波器设计	基于二阶惯性环节串联，传递函数推导及截止频率计算	截止频率公式：fc = 1/(2πT√2)，需注意采样周期与时间常数的关系
S域到Z域变换方法	定义法、简单替换法（采样时间远小于系统时间常数时适用）、双线性变换法	简单替换法：s ≈ (1 - z⁻¹)/T，需验证采样时间条件
差分方程实现	通过Z变换传递函数整理为差分方程形式：yk = (b·yk-1 + c·xk - a·yk-2)/a	参数计算：ABC系数需根据截止频率和采样周期精确计算
PLC代码实现与仿真	ST语言实现滤波器逻辑，信号生成（混合频率输入）、波形跟踪调试	关键代码：移位寄存器更新、差分方程计算、仿真参数配置（如任务周期1ms）
滤波器效果验证	输入信号（10Hz+100Hz混合）经不同截止频率（15Hz/1Hz）滤波后输出对比	截止频率选择：1Hz时100Hz成分几乎完全滤除，但响应速度降低

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