45051.htm

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<P>magnitude specifications选项，可以定义幅值衰减的情况。例如设计带通滤波器时，可以定义wstop1（频率fstop1处的幅值衰减）、wpass（通带范围内的幅值衰减）、wstop2（频率fstop2处的幅值衰减）。当采用窗函数设计时，通带截止频率处的幅值衰减固定为6db，所以不必定义。</P>
<P>window specifications选项，当选取采用窗函数设计时，该选项可定义，它包含了各种窗函数。</P>
<P><STRONG>2.1.2</STRONG><STRONG>&nbsp;&nbsp;</STRONG><STRONG>带通滤波器设计实例</STRONG></P>
<P>本文将以一个fir 滤波器的设计为例来说明如何使用matlab设计数字滤波器：在小电流接地系统中注入83.3hz的正弦信号，对其进行跟踪分析，要求设计一带通数字滤波器，滤除工频及整次谐波，以便在非常复杂的信号中分离出该注入信号。参数要求：96阶fir数字滤波器，采样频率1000hz，采用hamming窗函数设计。</P>
<P>本例中，首先在filter type中选择bandpass（带通滤波器）；在design method选项中选择fir window（fir滤波器窗函数法），接着在window specifications选项中选取hamming；指定filter order项中的specify order＝95；由于采用窗函数法设计，只要给出通带下限截止频率fc1和通带上限截止频率fc2，选取fc1＝70hz，fc2＝84hz。设置完以后点击design filter即可得到所设计的fir滤波器。通过菜单选项analysis可以在特性区看到所设计滤波器的幅频响应、相频响应、零极点配置和滤波器系数等各种特性。设计完成后将结果保存为1.fda文件。</P>
<P>在设计过程中，可以对比滤波器幅频相频特性和设计要求，随时调整参数和滤波器类型，</P>
<P>以便得到最佳效果。其它类型的fir滤波器和iir滤波器也都可以使用fdatool来设计。</P>
<P align=center><IMG height=253 src="http://www.zlunwen.com/downimg/2007-08-25/10-27-43-765.jpg" width=297></P>
<P align=center><IMG height=254 src="http://www.zlunwen.com/downimg/2007-08-25/10-27-44-593.gif" width=292></P>
<P align=center>图1 滤波器幅频和相频响应（特性区）</P>
<P align=center>fig.1 magnitude response and phase response of the filter</P>
<P><STRONG>2.2 </STRONG><STRONG>程序设计法</STRONG></P>
<P>在matlab中，对各种滤波器的设计都有相应的计算振幅响应的函数【3】，可以用来做滤波器的程序设计。</P>
<P>上例的带通滤波器可以用程序设计：</P>
<P>c=95;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ％定义滤波器阶数96阶</P>
<P>w1=2*pi*fc1/fs;</P>
<P>w2=2*pi*fc2/fs;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; %参数转换，将模拟滤波器的技术指标转换为数字滤波器的技术指标</P>
<P>window=hamming(c+1);&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; %使用hamming窗函数</P>
<P>h=fir1(c,[w1/pi w2/pi],window);&nbsp;&nbsp; ％使用标准响应的加窗设计函数fir1</P>
<P>freqz(h,1,512);&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ％数字滤波器频率响应</P>
<P>在matlab环境下运行该程序即可得到滤波器幅频相频响应曲线和滤波器系数h。篇幅所限，这里不再将源程序详细列出。</P>
<P><STRONG>3&nbsp;&nbsp;&nbsp; simulink</STRONG><STRONG>仿真</STRONG></P>
<P>本文通过调用simulink中的功能模块构成数字滤波器的仿真框图，在仿真过程中，可以双击各功能模块，随时改变参数，获得不同状态下的仿真结果。例如构造以基波为主的原始信号<SUB><IMG height=21 src="http://www.zlunwen.com/downimg/2007-08-25/10-27-45-125.gif" width=29></SUB>，<SUB><IMG height=21 src="http://www.zlunwen.com/downimg/2007-08-25/10-27-45-671.gif" width=332></SUB>，通过simulink环境下的digital filter design（数字滤波器设计）模块导入2.1.2中fdatool所设计的滤波器文件1.fda。仿真图和滤波效果图如图2所示。</P>
<P align=center><IMG height=203 src="http://www.zlunwen.com/downimg/2007-08-25/10-27-46-109.gif" width=276></P>
<P align=center><IMG height=229 src="http://www.zlunwen.com/downimg/2007-08-25/10-27-46-640.gif" width=243>&nbsp;&nbsp;<IMG height=229 src="http://www.zlunwen.com/downimg/2007-08-25/10-27-47-343.gif" width=233></P>
<P align=center>图2 simulink仿真图及滤波效果图</P>
<P align=center>fig.2 simulated connections and waveform</P>
<P>可以看到经过离散采样、数字滤波后分离出了83.3hz的频率分量（scope1）。之所以选取上面的叠加信号<SUB><IMG height=21 src="http://www.zlunwen.com/downimg/2007-08-25/10-27-45-125.gif" width=29></SUB>作为原始信号，是由于在实际工作中是要对已经经过差分滤波的信号进一步做带通滤波，信号的各分量基本同<SUB><IMG height=21 src="http://www.zlunwen.com/downimg/2007-08-25/10-27-45-125.gif" width=29></SUB>一致，可以反映实际的情况。本例设计的滤波器已在实际工作中应用，取得了不错的效果。</P>
<P><STRONG>4&nbsp;&nbsp;&nbsp;</STRONG><STRONG>结论</STRONG></P>
<P>利用matlab的强大运算功能，基于matlab信号处理工具箱（signal processing toolbox）的数字滤波器设计法可以快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器，设计方便、快捷，极大的减轻了工作量。在设计过程中可以对比滤波器特性，随时更改参数，以达到滤波器设计的最优化。利用matlab设计数字滤波器在电力系统二次信号处理软件和微机保护中，有着广泛的应用前景。</P></SPAN></TD></TR></TBODY></TABLE></DIV>
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