一种基于分数傅立叶变换的有源电力滤波器实现-论文.pdf

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1、第13卷第2期软件导刊V_01．13NO．22014年2月SoftwareGuideFeb．2O14一种基于分数傅立叶变换的有源电力滤波器实现杨威(武汉软件工程职业学院计算机与软件学院，湖北武汉430000)摘要：“德坤泰线上用户情报收集系统”项目由香港德坤泰印书馆设立并提供支持，其主要目的在于实现以分数傅立叶变换为基础的高精度、高效率的滤波器。详细介绍了分数傅立叶滤波原理、滤波器数学模型建立、滤波器工作原理及设计方法，然后用MATLAB进行计算机模拟，结果表明效果良好，最后采用双DSP有源方式加以实现。关键词：分数傅立叶变换

2、；滤波器；双DSP；有源供电中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1672—7800(2014)002—0024—03可以设滤波器函数为：0引言。(￡)一X：{x[z()]H())(1)上述做法的原理是使用FRFT将输入信号在预先定有关使用傅立叶转换进行滤波的研究自该研究领域好的阶数上进行转换，然后检查信号和白噪音的关联状态被创立以来就一直没有间断过。单独对时域或频域的滤再进行滤波。显然，这种做法可以有效地滤除与有用信号波工作目前也已经有了统一的方法，即分数傅立叶变换没有交集的白噪音，例如图2的这种情况就很适合用式(F

3、ractionalFourierTransform，FRFT)。广义来看，分数(1)来处理。傅立叶变换就是做傅立叶变换a次(当然，目前人类应用》的范围很有限)_1]，在应用物理和信号处理领域具有极高的研究价值。最重要的应用就在于将单一时域或频域的傅立叶滤波器推广到连续分数傅立叶域，用以进行多重滤波，这在当前以电子信息载体为主流的社会具有非常重要rto的实际应用价值。笔者带领的项目组就实现了一种以FRFT为基础的有源滤波器。图l建立坐标系并划定截止线1FRFT滤波器数学原理-，-构建这个滤波器的最终目的就是滤除白噪音。在宇～一宙

4、中自噪音无处不在，而我们希望得到的是一个纯净的信-＼．号。显然这里的“纯净”只是理论情况，现实中只能尽量逼＼一口signa1近它。一定会有这么一种情况：由于白噪音是由相对信号圈whiten。ise图2与有用信号没有交集的白噪音阶数更高的指数函数组成的，因此单从时域或频域出发无需要说明的是，对“和的取值进行设置就能调整截法将白噪音和所需信号分离。这时，FRFT就派上用场止线的位置及方向。了。以时域为横轴，频域为纵轴建立直角坐标系，并设时2FRFT滤波器模型建立域和频域上的截止线分别为￡一t。和-厂=fo可得图1。根据FRFT的定

5、义：r。。2．1滤波参数选取x(“)一~／1一jcotq~·eJc0‘Iej2xcscP(f)dt从物理应用角度来看，所谓分数傅立叶变换实际上就基金项目：香港德坤泰印书馆资助项目(HR—Bs一0302)；武汉市市属重点高等学校科学研究项目(2010024)作者简介：杨威(1981一)，男，硕士，武汉软件工程职业学院讲师，研究方向为情报学、计算机病毒、信息安全、密码学。·26·软件导刊2O14年而且能提供高级技术计算语言和交互式环境。MATLAB端口，十分适于并联型有源电力滤波器的双DSP控制电包含大量计算算法，拥有600多个工

6、程中要用到的数学运路系统。本滤波器采用TMS320F240作为数字化控制系算函数，其中就有傅立叶变换这类复杂函数。统的核心]。而TMS320C32也是一种高速DSP芯片，验证模拟中使用的是标准余弦波，干扰波为随机函具有丰富的片内编程资源和高速的浮点运算速度。两个数，二者叠加后的输出波形如图5所示。高速DSP芯片在可编程逻辑器CPID的协调下，通过双端口RAM完成公用数据交换，并行工作，效率非常高。此外，系统采用8位普通EPROM作为程序存储器，以降低成本(其实程序不大的情况下作为程序存储器并非系统瓶颈，无需采用昂贵的高速存储器

7、)，但使用32位的SRAM，保证了数据处理速度。05．2软件部分图5过滤前波形和理想波形软件部分主要由主控程序和分数傅立叶子程序以及其中，以◆形点组成的是理想状态的余弦波，以离散逆分数傅立叶子程序组成。TMS320F240负责控制采样形出现，方便对比；细线波形为添加干扰波之后的波形，在数据输入，并以有符号整型存于内存中]，TMS320C32则没有过滤前信号严重失真。使用二级SFFU串联的将这些数据转换为浮点型，再进一步加工。MUFF过滤之后的波形见图6，已十分接近理想信号。为了便于比较，图6较图5等比例放大了1．2倍，可以较清

8、6结语楚地看到实际波形并非标准的余弦波，而是一种近似。两次滤波后得到的SD值分别为2．66和1．96，效果良好。实际样机采用5级过滤，经检验，其具有精度高、速度快的优点，缺点是为了配合双DSP结构采用了有源供电，不适合外勤作业，但作为有特殊需求部门的室内用设备是非常称职的。本