计算机控制实验数字滤波器
计算机控制技术实验报告
计算机控制技术实验报告实验一 信号的采样与保持一、实验目的1．熟悉信号的采样和保持过程。
2．学习和掌握香农(采样)定理。
3．学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。
二、实验设备PC 机一台，TD-ACS 实验系统一套，i386EX 系统板一块。
三、实验原理香农（采样）定理：若对于一个具有有限频谱（max ωω<）的连续信号)(t f 进行采样，当采样频率满足max 2ωω≥s 时，则采样函数)(t f *能无失真地恢复到原来的连续信号)(t f 。
m ax ω为信号的最高频率，s ω为采样频率。
四．实验内容1．采样与保持编写程序，实现信号通过 A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到 D/A 转换器输出。
实验线路图如图2-1所示，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。
图2-1 采样保持线路图控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1#定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的“7”号中断，用作采样中断。
正弦波单元的“OUT ”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms ），定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1”端输出相应的模拟信号。
由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。
采样周期T= TK×10ms，TK 的范围为01~ FFH ，通过修改TK 就可以灵活地改变采样周期，后面实验的采样周期设置也是如此。
零阶采样保持程序流程图如图2-2所示。
图2-2 零阶采样保持程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-2编写零阶保持程序，编译、链接。
（2）按照实验线路图2-1接线，检查无误后开启设备电源。
（3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT ”端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT ”端输出幅值为3V ，周期1S 的正弦波。
计算机控制实验二数字滤波
学院：********** 班级：********** 姓名：****** 学号：**********实验二 数字滤波实验项目名称：数字滤波 实验项目性质：普通所属课程名称：计算机控制技术 实验计划学时：2学时一、实验目的1．通过实验熟悉数字滤波器的实现方法； 2．研究滤波器参数的变化对滤波性能的影响。
二、实验内容和要求1．设计一个带尖脉冲（频率可变）干扰信号和正弦信号输入的模拟加法电路； 2．设计并调试一阶数字滤波器； 3．设计并调试高阶数字滤波器。
4、实验原理1）在许多信息处理过程中，如对信号的滤波，检测，预测等都要广泛地用到滤波器。
数字滤波器是数字信号处理中广泛使用的一种线性环节，它从本质上说是将一组输入的数字序列通过一定规则的运算后转变为另一组希望输出的数字序列。
一般可以用两种方法来实现：一种是用数字硬件来实现；另一种是用计算机的软件编程来实现。
一个数字滤波器，它所表达的运算可用差分方程来表示：∑∑==-+-=Ni i N i i i n y b i n x a n y 0)()()(2）一阶数字滤波器及其数字化一阶数字滤波器的传递函数为 11)()()(+==s s X s Y s G F τ（τ=RC ） 利用一阶差分法离散化，可以得到一阶数字滤波器的算法： )1()1()()(--+=k y T k x T k y SSττ其中T S 为采样周期，τ为滤波器的时间常数。
T S 和τ应根据信号的频谱来选择。
3．高阶数字滤波器高阶数字滤波器算法很多，这里只给出一种加权平均算法：)3()2()1()()(4321-+-+-+=K x A K x A K x A K x A K y其中权系数i A 满足：∑==411i iA。
同样，i A 也根据信号的频谱来选择。
三、实验主要仪器设备和材料1．THTJ-1型计算机控制技术实验箱2．THVLW-1型USB数据采集卡一块(含37芯通信线、USB电缆线各1根)3．PC机1台(含上位机软件“THTJ-1”)四、实验方法、步骤及结果测试1、实验接线及准备1.1启动计算机，在桌面双击图标THTJ-1，运行实验软件；1.2打开实验箱“电源总开关”，按图1接线，先将“信号发生器”单元输出端连接到采集卡的“AD1”通道,并选择方波输出。
实验7 窗函数法设计FIR数字滤波器
实验7窗函数法设计FIR数字滤波器一、实验目的掌握窗函数法设计F1R数字滤波器的原理和具体方法二、实验设备与环境计算机、Mat1ab软件环境三、实验基础理论1>基本原理窗函数设计法的基本思想为，首先选择一个适当的理想的滤波器Hd(,3),然后用窗函数截取它的单位脉冲响应％(九)，得到线性相位和因果的FIR滤波器，这种方法的重点是选择一个合适的窗函数和理想滤波器,使设计的滤波器的单位脉冲响应逼近理想滤波器的单位脉冲响应。
2、设计步骤(1)给定理想滤波器的频率响应Hd("3),在通带上具有单位增益和线性相位，在阻带上具有零响应。
一个带宽为g(3c<Tr)的低通滤波器由下式给定h(e j^=(eW∣ω∣≤ωc虱)一1Oωc<∣ω∣<π其中α为采样延迟，其作用是为了得到因果的系统。
(2)确定这个滤波器的单位脉冲响应为了得到一个h(n)长度为N的因果的线性相位FIR滤波器，我们令N-Ia=-2-(3)用窗函数截取hd(τι)得到所设计FIR数字滤波器h(n)h(n)=h d(n)w(n)3、窗函数的选择常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗、凯瑟窗等。
Mat1ab提供了一些函数用于产生窗函数，如下表所示：在设计过程中我们需要根据给定的滤波器技术指标,选择滤波器长度N 和窗函数3(n)°表7.2列出了常用的窗函数的一些特性，可供设计时参考。
其中幻是修正的零阶贝塞尔函数，参数B 控制最小阻带衰减，这种窗函数对于相同的N 可以提供不同的过渡带宽。
由于贝塞尔函数比较更杂，这种窗函数的设计方程很难推导,然而幸运的是，有一些经验设计方程可以直接使用。
已知给定的指标叫Msc,Rp 和4,滤波器长度N 和凯瑟窗参数B 可以按如下凯瑟窗设计方程给出过渡带宽：∆ω=ωst -ωp入一7.95 2.285∆ω_(0.1102(4-8.7) ,P=iθ.5842(4-21)04+0.07886(4-21), 四、实验内容1、设计一个数字低通FIR 滤波器，其技术指标如下ωp =0.2τr,RP=0.25dBωst =0.3τr,A s =50dB分别采用矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗、凯瑟窗设计该滤波器。
数字信号处理实验报告
数字信号处理报告IIR数字滤波器上海理工大学教师：苏湛组员：王世豪徐骞刘新2016.1.4一、实验简介Butterworth 和Chebyshev 低通滤波器方法：1) 根据性能参数，先设计一个模拟滤波器，按照一定的算法转换为满足预定指标的数字滤波器。
利用模拟原型滤波器的逼近算法和特性。
2）计算机辅助设计，从统计概念出发，对所要提取的有用信号从时域进行估计，在统计指标最优的意义下，使得估计值最优逼近有用信号，减弱或消除噪声。
1）Butterworth 低通滤波器 1 幅频特性：21|()|1()a NcH j Ω=Ω+Ω，其中N 为滤波器的阶数，c Ω为通带截止频率。
在Ω=0处，有最大值|(0)|1a H =；2）在通带截止频率c Ω=Ω处，不同阶次的幅频量值都相同，即为|()|0.707|(0)|a a H j H Ω=；3）阶数N 增加时，通带幅频特性变平，阻带衰减更快，逐渐趋近于理想滤波器的幅频特性。
幅频特性通常用衰减函数1020log |()/(0)|a a H j H α=-Ω描述。
分贝（dB ） 2 极点一共有2N 个，并且以圆点为对称中心成对的出现。
21()22k j N k c s eππ-+=Ω k=1,2,…,N系统函数：122()()()()N a c N KH s K s s s s s s ==Ω--- …3 通带衰减函数p α、阻带衰减函数s α 和系统幅频特性20log |()|a H j -Ω的关系：10p 20log |()|a p H j α-Ω≤Ω≤Ω p Ω为通带截止频率 10s 20log |()|a s H j α-Ω≥Ω≥Ω s Ω为阻带截止频率4 阶数N 0.10.11010log [(101)/(101)]2log (/)p s p s N αα----≥ΩΩ5 通带截止频率c Ω 0.10.11/21/2(101)(101)ps psc NNαα--ΩΩΩ==--确定了滤波器的阶数N 和通带截止频率c Ω，就可以求出系统的极点，从而求出系统函数()a H s ，这样就完成了Butterworth 低通滤波器的设计。
计算机控制系统中的数字滤波研究
本 框 图如 图 １ 示 ， 中在 连 续 控 制 系 统 中的 给 定 信 号 、 所 其 比较 器
和 控 制 器 的功 能 用 计 算 机 来 实 现 。
限 幅 滤 波方 法 用 于 因随 机 干 扰 和 误 检 测 或 者 变 送 器 不 稳 定 而 引起 采 样 信 号 严 重 失 真 的 场 合 ， 于 变 化 比 较缓 慢 的输 人 量 ， 对 如 温 度 、 位 等 信 号 的 滤 波 效 果 较 好 。 限 幅 滤 波 算 法 的 思想 是 ： 液 在 两 次 采 样 时 间 间 隔 内 ，认 为 最 大 变 化 量 增 量 ＡＸ的 绝 对 值 总
《 业 控 制 计 算 机 ） ０ ２年 第 ２ 工 ２１ ５卷 第 １ ０期
计算机控制系统中的数字滤波研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｇｉ ｌＦ ｌ ｒ ｏ ｍｐｕｅ ｎｒ ｌＳ ｓｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｄｉ ｔ ｉｅ ｆ Ｃｏ ａ ｔ ｔ ｒ Ｃｏ ｔ ｙ ｔ ｍ ｏ
范秋 风 胡 万 里 秦 长 海
（ 安阳工学院， 河南 安阳 ４ ５ ０ ） ５ ０ ０
摘 要
计 算 机 控 制 系统 中 ， 扰 是 影 响 系 统 可 靠 性 和 稳 定 性 的 主 要 原 因 ， 着数 字 化技 术 的 发 展 ， 字 滤 波 已成 为 处 理 原 始 干 随 数 采 样 信 号 干 抗 的 关键 性技 术 。对 限 幅 滤 波 方 法做 了详 细 的分 析 ， 并针 对 不 同 的 问题 对 通 用 的 限 幅 滤 波 算 法进 行 了相 应 的 改 进 。 最 后 通 过 仿 真 验 证 了改进 算 法 的有 效性 。 关 键 词 ： 算机 控 制 ， 字 滤 波 ， 幅 滤 波 ， 样 信 号 计 数 限 采
数字滤波器实验总结
数字滤波器实验总结数字滤波器实验总结一、引言数字滤波器是在数字信号处理中广泛应用的一种工具，它可以对信号进行滤波，去除噪声或者选择特定频率范围内的信号。
数字滤波器的设计和实现是数字信号处理课程中重要的一部分。
本次实验通过使用Matlab软件，设计并实现了数字滤波器。
二、实验目的1. 了解数字滤波器的基本原理；2. 熟悉数字滤波器的设计与实现。
三、实验流程1. 设计一个低通滤波器并实现其频率响应函数；2. 利用设计好的低通滤波器对输入信号进行滤波；3. 设计一个高通滤波器并实现其频率响应函数；4. 利用设计好的高通滤波器对输入信号进行滤波。
四、实验结果1. 低通滤波器的设计与实现通过设计巴特沃斯低通滤波器，我成功实现了低通滤波器的频率响应函数。
通过调整滤波器的阶数和截止频率，我可以控制滤波器的响应特性。
在实验中，我将截止频率设置为500Hz，滤波器的阶数为4，实现了对输入信号的低通滤波。
实验结果表明，滤波器可以有效地去除高频噪声，得到了一幅清晰的信号。
2. 高通滤波器的设计与实现通过设计巴特沃斯高通滤波器，我成功实现了高通滤波器的频率响应函数。
通过调整滤波器的阶数和截止频率，我可以控制滤波器的响应特性。
在实验中，我将截止频率设置为200Hz，滤波器的阶数为2，实现了对输入信号的高通滤波。
实验结果表明，滤波器可以有效地去除低频噪声，突出了输入信号的高频成分。
五、实验总结通过本次实验，我对数字滤波器的原理、设计和实现有了深刻的了解。
实验中，我成功设计并实现了一个低通滤波器和一个高通滤波器，并对输入信号进行了滤波处理。
通过调整滤波器的参数，我控制了滤波器的频率响应，实现了不同类型的滤波效果。
实验结果表明，数字滤波器可以有效地去除噪声，提取感兴趣的信号成分，具有较好的滤波效果。
然而，在实验过程中也遇到了一些问题。
首先，我对滤波器的阶数和截止频率的选择不够理智，需要进一步学习理论知识，优化滤波器的设计。
其次，Matlab软件的使用也存在一定的困难，需要加强对软件的学习和理解。
数字滤波器原理
数字滤波器原理
数字滤波器是一种利用数字信号处理技术对数字信号进行滤波处理的电子设备或算法。
它的原理是基于信号的时域或频域特性进行滤波操作，通过改变信号的频谱特征，实现对信号中的某些频率成分的增强或抑制。
数字滤波器主要由滤波器系数和滤波器结构两部分组成。
滤波器系数决定了滤波器的频率响应，而滤波器结构则决定了滤波器的实现方式。
常见的数字滤波器结构有有限冲激响应（FIR）滤波器和无限冲激响应（IIR）滤波器。
FIR滤波器是一种线性相位滤波器，它的特点是稳定性好、易
于设计和实现。
FIR滤波器通过滤波器系数的加权和来计算输
出信号，这些系数可以通过窗函数或频率采样等方法进行设计。
FIR滤波器具有零相位特性，不会引入额外的相位延迟。
IIR滤波器是一种非线性相位滤波器，它的特点是具有更窄的
过渡带和更陡峭的滚降特性。
IIR滤波器通过反馈回路来实现，它的输出信号是当前输入信号和过去输出信号的加权和。
IIR
滤波器的设计较为复杂，需要考虑稳定性和振荡等问题。
数字滤波器的设计可以通过滤波器设计软件或者手动计算滤波器系数来完成。
一般的设计流程包括确定滤波器的类型和性能要求、选择滤波器结构、计算滤波器系数、进行模拟和数字滤波器的验证。
数字滤波器在信号处理领域有着广泛的应用。
它可以用于音频
处理、图像处理、无线通信、生物信号处理等各个领域。
通过选择不同类型的数字滤波器和调整滤波器参数，可以实现对信号的去噪、频率选择、频率响应均衡等功能，提高信号质量和提取需要的信息。
实验五数字滤波器实验
实验五数字滤波器实验 The following text is amended on 12 November 2020.实验五数字滤波器实验一、实验目的1.研究数字滤波器对系统稳定性及过渡过程的影响。
2.熟悉和掌握系统过渡过程的测量方法3.掌握数字滤波器的设计方法。
4.了解数字滤波器的通带对系统性能的影响。
二、实验仪器1.EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台。
2.PC计算机一台。
三、实验内容1.需要加入串联超前校正的开环系统电路及传递函数（1）实验电路（2）系统开环传递函数（3）系统闭环结构图（4）数字滤波器的递推公式模拟滤波器的传递函数：（T1S+1）/（T2S+1）2.需加入串联滞后校正系统电路及传递函数（1）实验电路（2）系统开环传递函数（3）系统闭环结构图（4）数字滤波器的递推公式模拟滤波器的传递函数：（T1S+1）/（T2S+1）四、实验步骤1.启动计算机，双击桌面“计算机控制实验”快捷方式，运行软件。
2.测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续，如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
超前校正3.连接被测量典型环节的模拟电路。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两端接在模拟开关上。
检查无误后接通电源。
4.在实验项目的下拉列表中选择实验五[五、数字滤波]，鼠标单击运行按钮，弹出实验课题参数设置对话框，选择超前校正，然后在参数设置对话框中设置相应的实验参数，鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验的结果，并记录超调量和调节时间。
6.连接被测量典型环节的模拟电路。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两端接在模拟开关上。
检查无误后接通电源。
7.在实验项目的下拉列表中选择实验五[五、数字滤波]，鼠标单击运行按钮，弹出实验课题参数设置对话框，选择超前校正，然后在参数设置对话框中设置相应的实验参数，鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验的结果，并记录超调量和调节时间。
数字滤波器工作原理
数字滤波器工作原理数字滤波器是数字信号处理中常用的一种工具，用于对数字信号进行滤波处理，去除噪声、调整信号频率等。
数字滤波器的工作原理可以简单理解为对输入信号进行加权求和的过程，通过设计不同的滤波器结构和参数，实现不同的信号处理效果。
1. 数字滤波器分类数字滤波器主要分为两类：有限冲激响应（FIR）滤波器和无限脉冲响应（IIR）滤波器。
FIR滤波器的输出仅依赖于输入信号的有限历史数据，具有稳定性和线性相位特性；而IIR滤波器的输出不仅取决于输入信号，还受到输出以前的反馈数据的影响，其性能灵活但需要对滤波器的稳定性进行仔细设计。
2. FIR数字滤波器FIR滤波器是一种线性时不变系统，其核心是线性组合和延迟操作。
以一维离散信号为例，FIR滤波器对输入信号进行加权求和，利用滤波器的系数和输入信号的延迟版本进行计算，从而得到输出信号。
FIR滤波器常用于需要精确控制频率响应和相位特性的应用。
3. IIR数字滤波器IIR滤波器采用递归结构，其中输出不仅与当前输入有关，还依赖于过去的输出。
IIR 滤波器的反馈机制可以实现比FIR滤波器更高阶的滤波效果，但也容易引入不稳定性和非线性相位特性。
设计IIR滤波器需要谨慎考虑系统的稳定性和滤波效果的均衡。
4. 数字滤波器设计数字滤波器的设计通常包括滤波器类型选择、频率响应设计和系数计算等步骤。
通过在频域和时域之间进行转换，可以实现对信号的频率选择性滤波。
常见的设计方法包括窗函数法、频率采样法、最小均方误差法等，在设计过程中需要考虑滤波器的性能指标和工程应用需求。
5. 数字滤波器应用数字滤波器在信号处理领域有着广泛的应用，如音频处理、图像处理、通信系统等。
通过合理选择滤波器类型和参数，可以实现信号去噪、信号增强、频率选择等功能。
在实际工程中，工程师们经常根据具体的应用要求设计并优化数字滤波器，以提高系统性能和准确度。
结语数字滤波器作为数字信号处理的重要工具，具有广泛的应用前景和研究价值。
微型计算机控制 第6章 数字滤波技术
6 .1 .7
复合数字滤波
这种滤波方法的原理可由下式表示。 若 X(1)≤X(2)≤…≤X(N), 3≤ N≤14
则
X (2) X (3) X ( N 1) Y (k )
N 2
1 N 1 X (i ) (6-10) N 2 i 2
式(6-10)也称作防脉冲干扰的平均值滤波,它的程序设计方 法读者可根据以前的知识自行设计。 此外，也可采用双重滤波的方法，即把采样值经过低通滤波后， 再经过一次高通滤波，这样，结果更接近理想值，这实际上相 当于多级RC滤波器。
微机控制技术
6．1．8
各种数字滤波性能的比较
以上介绍了七种数字滤波方法，读者可根据需要 设计出更多的数字滤波程序。每种滤波程序都有其各 自的特点，可根据具体的测量参数进行合理的选用。
微机控制技术
6．1．8
各种数字滤波性能的比较
1. 滤波效果 （1）变化比较慢的参数，如温度，用程序判断滤波及 一阶滞后滤波方法。 （2）变化比较快的脉冲参数，如压力、流量等，则可 选择算术平均和加权平均滤波法，特别是加权平均 滤波法更好。 （3）要求比较高的系统，需要用复合滤波法。 （4）在算术平均滤波和加权平均滤波中，其滤波效果 与所选择的采样次数N有关。N越大，则滤波效果越 好，但花费的时间也愈长。 （5）高通及低通滤波程序是比较特殊的滤波程序，使 用时一定要根据其特点选用。
C
i0
n 1
i
1
微机控制技术
6．1．4
加权平均值滤波
式中C0、Cl、…、Cn-1为各次采样值的系数，它体现 了各次采样值在平均值中所占的比例，可根据具体情况 决定。一般采样次数愈靠后，取的比例愈大，这样可增 加新的采样值在平均值中的比例。这种滤波方法可以根 据需要突出信号的某一部分，抑制信号的另一部分。
实验二滤波器设计
实验二基于MATLAB数字滤波器的设计1．示例基于MATLAB的语音信号分析与处理1.1实验目的综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。
1.2 实验基本要求●掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法●掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法●学会用MATLAB对信号进行分析与处理●学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法●掌握在Windows环境下语音信号采集的方法1.3 实验内容和要求录制一段自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时候波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法或双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的语音信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号。
1.4 实验实现步骤（1）语音信号的采集利用Windows下的录音机或其他软件，录制一段自己的话音，时间控制在1s左右；然后在MATLAB软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。
通过使用wavread 函数，理解采样频率，采样位数等概念。
wavread 函数调用格式如下。
y=wavread(file)，读取file 所规定的wav 文件，返回采样值放在向量y 中。
[y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量y 中，fs 表示采样频率（Hz ），n bits 表示采样位数y=wavread(file ，N)读取前N 点的采样值放在向量y 中。
y=wavread(file ，[N 1，N 2])，读取从N 1点到 N 2点的采样值放在向量y 中 （2）语音信号的频谱分析要求首先画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频域分析，在MATLAB 中可以利用函数fft 对信号进行快速的傅立叶变换，从而得到信号的频谱特性，从而加深对频谱特性的理解。
数字滤波器原理及实现步骤
数字滤波器原理及实现步骤数字滤波器是数字信号处理中常用的一种技术，用于去除信号中的噪声或对信号进行特定频率成分的提取。
数字滤波器可以分为FIR（有限脉冲响应）滤波器和IIR（无限脉冲响应）滤波器两种类型，在实际工程中应用广泛。
FIR滤波器原理FIR滤波器是一种线性时不变系统，其输出只取决于当前输入信号和滤波器的前几个输入输出。
FIR滤波器的输出是输入信号与系统的冲激响应序列的卷积运算结果。
其基本结构是在输入信号通过系数为h的各级延时单元后，经过加权求和得到输出信号。
对于FIR滤波器的理想频率响应可以通过频率采样响应的截断来实现，需要设计出一组滤波器系数使得在频域上能够实现所需的频率特性。
常见的设计方法包括窗函数法、频率采样法和最小均方误差法。
FIR滤波器实现步骤1.确定滤波器的类型和需求：首先需要确定滤波器的类型，如低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器，并明确所需的频率响应。
2.选择设计方法：根据需求选择适合的设计方法，比如窗函数法适用于简单滤波器设计，而最小均方误差法适用于需要更高性能的滤波器。
3.设计滤波器系数：根据选定的设计方法计算出滤波器的系数，这些系数决定了滤波器的频率特性。
4.实现滤波器结构：根据滤波器系数设计滤波器的结构，包括各级延时单元和加权求和器等。
5.进行滤波器性能评估：通过模拟仿真或实际测试评估设计的滤波器性能，检查是否满足需求。
6.优化设计：根据评估结果对滤波器进行优化，可能需要调整系数或重新设计滤波器结构。
7.实际应用部署：将设计好的FIR滤波器应用到实际系统中，确保其能够有效去除噪声或提取目标信号。
FIR滤波器由于其稳定性和易于设计的特点，在许多数字信号处理应用中得到广泛应用，如音频处理、图像处理和通信系统等领域。
正确理解FIR滤波器的原理和实现步骤对工程师设计和应用数字滤波器至关重要。
数字滤波器使用方法
数字滤波器使用方法数字滤波器是一种用于信号处理的重要工具，能够帮助我们去除信号中的噪音、平滑信号、提取信号特征等。
在实际工程和科学应用中，数字滤波器具有广泛的应用，例如音频处理、图像处理、通信系统等领域。
下面将介绍数字滤波器的基本原理和使用方法。
一、数字滤波器的基本原理数字滤波器是一种能对数字信号进行处理的系统，其基本原理是根据预先设计好的滤波器系数对输入信号进行加权求和，从而得到输出信号。
根据滤波器的结构不同，数字滤波器可以分为FIR（有限脉冲响应）滤波器和IIR（无限脉冲响应）滤波器两种类型。
FIR滤波器的特点是稳定性好、易于设计，其输出只取决于当前和过去的输入信号；而IIR滤波器具有较高的处理效率和更窄的频带宽度，但设计和稳定性方面相对复杂一些。
根据不同的应用需求和信号特性，可以选择合适的滤波器类型。
二、数字滤波器的使用方法1.确定滤波器类型：首先需要根据实际需求确定所需的滤波器类型，是需要设计FIR滤波器还是IIR滤波器。
2.设计滤波器：接下来根据所选滤波器类型进行设计，确定滤波器的阶数、频率响应特性等参数。
可以使用数字信号处理工具软件进行设计，或者根据经验公式进行计算。
3.滤波器实现：设计好滤波器之后，需要在编程环境中实现滤波器结构。
根据设计的滤波器系数，编写滤波器算法并将其应用于目标信号。
4.滤波器应用：将待处理的信号输入到设计好的数字滤波器中，并获取滤波后的信号输出。
根据实际需求对输出信号进行后续处理或分析。
5.性能评估：最后需要对滤波器的性能进行评估，可以通过对比滤波前后信号的频谱特性、信噪比以及滤波器的稳定性等指标来评估滤波器的效果。
三、注意事项•在设计数字滤波器时，需要根据具体应用场景和信号特性选择合适的滤波器类型和参数，以达到最佳的滤波效果。
•需要注意滤波器的稳定性和性能，避免设计过分复杂的滤波器导致系统不稳定或无法实现。
•对于实时应用，还需考虑滤波器的计算效率，尽量优化滤波器算法以减少计算复杂度。
加权平均值法数字滤波器的设计
加权平均值法数字滤波器的设计沈阳航空航天大学北方科技学院摘要在微机控制系统的模拟输入信号中，一般均含有各种噪声和干扰，他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。
为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。
本次计算机控制技术课设任务即为数字滤波系统的设计，通过设计加权平均值滤波算法实现对干扰信号的去除。
本课程设计说明书将以设计思路、设计过程为线索，对自接收课题任务、程序的编制直至建模仿真等过程进行详细的介绍和汇报，其中还会有常用的几种滤波方法的优缺点对比及原理介绍，最后通过对加权系数的改变来思考采样数据个数对滤波效果的影响。
关键词：数字滤波; 加权平均值; 加权系数;0.前言微处理器在进行数据采集时，会遇到数据的随机误差，随机误差是由随机干扰引起的，其特点是在相同条件下测量同一量时，其大小和符号会现无规则的变化而无法预测，但多次测量的结果符合统计规律。
为克服随机干扰引起的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可采用软件算法实现数字滤波。
滤波算法往往是系统测控算法的一个重要组成部分，实时性很强。
“算术平均滤波算法”存在平滑度和灵敏度之间的矛盾。
为了协调平滑度和灵敏度之间的关系，可采用“加权平均滤波”。
它的原理是对连续N次采样值分别乘上不同的加权系数之后再求累加，加权系数一般先小后大，以突出后面若干采样的效果，加强系统对参数变化趋势的认识。
各个加权系数均小于1的小数，且满足总和等于1的结束条件。
这样加权运算之后的累加和即为有效采样值。
加权平均滤波相对其他来言具有精度高、可靠性强、灵活性大等特点。
这种滤波在适用性方面比较广泛，而且比较快速。
1.加权平均值算法的基本理论加权平均法，利用过去若干个按照时间顺序排列起来的同一变量的观测值并以时间顺序数为权数，计算出观测值的加权算术平均数，以这一数字作为预测未来期间该变量预测值的一种趋势预测法。
2.方案的设计已知一阶惯性滤波器的差分方程为：∑-=--=10)()()(N i i k x i N C k y 其中，)(k y 为第k 个采样时刻滤波器的输出；)(k x 为第k 个采样时刻带干扰的原始信号；)(,),1(N C C 为加权系数，且满足下式：⎩⎨⎧=+-+++<-<<<<1)()1()2()1()()1()2()1(0N C N C C C N C N C C C 3.软件编程3.1程序的设计在MATLAB 中程序框输入正弦信号的MATLAB 程序，并进型仿真。
计算机控制系统实验报告DOC
计算机控制系统实验报告实验一 ：D/A 数模转换实验实验报告：1、数字量与模拟量的对应曲线：2、理论值与实测值对比：数字量模拟量 理论值实测值1004756 4722 200 4512 4412 300 4268 4325 400 4023 4078 500 3780 3664 600353536313、分析产生误差的原因：答：a)外界干扰会对实验造成误差;b)系仪器本身误差;c)仪器元件不够精确，导致试验产生误差。
这是本实验的最主要的误差来源。
4、总结：本次试验需要进行的连电路、实验软件操作都比较简单，但对于实验原理我们应有更加深刻的理解，对于实验箱内部的D/A转换原理要有所思考，不能只满足与简单的实验表象，而应思考更深层次的问题。
实验二 ：A/D 模数转换实验实验报告：1、模拟量与数字量的对应曲线：2、理论值与实测值对比：3、分析产生误差的原因：答：a)系仪器误差、实验软件的精度误差;b)外界干扰会对实验造成误差;模拟量数字量理论值实测值 500 439 461 1000 409 410 2000 292 307 4000 97 103 -1000 586 614 -4000879921c)仪器元件不够精确，导致试验产生误差。
这是本实验的最主要的误差来源。
4、总结：书本上学习的模数转换都是理论知识，过程相对比较复杂，本次试验需要进行的连电路、实验软件操作都比较简单，但对于实验原理我们应有更加深刻的理解，对于实验箱内部的A/D转换原理要有所思考，不能只满足与简单的实验表象，而应思考更深层次的问题。
实验三：数字PID控制实验报告：1、画出所做实验的模拟电路图：2、当被控对象为Gpl(s时)取过渡过程为最满意时Kp，Ki，Kd，画出校正后的Bode图，查出相对裕量γ和穿越频率Wc：跃响应曲线及时域性能指标，记入表中：0型系统:实验结果参数δ% Ts（ms）阶跃响应曲线Kp Ki Kd1 0.02 1 11．9% 720 见图3—11 0.05 1 32．5% 800 见图3--25 0.02 1 44．4% 1050 见图3--35 0.05 1 46.1% 1900 见图3--4I型系统:实验结果参数δ% Ts（ms）阶跃响应曲线Kp Ki Kd1 0.02 1 16.0% 420 见图3—51 0.02 2 36.4% 606 见图3--63 0.02 1 49.4% 500 见图3--73 0.1 1 56.4% 1050 见图3--8下面是根据上表中数据，所得到的相应曲线：图3-1 Kp=1 Ki=0.02 Kd=1 Gp1最满意的曲线图其中，相对稳定裕量γ= 82°穿越频率ωc=230rad/s图3-2 Kp=1 Ki=0.05 Kd=1图3-3 Kp=5 Ki=0.02 Kd=1图3-4 Kp=5 Ki=0.05 Kd=1图3-5 Kp=1 Ki=0.02 Kd=1图3-6 Kp=3 Ki=0.02 Kd=1图3-7 Kp=1 Ki=0.02 Kd=2图3-8 Kp=3 Ki=0.01 Kd=13、总结一种有效的选择Kp，Ki，Kd方法，以最快的速度获得满意的参数：答：参数整定找最佳，从小到大顺序查，先是比例后积分，最后再把微分加，曲线振荡很频繁，比例度盘要放大，曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳，曲线偏离回复慢，积分时间往下降，曲线波动周期长，积分时间再加长，曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢，微分时间应加长，理想曲线两个波，前高后低4比1。
基于PLC的数字滤波器设计
基于PLC的数字滤波器设计蔡红斌（湖北职业技术学院机电工程系，湖北孝感 432000）[摘要] 文章介绍了PLC控制系统中对模拟信号进行中值平均滤波处理，并给出了一种数字滤波程序的设计方法。
[关键词] 信号;干扰;噪声;数字滤波;PLC0引言由于工业控制现场的环境往往比较恶劣，干扰源比较多，如环境温度、湿度、电场及磁场等。
因此，在控制系统的输入信号中，均含有种种干扰成份（噪音），既有周期性的，也有随机性的，为了进行准确测量和控制，提高系统的性能，在进行数据处理和调节控制之前，必须先消除（或抑制）被测信号中的噪音。
如周期性干扰的典型代表为50Hz的工频干扰，对于这类信号，可采用积分时间等于20ms的整数倍的双积分A/D转换器，即可抑制其影响。
在PLC等控制系统中，除采用硬件措施提高系统的抗干扰能力外，还可充分发挥软件优势，用数字滤波的方法削弱和滤除干扰和噪音，其在控制系统中的地位如图1所示。
图1 数字滤波在控制系统中的地位所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重，故实质上它是一种程序滤波。
[1]数字滤波器与RC等模拟滤波器相比，有如下优点：1）1）数字滤波器是用程序实现的，不需要增加硬件设备，不存在阻抗匹配等问题，可靠性高。
2）2）可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的影响，频率不能太低。
3）3）数字滤波可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便的特点。
正因为数字滤波器具有上述优点，所以在PLC等计算机控制系统中得到了广泛的应用。
1常用的数字滤波方法在控制系统中，输入信号有模拟信号和数字信号之分，数字信号的滤波多采用延时滤波法。
而模拟信号的数字滤波的方法较多，常见的有：限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、中值平均滤波法、限幅平均滤波法、一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法、消抖滤波法、限幅消抖滤波法等，它们各有优缺点，在实际的PLC控制系统中，我们可以针对不同的被控对象和特定的应用场合，采用不同的滤波方法，下面以中值平均滤波法为例说明其在PLC控制系统中的应用。
计算机控制技术实验报告册 (1)
5.在弹出的参数窗口中填入想要变换的模拟量，点击变换，在下面的文字框内将算出变换后的数字量。
6.点击确定，在显示窗口观测采集到的数字量。
并将测量结果填入下表2-1:数字量模拟量理论值实测值762460256表2-1五、实验结果画出模拟量与数字量的对应曲线如图2-1：图2-1六、实验结果分析表2-1中计算出理论值，与实验结果比较，分析产生误差的原因系仪器误差、实验软件的精度误差。
七、实验心得本次试验需要进行的连电路、实验软件操作都比较简单，但对于实验原理我们应有更加深刻的理解，对于实验箱内部的A/D转换原理要有所思考，不能只满足与简单的实验表象，而应思考更深层次的问题。
实验三数字PID控制一、实验目的1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。
2．研究采样周期T对系统特性的影响。
3．研究I型系统及系统的稳定误差。
二、实验仪器1．EL-AT-II型计算机控制系统实验箱一台2．PC计算机一台三、实验内容1．系统结构图如3-1图。
图3-1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds）Gh（s）=（1－e-TS）/sGp1（s）=5/（（+1）（+1））Gp2（s）=1/（s（+1））2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图3-2和图3-3，其中图3-2对应GP1（s）,图3-3对应Gp2（s）。
图3-2 开环系统结构图1 图3-3开环系统结构图23．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。
4．当r（t）=1（t）时（实际是方波），研究其过渡过程。
5．PI调节器及PID调节器的增益Gc（s）=Kp（1+K1/s）=KpK1(（1/k1）s+1) /s=K(Tis+1)/s式中 K=KpKi , Ti=（1/K1）不难看出PI调节器的增益K=KpKi，因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K，如果不想改变K,则应相应改变Kp。
计算机控制技术实验报告
计算机控制实验报告专业：计算机科学与技术班级： 080603姓名：学号：指导教师：王河媛实验1.1 数/模转换实验一．实验目的1、掌握数/模转换器DAC0832芯片的性能、使用方法及对应的硬件电路。
2、编写程序控制D/A输出的波形，使其输出周期性的三角波。
二．实验说明数/模转换实验框图见图1所示。
三．实验内容及步骤本实验机采用ADC0832作为数/模转换，可实现8bit数字输入转换为模拟量。
数字0～0FFH输入，经数/模转换后OUT1测孔输出为0～+5V模拟量。
经运放处理后，在OUT2测孔输出为-5V ～+5V。
在实验中欲观测实验结果时，只要运行LABACT程序，选择微机控制菜单下的数/模转换实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，可选用虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
测孔连线数/模转换器（B2）单元OUT2→虚拟示波器（B3）输入端CH1（选X1档）。
四．实验结果如下图：实验1.2 模/数转换实验一．实验目的1、了解模/数转换器A/D芯片ADC0809转换性能及编程。
2、编制程序通过0809采样输入电压并转换成数字量值。
二．实验说明模/数转换实验框图见图2所示。
图2 模/数转换实验框图模/数转换器（B8单元）提供IN4~IN7端口，供用户使用，其中IN4、IN5有效输入电平为0V～+5V，IN6和IN7为双极性输入接法，有效输入电平为-5V～+5V，有测孔引出。
图1-1 模/数转换电路图三．实验内容及步骤本实验机采用DAC0809作为模/数转换，可实现8bit数字输出。
其中“IN4和IN5”测孔为0～+5V模拟量输入，“IN6和IN7”测孔为-5V～+5V模拟量输入。
（1）将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔，作为模/数转换器（B7）输入信号：B1单元中的电位器左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨上（+5V）。
（2）测孔联线：B1（Y）→模/数转换器B7（IN4）（信号输入）。
dsp实验报告-有限脉冲响应滤波器(FIR)实验
实验四．数字信号处理算法实验实验4.1 ：有限脉冲响应滤波器（FIR ）算法实验一．实验目的1．掌握窗函数法设计FIR 滤波器的Matlab 实现，为CCS 提供滤波系数。
2．掌握采用C 语言在VC5509开发板上实现混频信号的FIR 滤波。
二．实验设备计算机，ICETEK-VC5509-A 实验箱及电源。
三．实验原理1. 窗函数法设计FIR 滤波器（详细理论请看《数字信号处理》原理书籍） 本实验要求：设计一个低通滤波器，通带截止频率fp=10kHz ，阻带截止频率fs1=22kHz ，阻带衰减ap=75dB ，采样频率fs=50kHz,计算出滤波系数fHn,并对混频信号（高频+低频正弦波）fIn 进行滤波,得输出波形fOut 。
解：过渡带宽度=fs1-fp=12kHz ；截止频率：f1=fp+(过渡带宽度)/2=16kHz f1对应的数字频率：Ω1=2πf1/fs=0.64π(rad) -理想低通滤波器单位脉冲响应：hd[n]=sin(0.64π(n-a))/(π(n-a)) 其中a=(N-1)/2 (n=0~N-1)-根据阻带衰减要求选择布莱克曼窗，窗函数长度N 为： N=5.98fs/过渡带宽度≈25则窗函数为：w[n]=0.42-0.5cos(2πn/24)+0.08cos(4πn/24) 滤波器脉冲响应为：h[n]=hd[n]w[n] (n=0~N-1) <1>-根据上面各式计算出h[n]。
2. FIR 滤波FIR 滤波器的差分方程为：1()()N i i y n h x n i -==-∑ <2>其中，h i ----滤波器系数；x(n)---滤波器的输入；y(n)--- 滤波输出。
根据公式<1><2>，得本例对应FIR 滤波器的差分方程为： y[n]=-0.001x[n-2]-0.002x[n-3]-0.002x[n-4]+0.01x[n-5]-0.009x[n-6]-0.018x[n-7]-0.049x[n-8]-0.02x[n-9] +0.11x[n-10]+0.28x[n-11]+0.64x[n-12] +0.28x[n-13]-0.11x[n-14]-0.02x[n-15]+0.049x[n-16]-0.018x[n-17]-0.009x[n-18]+0.01x[n-19] -0.002x[n-20]-0.002x[n-21]+0.001x[n-22] (n=0,1,2,...)采用线性缓冲区法（原理见备课笔记）解此差分方程，得FIR 滤波结果y(n)。