【免费下载】基于脉冲响应不变法设计切比雪夫II型IIR数字低通滤波器

【免费下载】基于脉冲响应不变法设计切⽐雪夫II型IIR数字低通滤波器
课程设计
课程设计名称：基于脉冲响应不变法设计切⽐雪夫II 型IIR 数字低通滤波器专业班级：电⼦信息⼯程学⽣姓名：学号：
指导教师：课程设计时间： 2013年6⽉吊顶层⾼中资料试电⽓正常⼯组在进⼩故
数字信号处理专业课程设计任务书学⽣姓名星空专业班级学号题⽬基于脉冲响应不变法设计Chebyshev-II 型IIR 数字低通滤波器
课题性质课题来源⾃拟课题指导教师同组姓名主要内容设计⼀个具有如下性能指标的Elliptic 型IIR 数字低通滤波器：
=0.25，=0.4，=0.01，=0.001；分析最后设计结果性
p ωπs ωπp δs δ能。

任务要求 1.掌握脉冲响应不变法设计数字滤波器的基本流程；2.掌握Elliptic 型模拟低通原型滤波器；3.求出所设计滤波器的传输函数；4.绘制所设计滤波器的幅频特性图。

参考⽂献[1].胡⼴书. 数字信号处理—理论、算法与实现[M]. 北京: 清华⼤学出版社, 1997.[2]. R. Lyons. Understanding Digital Signal Processing [M]. 2nd ed. Prentice Hall [3]. A.V.奥本海姆, R.W.谢弗 and J.R.巴克. 离散时间信号处理[M]. 第⼆版. 西安交通⼤学出版社, 2001.PTR., 2004.[4]. S. K. Mitra. Digital Signal Processing: A Computer-Based Approach[M]. 3rd ed. McGraw-Hill, 2005.审查意见指导教师签字：教研室主任签字：年⽉⽇
说明：本表由指导教师填写，由教研室主任审核后下达给选题学⽣，装订在设计（论⽂）⾸页、管路敷设技术通过管线敷设技术，不仅可以解决吊顶层配置不规范问题，⽽且可保障各类管路习题到位。

在管路敷设过程中，要加强看护关于管路⾼中资料试卷连接管⼝处理⾼中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标⾼等，要求技术交底。

管线敷设技术中包含线槽、管架等多项⽅式，为解决⾼中语⽂电⽓课件中管壁薄、接⼝不严等问题，合理利⽤管线敷设技术。

线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采⽤⾦属隔板进⾏隔开处理；同⼀线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进⾏检查和检测处理。

、电⽓课件中调试对全部⾼中资料试卷电⽓设备，在安装过程中以及安装结束后进⾏⾼中资料试卷调整试验；通电检查所有设备⾼中资料试卷相互作⽤与相互关系，根据⽣产⼯艺⾼中资料试卷要求，对电⽓设备进⾏空载与带负荷下⾼中资料试卷调控试验；对设备进⾏调整使其在正常⼯况下与过度⼯作下都可以正常⼯作；对于继电保护进⾏整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置⾼中资料试卷调试⽅案，编写重要设备⾼中资料试卷试验⽅案以及系统启动⽅案；对整套启动过程中⾼中资料试卷电⽓设备进⾏调试⼯作并且进⾏过关运⾏⾼中资料试卷技术指导。

对于调试过程中⾼中资料试卷技术问题，作为调试⼈员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造⼚家出具⾼中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备⾼中资料试卷布置情况与有关⾼中资料试卷电⽓系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试⾼中资料试卷⽅案。

、电⽓设备调试⾼中资料试卷技术电⼒保护装置调试技术，电⼒保护⾼中资料试卷配置技术是指机组在进⾏继电保护⾼中资料试卷总体配置时，需要在最⼤限度内来确保机组⾼中资料试卷安全，并且尽可能地缩⼩故障⾼中资料试卷破坏范围，或者对某些异常⾼中资料试卷⼯况进⾏⾃动处理，尤其要避免错误⾼中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要⾼中资料试卷突然停机。

因此，电⼒⾼中资料试卷保护装置调试技术，要求电⼒保护装置做到准确灵活。

对于差动保护装置⾼中资料试卷调试技术是指发电机⼀变压器组在发⽣内部故障时，需要进⾏外部电源⾼中资料试卷切除从⽽采⽤⾼中资料试卷主要保护装置。

1 需求分析切⽐雪夫数字(Chbyshev)滤波器的振幅特性具有等波纹特性，低通滤波器振幅特性在通带内是单调的、在阻带内是等波纹的。

阻带内具有等波纹的欺负特性，⽽在通带内是单调的、平滑的，阶数越⾼，频率特性曲线越接近矩形，传输函数既有极点⼜有零点。

本设计要求切⽐雪夫II 型的数字滤波器所需的四个参数分别是归⼀化的通带截⽌频率=0.25，阻带截⽌频率=0.4，通p ωπs ωπ带误差容限=0.01，通带误差容限=0.001；由此得到对应的模拟原型低通p δs δ滤波器的各个主要参数为
Wp=0.25*pi/Ts; Ws=0.4*pi/Ts; Rp=20*log10(1/0.99); Rs=20*log10(1/0.001); 2 概要设计本设计采⽤经典设计法设计IIR 数字低通滤波器,就是先根据技术指标设计出来相应的模拟滤波器，然后把设计好的模拟滤波器通过脉冲响应不变法转换成IIR 数字滤波器，它能很好地重现的原型模拟滤波器频率特性。

基本实现流程如下图所⽰图2.1Chebyshev-II 型IIR 数字低通滤波器设计流程图
3 运⾏环境
操作系统：Windows 7 软件：MATLAB
4 开发⼯具和编程语⾔
MATLAB 和MATLAB 编程语⾔
5 详细设计
数字滤波器采⽤经典低通滤波器作为连续域上的设计模型，通过频域变换
得到IIR 数字滤波器，最后还要进⾏离散化处理。

⽤MATLAB 提供的低通模拟滤波器原型函数cheb2ap 频域变换函数包括
lp2lp ；离散化处理函数impinvar 。

(1)确定数字低通滤波器的技术指标：通带截⽌频率、阻带截⽌频率、通带最⼩衰减和阻带最⼩衰减。

=0.25，=0.4，=0.01，=0.001；p ωπs ωπp δs δ(2)将数字滤波器的技术指标转换成模拟低通滤波器的技术指标(Ts=0.01)。

Wp=0.25*pi/Ts; %计算模拟通带截⽌频率 Ws=0.4*pi/Ts; %计算模拟阻带截⽌频率 Rp=20*log10(1/0.99); %设置峰值通带波纹Rs=20*log10(1/0.001); %设置最⼩阻带衰减(3)按照模拟低通滤波器的技术指标设计模拟低通滤波器
[N,Wn]=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); %确定模拟滤波器传输函数最低阶数N [z,p,k] =cheb2ap(N,Rs); %设计切⽐雪夫II 型模拟滤波器[b,a]=zp2tf(z,p,k); %将零点极点增益形式转换为传输函数形式(4)按频率变换设计模拟滤波器[bt,at]=lp2lp(b,a,Wn); %实现低通模拟原型滤波器⾄低通滤波器的频率转换
(5)⽤脉冲响应不变法模拟离散化,+将模拟滤波器传输函数转换为数字滤波器传输函数。

[num,den]=impinvar(bt,at,fs);%脉冲响应不变法得到数字滤波器的传输函数 6 调试分析
第⼀次设计滤波器时直接由[N,Wn]=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); 再利⽤cheby2(N,Rs,Wn)⽣成数字低通滤波器，⽽且绘出的幅频相应也满⾜
要求。

但是，经过检查发现这种⽅法是完全设计法，就是利⽤MATLAB设计⼯具箱中提供的完全⼯具函数直接⽣成数字低通滤波器，并不符合课程设计的要求，也没有⽤到脉冲响应不变法。

然后我查阅了MATLAB设计低通滤波器的相关书籍后，列出了低通滤波器的设计流程图，才使⾃⼰设计过程清晰明了起来。

7 测试结果
[h,W]=freqs(b,a);
[H,w]=freqz(num,den);
(1)plot(W/pi,abs(h),'r'); %绘出切⽐雪夫II型模拟低通滤波器的幅频特性曲线
(2)plot(w/pi,abs(H),'r'); %绘出切⽐雪夫II型数字低通滤波器的幅频特性曲线
(3)plot(w/pi,angle(H),'r');%绘出切⽐雪夫II
型数字低通滤波器的相频特性曲线
(4)zplane(num,den); %
参考⽂献
[1] 万永⾰，数字信号处理的MATLAB实现，中国林业出版社，2006.6.25
[2] 陈亚勇，MATLAB信号处理详解. ⼈民邮电出版社，2001.4
[3] 周辉，数字信号处理的MATLAB实现，科学出版社，2006.2
[4] 程佩青，数字信号处理教程，清华⼤学出版社：2012.06.
[5] 胡⼴书，数字信号处理，清华⼤学出版社，2012.10
[6] 刘泉阙⼤顺, 数字信号处理原理与实现. 北京：电⼦⼯业出版社，2007
⼼得体会
本次数字信号处理课程设计过程中，我掌握了设计数字滤波器的思路和⽅法，了解了模拟滤波器的特性，同时锻炼了⾃⼰把课本上的理论知识运⽤到时间中的能⼒培养了科学严谨的态度。

当然，在设计的过程中，不可避免的遇到了很多问题，如刚开始思路⽐较混乱，没有明确的⽅向。

经过参考书籍和⽹上查阅，总结出了模拟原型法的基本步骤。

设计主要是如何将理论计算的模型转换为仿真模型。

因为在理论上，将低通转换成⾼通，⼀般是变换将⾼通频率特征转换成低通原型频率特征；⽽在软件设
计中，是对其传递函数进⾏修改，即变换其z域的表达式，设计初期⼀直不知道如何将其联系起来。

后来发现，其实变换传递函数，也就是变换频率特征，是将变换后的频率代⼊原低通模型，⽽后得到⾼通模型的。

数字滤波器的设计流程有了⼤致的了解，掌握了⼀些设计滤波器的基本⽅法，提⾼了将理论⽤于实际，并通过软件实现相关的函数功能能⼒，最终设计出按⾃⼰要求的滤波器，掌握了更多专业相关的使⽤知识与技能。

其次课程设计使我进⼀步熟悉了计算⼯具软件---MATLAB，并进⼀步掌握了MATLAB的使⽤⽅法.对MATLAB语⾔的发展和特点有了更深的了解，熟悉其⼯作环境，并掌握了MATLAB的基本语法，在其应⽤⽅⾯也有了更深的了解，了解了MATLAB程序书写的⼀般思路及⼀般步骤，学会了⽤MATLAB解决复杂信号处理等问题的⽅法，使我对MATLAB信号处理⼯具箱内的模型函数有了深刻的体会和应⽤。

但更为重要的是，对于解决⼀个问题的思路更加清晰，我找到了属于⾃⼰的⽅法，那就是要善于合理利⽤资源，积极查阅查阅相关书籍，独⽴⾃主，耐⼼细致，虚⼼向别⼈请教。

同时，我也发现了⾃⼰在动⼿实践中很多的不⾜，在以后的学习中，我⼀定会扎实学好基本技能，努⼒实践，不断提⾼⾃⼰的综合能⼒。