基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计与仿真分析.pdf

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1、基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计与仿真分析刘兴，张鹤（中国舰船研究设计中心，武汉430064）摘要：随着数字信号处理技术和计算机控制技术的发展，数字滤波器在信号处理中得到广泛的应用。本文在MATLAB环境下，编程设计了巴特沃斯低通滤波器，滤除了给定信号的3次及以上的谐波。文中对4阶、6阶、8阶巴特沃斯低通滤波器的效果进行了对比分析，对滤波前后的信号进行了FFT分析，仿真结果表明，本文的设计满足要求。关键词：MATLAB仿真；数字滤波器；巴特沃斯低通滤波器中图分类号：TN713文献标志码：ADOI：10.16443/j.cnki.31-1420.2015.05.016Designan

2、dSimulatingAnalysisofMATLABBasedIIRDigitalFilterLIUXing,ZHANGHe(ShipResearchandDesignCenterofChina,Wuhan430064,China)Abstract:Withthedevelopmentofdigitalsignalprocessingandcontroltechnology,digitalfilterhasbeenwidelyusedinsignalprocessing.Inthispaper,aButterworthlow-passfilter,whichcanfilterouthig

3、h-orderharmonicofthegivensignal,isdesignedbasedonMATLAB.Thefilteringresultof4order,6orderand8orderButterworthlow-passfilteriscomparedandanalyzedwithFFTanalysisonthesignalbeforeandafterbeingfiltered.Thedesignmethodisvalidatedbysimulation.Keywords:MATLABsimulation;digitalfilter;Butterworthlow-passfi

4、lter0引言理技术、计算机技术等技术的发展，数字滤波器已在随着分布式发电与智能电网的发展，电力电子装信号处理上得到广泛应用。置将被广泛应用于现代电力系统中，由于其非线性特数字滤波器具有传输选择特性的数字信号处理方性，电力电子装置的谐波电流和谐波电压将对公用电式，输人和输出信号均为数字信号，其实质是一个利网造成污染。因此，分析电网中的谐波分布就显得尤用有限精度算法实现线性时不变的离散系统。数字滤为重要。谐波分析实质上就是将信号分解为一系列频波器基本原理是利用离散系统的特性对输入信号进行率的信号的叠加，在分析设计中，总是希望滤除无用加工或变换，从而改变输入信号的频谱或波形，让所的频率分量，保

5、留所需的频率分量，这个过程即是滤需频率信号分量通过，并抑制无用信号分量输出。数除谐波。滤除谐波需要使用滤波器，随着数字信号处字滤波器与模拟滤波器具有相同的滤波特质，基于频作者简介：刘兴（1980-），男，工程师。研究方向：船舶电气自动化。2015/5机电设备68AcademicResearch技术交流j0率响应特性，其可分为低通、高通、带通、带阻等不He()α=×20lg（dB）（3）sjω同类型。此外，除了具有数字信号处理的优点外，数He()s字滤波器还具有滤波精度高、稳定性好、灵活性强等j0如将

6、H(e)

7、归一化为1，式（2）、式（3）则表示优点。其按照单位脉冲响应特性，可分为无限长单

8、位成：脉冲响应滤波器(IIR)以及有限长单位脉冲响应滤波器jωpα=−×20lgHe()（dB）（4）p(FIR)。本文利用MATLAB，设计了满足设计要求的低α=−×20lgHe(jωs)（dB）（5）通IIR数字滤波器。s当幅值衰减到2/2倍时，其对应频率ω为ωC，1数字滤波器设计此时αP=3（dB），称ωC为截止频率。1.1数字滤波器的技术指标1.2IIR数字滤波器设计要设计出合理的数字滤波器，必须了解数字滤波IIR数字滤波器设计方法一般可分为两大类：器的各项指标。1）设计出满足要求的模拟滤波器(AF)传递函数jw1）数字滤波器的传输函数H(e)Ha(s)，并将Ha(s)转换成数字滤

9、波器(DF)的传递函数jjωωωjΩ()He()()=Hee（1）H(z)，见图2。jw式中，

10、H(e)

11、为系统幅频响应特性，反映信号通过2）直接借助计算机辅助设计来求取满足要求的数滤波器后不同频率分量的衰减情况；Q(ω)为系统相频字滤波器的传递函数。响应特性，反映信号通过滤波器后不同频率分量在时其中将传输函数由模拟域变到数字域通常有两种间上的延时情况。方法：脉冲响应不变法和双线性变换法。jw2）幅频特性

12、H(e)

13、的指