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数字滤波器设计一般套路

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破天星
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LV4
初级工程师
  • 2020-8-28 22:05:19
前言
      刚毕业那会儿,自己还是个弱鸡,领导安排任务写一个低通滤波函数对功率计算值进行处理,自己写完函数后并不知滤波器对各频率信号的衰减程度和相位影响。我想很多刚踏出校门的年轻工程师对此可能也有疑惑,所以第一篇文章就写了滤波器。
正文
      第一步:根据物理模型求出传递函数,根据传递函数的波特图评估滤波器性能
      以一阶低通RC滤波器为例,根据物理电路模型的电阻值、电容值,很容易推动出滤波器的传递函数。对于一阶RC低通滤波器有几个特性。截止频率点代表该频率处的幅值下降到-3db(对应的时域增益为1/sqrt(2)),也是一阶低通滤波器的带宽。10倍截止频率处,幅值下降到-20db;100倍截止频率处,幅值下降到-40db,以-20db/十倍频程速率下降。从波特图看出,频率信号经过滤波器后,相位产生了延迟,而且频率越大相位延迟越大,频率无穷大时相位延迟趋近90度。
幻灯片3.JPG
幻灯片4.JPG

      第二步:已知典型滤波器的传递函数去设计数字滤波器。
      根据干扰信号幅值和频率,本着有用信号的幅值和相位不受滤波器影响,干扰信号被衰减掉,合理的选择滤波器类型和滤波器参数。以一阶低通滤波器为例,设定典型一阶低通滤波器的截止频率,分析其频率响应,是否达到设计要求。然后通过离散方法,这里采用双线性变换,将s域传递函数离散得到z域传递函数,再化简得到差分方程,有了差分方程,就可以写出滤波器函数。

幻灯片5.JPG

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          第三步:编码仿真验证
          在Matlab/Simulink中建立仿真模型,进行验证

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小结:
    本文内容讲述了时域、频域和离散域之间关系,连续系统函数怎么到离散系统函数,通过此方法可将传递函数变成MCU执行的代码,也可以用于控制器的设计。在设计滤波器或者控制器的时候,一定要把函数跟实际的物理模型联系起来,可加深理解,一切复杂的滤波器或者传递函数都是由基本单元组合而来,每个基本单元都有着对应的物理模型。




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mypower21DY
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LV10
总工程师
  • 2020-8-28 22:36:43
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很好,值得收藏!      
破天星
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LV4
初级工程师
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