濾波器范文10篇

摘要：傳統的數字濾波器的設計過程復雜，計算工作量大，濾波特性調整困難，影響了它的應用。本文介紹了一種利用MATLAB信號處理工具箱（SignalProcessingToolbox）快速有效的設計由軟件組成的常規數字濾波器的設計方法。給出了使用MATLAB語言進行程序設計和利用信號處理工具箱的FDATool工具進行界面設計的詳細步驟。利用MATLAB設計濾波器，可以隨時對比設計要求和濾波器特性調整參數，直觀簡便，極大的減輕了工作量，有利于濾波器設計的最優化。本文還介紹了如何利用MATLAB環境下的仿真軟件Simulink對所設計的濾波器進行模擬仿真。

關鍵詞：數字濾波器MATLABFIRIIR

引言：

在電力系統微機保護和二次控制中，很多信號的處理與分析都是基于對正弦基波和某些整次諧波的分析，而系統電壓電流信號（尤其是故障瞬變過程）中混有各種復雜成分，所以濾波器一直是電力系統二次裝置的關鍵部件【1】。目前微機保護和二次信號處理軟件主要采用數字濾波器。傳統的數字濾波器設計使用繁瑣的公式計算，改變參數后需要重新計算，在設計濾波器尤其是高階濾波器時工作量很大。利用MATLAB信號處理工具箱（SignalProcessingToolbox）可以快速有效的實現數字濾波器的設計與仿真。

1數字濾波器及傳統設計方法

數字濾波器可以理解為是一個計算程序或算法，將代表輸入信號的數字時間序列轉化為代表輸出信號的數字時間序列，并在轉化過程中，使信號按預定的形式變化。數字濾波器有多種分類，根據數字濾波器沖激響應的時域特征，可將數字濾波器分為兩種，即無限長沖激響應（IIR）濾波器和有限長沖激響應（FIR）濾波器。

摘要：探討了一種并聯有源電力濾波器的交流側濾波電感優化設計的方法；并應用于一臺15kVA并聯有源電力濾波器的實驗模型中，進行了實驗驗證。

關鍵詞：諧波；有源電力濾波器；濾波電感設計

引言

并聯有源電力濾波器是一種用于動態抑制諧波和補償無功的新型電力電子裝置，近年來，有源電力濾波器的理論研究和應用均取得了較大的成功。對其主電路（VSI）參數的設計也進行了許多探討[1][2][3]，但是，目前交流側濾波電感還沒有十分有效的設計方法，然而該電感對有源濾波器的補償性能十分關鍵[2]。本文通過分析有源電力濾波器的交流側濾波電感對電流補償性能的影響，在滿足一定效率的條件下，探討了該電感的優化設計方法，仿真和實驗初步表明該方法是有效的。

圖1

1三相四線并聯型有源電力濾波器的結構與工作原理

一、引言

廣播電視用的帶通濾波器具有頻率選擇過濾雜波的作用，其能對特定頻點以外的頻率進行有效濾除，讓發射機能發送比較純正的載波，實現廣播電視節目較高質量的視聽效果。濾波器通常在發射機輸出端與天線之間設置，是廣播電視發射系統中不可或缺的重要設備之一。本人結合“村村通”鄉鎮臺站裝機的案例，講述廣西地面數字電視濾波器故障的修復過程。

二、故障現象

凱騰四方50W數字電視發射機（如圖1），裝機接好信號源和發射機線路后，開機調試好設備。但發射機總是反射功率過大，設備進行保護，功率開不起，調試軟件上輸出停播位告警。

三、故障分析

故障篩查，檢查發射機接線正確，復查調試環節也不存在問題。試著把發射機濾波器去掉，發射機出口饋線直接接天線，這時開啟發射機功率啟動并能正常的發射信號，接收該信號也能正常的播放節目。從而確認該凱騰四方發射機功率開不起是因為中間環節的濾波器存在問題。濾波器一般在供應商出廠的時候都有合格檢測，但在運輸途中磕磕碰碰可能會出現問題。診斷濾波器的故障情況，需要用天饋線測試儀測試其駐波比。該凱騰四方數字電視發射機的濾波器是為36CH頻道過濾雜波，該頻道對應的中心頻點是698MHz，用AnritsuS332D天饋線測試儀進行檢測，測試步驟：1.打開天饋線測試儀S332D，選擇頻率-駐波比模式，設置頻率檢測范圍：起始頻率F1=680MHz，終止頻率F2==720MHz；設置振幅底線=1，頂線=5。儀器RFOUT口接上測試線，測試線另一端接上標阻，按儀器上的STARTCAL鍵進行校準。2.儀器校準成功后按HOLD鍵，暫停掃描。摘掉標阻，測試線直接連接到濾波器輸入端In口，濾波器輸出端Out口接上50Ω電阻模塊。3.按儀器上RUN鍵開始測試濾波器駐波比。按MARKER鍵標記節點M1=698MHz，測試出結果：該濾波器在698MHz頻率處，駐波比達到3.27（如圖2）。駐波比是用來表示天線、濾波器和電波發射臺是否匹配的一個數值。駐波比等于1時，表示阻抗完全匹配，此時高頻能量全部能輻射出去，沒有能量的反射損耗；駐波比為無窮大時，表示全反射，能量完全沒有輻射出去。該凱騰四方濾波器的駐波比為3.27，按照駐波反射的換算（SWR為駐波比）：功率反射率===28%發射機功率反射達到28%，反射過大設備進行保護。所以要調節修復濾波器，讓其駐波比的值接近1，減少發射機的功率反射。

110kV及以上線路單相PT多采用電容式，由于高頻保護及載波通訊的需要，在分壓器回路中串接結合濾波器，無結合濾波器時應將通訊端子與接地端子短接。有關規程規定該回路嚴禁開路，開路將對一次、二次設備造成嚴重的后果。近年來筆者曾接觸過兩次由于結合濾波器回路開路導致單相PT接線盒內絕緣板擊穿的事故，雖然PT本體未造成損壞，但也造成了整條線路短時停電，下面就此作一分析。

1事故概況

1.1值班員發現110kV線路單相PT接線盒處有漏油現象，申請線路停電，打開接線盒檢查，發現通訊端子與接地端子之間絕緣板放電擊穿漏油，將通訊端子與接地端子短接，更換絕緣板后送電正常。

1.2值班員巡視發現220kV單相PT引至結合濾波器的連線松動掉下，接線盒處有滲油現象，停用該通道高頻保護，緊固連線、更換絕緣板后送電正常。

2事故原因分析

兩次事故有其共性，一次由于110kV線路無結合濾波器，基建施工單位未將通訊端子與接地端子短接，另一次是由于引線松動，兩次都導致分壓回路開路，致使通訊端子處電壓升高，與接地端子間絕緣擊穿，導致漏油。

編者按：本文主要從引言；濾波器的設計分析；數字濾波器的結構設計分析；數字濾波器的性能指標；結果與結論進行論述。其中，主要包括：數字濾波已經成為了廣泛使用的濾波方式、濾波器的分類從單位脈沖相應長度上可以分為FIR濾波器和IIR濾波器、級聯型將系統函數H(z)因式分解為較低的二階節的乘積、直接型按給出的差分方程直接實現、并聯型將系統函數H(z)因式分解為雙二階之和、有限長字效應對零點極點的影響、濾波器階數在量化中的影響、濾波器結構對誤差的影響、直接型量化影響、級聯型量化影響、并聯型量化影響、直接型靈敏度快靈敏度快多，環路多量化后變化大等，具體請詳見。

1引言

隨著濾波器的應用，數字濾波已經成為了廣泛使用的濾波方式。在實際的儲存過程與運算過程中，量化誤差不可避免。本文基于數字濾波器的極點零點的分析，研究了不同結構與階數的數字濾波器的有限字長的效應影響。

2.濾波器的設計分析

濾波器的分類從單位脈沖相應長度上可以分為FIR濾波器和IIR濾波器.IIR濾波器能夠以較低的階數達到預期的效果,但它為遞歸結構,在定點DSP上實現時受計算精度的影響,可能出現振蕩;而FIR濾波器是非遞歸結構,總是穩定的,且具有嚴格的線性相移。

3數字濾波器的結構設計分析

摘要：介紹一個SDRSoftwareDefinedRadio多功能地面站發射系統的設計與實現。

關鍵詞：SDR地面站數字上變頻器Inverse-SINC預補償濾波

隨著A／D／A器件與DSP處理器的迅速發展，使得軟件無線電技術廣泛地應用于陸上移動通信、衛星移動通信與全球定位系統等。本文利用軟件無線電的思路，針對中科院創新一號低軌移動小衛星多功能地面站設計的具體要求，研制了一套基于軟件無線電技術的多信道發射機設備。該地面站發射系統數字基帶部分采用全軟件化設計，核心部件是可編程的DSP及FPGA，可同時處理三路信號。該設備具有以下三個優點：多模工作；無線通信系統可升級；發射配置動態更改。該設備可根據實際需要靈活配置系統，適用范圍大大擴展。

1系統構成

SDR地面站發射系統如圖1所示。該系統的發射速率為2．4kbps窄帶、2．4kbps擴頻、19．2kbps窄帶或它們混合的速率。中頻分別為18．45MHz、20MHz、21．85MHz。DAC的采樣頻率為78．336MHz。發射系統中FPGA實現FIFO、信道編碼、擴頻、內插濾波、數字上變頻、信道合成、DAC預補償濾波器等功能。這些功能都集成在一片XilinxVirtexII芯片中。

2FPGA部分功能模塊

1課程教學內容

“數字信號處理”課程涉及眾多理論和方法，如何在可視化系統中將其系統展示具有一定挑戰性。經過多年的教學實踐，我們將該課程劃分為3個模塊，即信號采集、信號分析和信號處理，分步進行講授。信號采集部分。采用相應傳感器及調理電路，獲取合理幅值的模擬信號，依據奈奎斯特采樣定理，將模擬信號轉換為數字信號以便后續處理。信號分析部分。借助傅里葉變換等分析工具，對信號進行時域和頻域分析，提取信號特征。信號處理部分。針對信號特征，設計各種類型的濾波器，對信號進行濾波處理。圖1所示，即為“數字信號處理”課程的教學內容。

2課程可視化系統架構

“數字信號處理”課程的可視化系統主要包含信號采集、信號分析、信號處理三部分，以矩形脈沖信號、脈搏信號和聲音信號為處理對象。系統整個架構示于圖2。2．1信號采集系統。信號采集系統結構示于圖3。圖3信號采集系統結構該系統設計應用虛擬儀器原理及其設計思想，以個人計算機硬件和Windows操作系統為依托，借助藍牙無線通信技術實現信號的無線傳輸，利用LabVIEW2010設計系統采集程序，從而將下位機發送的數據引入個人計算機系統當中，然后利用計算機強大的存儲、運算和顯示能力實現信號的保存和實時地顯示。一個脈搏信號采集和顯示界面如圖4所示。2．2信號分析系統。以矩形脈沖信號和脈搏信號為處理對象，建立三維傅里葉變換動態演示系統，通過動態疊加展示傅里葉變換實質，進而展示信號頻域分析過程。根據傅里葉變換可知，任何連續測量的時域信號，都可以表示為不同頻率的正弦波信號的疊加。本設計以頻率為255Hz的矩形脈沖為處理對象，可以將其分解成N個正弦波(或者余弦波)疊加而成的。取若干個變換后的頻率分量進行疊加，也就是對其進行傅里葉逆變換，將矩形脈沖的頻域表示形式變換為時域表示形式，觀察其逆變換后的波形并與原始矩形波形對照，進而分析傅里葉變換實質及頻域分析過程。將矩形脈沖做256點的FFT變換，并進行1-16，1-32，1-48……1-256順序疊加，觀測疊加結果發現當取低頻16點時其疊加時域波形即具有矩形脈沖信號輪廓，隨著疊加點數的增加其時域波形越來越逼近矩形信號，高頻分量對時域波形邊沿影響明顯，如圖5所示。2．3信號處理系統。該濾波器可視化教學系統主要完成如下四個方面功能:①顯示零極點變化對濾波器性能的影響。通過零極點在單位圓上的變化，觀察濾波器幅頻特性和相頻特性的變化，以及脈沖信號和聲音信號的改變。②設計低通、高通、帶通和帶阻濾波器，從時域和頻域觀測其對信號的作用。③相頻特性對濾波器性能的影響。設計濾波參數相同的IIR濾波器、FIR濾波器和零相位濾波器，觀察其相頻特性的區別，進而對比分析將脈沖信號和聲音信號通過三類濾波器后的變化。④濾波器階數對濾波器性能的影響至關重要，觀測相同類型濾波器不同階數和不同類型濾波器相同階數時濾波器性能的變化以及它們對信號的產生的影響。具體界面如圖6所示。

3結語

本文按照“數字信號處理”課程的知識體系，以矩形脈沖信號、生理脈搏信號、聲音信號為處理對象，借助可視化開發軟件Matlab和LabVIEW平臺，并結合藍牙無線傳輸技術，設計出一套完整的可視化系統。借助該系統學生能夠生動直觀的觀測到信號采集、無線傳輸、分析及處理的全過程，通過聽覺和視覺感受不同處理手段對信號的影響。通過課堂教學、學生反饋和成績統計等手段分析，認為采用該系統進行可視化教學，對改變教師的教授方式、幫助學生理解數字信號處理知識有著積極的作用和影響。

摘要：諧波主要是由稱為諧波源的大功率換流設備（包括化工電解整流設備）及其它非線性負荷產生，諧波源產生的諧波不但危及電網及其它電力用戶而且也危及自身，因此諧波的治理是十分必要且有實際經濟效益的。本文以滏陽化工廠為實例對諧波的產生及治理方案進行了分析研究。

關鍵詞：諧波造成的危害系統接線

1諧波造成的危害

諧波主要是由稱為諧波源的大功率換流設備（包括化工電解整流設備）及其它非線性負荷產生，諧波源產生的諧波不但危及電網及其它電力用戶而且也危及自身，因此諧波的治理是十分必要且有實際經濟效益的。本文以滏陽化工廠為實例對諧波的產生及治理方案進行了分析研究。

該化工廠由郝村站供電，站內裝設三組共10．8Mvar并聯電容器，分別串聯有4．5％，7％和12％電抗率的電抗器，分別用于限制五次及以上、四次及以上、三次及以上高次諧波放大并分別對五次諧波、四次諧波、三次諧波形成不完全濾波。

投運后電容器出現嚴重過負荷，噪音異常，個別電容器投運不久就發生鼓肚現象，后測試發現母線諧波電壓和電容器回路諧波電流嚴重超標，為防止設備進一步損壞，將10．8Mvar電容器全部退出運行。

摘要：超高功率電弧爐在正常生產時會對電網造成高次諧波、電壓閃變、電壓波動、三相電壓及電流不平衡、功率因數低等不利影響，而且超過電能質量各項指標國家標準。本文逐項進行定性分析，并對幾種常見型式的SVC裝置作比較，無源與有源濾波的應用和技術發展作了闡述，以形成一個完整的概念和防護方法。

關鍵詞：超高功率電弧爐高次諧波電壓閃變電壓波動

現代煉鋼電弧爐的基本功能是將盡可能多的電功率輸入到熔池內，以獲得高的生產率和低的物料、能量消耗以及好的環保指標。煉鋼電弧爐按其噸鋼平均變壓器額定容量,或單位爐膛面積平均變壓器額定容量分為普通功率(RP)、高功率(HP)和超高功率(UHP)三種。超高功率電弧爐概念自70年代提出，目標在于極大地提高電弧爐煉鋼的生產率和降低成本，開創了電弧爐煉鋼技術發展新紀元。但由于生產時對電網影響與干擾是多方面的，實踐中也發現了涉及到電能質量的所有方面。由于超高功率電弧爐的變壓器功率水平高，變壓器容量高達數十兆伏安，在煉鋼過程中對電網造成嚴重的沖擊和干擾，這些“公害”必須加以控制和治理。

1對電網的干擾

1.1功率因數低

電弧爐從電網獲得電能，其中一部分轉化為有用的熱能，而另一部分則為無功能量。為了使電弧能穩定燃燒，電弧爐的功率因數不能取得太高。因電弧爐負載是高感性的，電弧爐的接入使供電電網的功率因數惡化。超高功率電弧爐運行在熔化期時，功率因數甚至低到0.1，這樣引起母線電壓嚴重降低。電壓降低又相應降低電弧爐的有功功率，使熔化期延長，生產率下降。

摘要：針對數字信號處理課程公式繁多，內容晦澀難懂，文章設計了基于MATLABGUI的數字信號處理課程可視化平臺設計。平臺設計的界面里包含著主界面和子界面，內容包括離散系統的時域和頻域的分析，快速傅里葉(FFT變換，有限長脈沖響應(FIR和無限長脈沖響應(IIR數字濾波器四大模塊，涉及數字信號處理課程的主要內容。該系統有良好的交互性和可擴展性，實踐證明，該平臺的使用增強學習數字信號處理的效果。

關鍵詞：數字信號處理；圖形用戶界面；交互性

數字信號處理[1-4]是全世界范圍內廣泛要求學習的信息類學科的基礎課，主要通過數學手段對信號進行分析和處理，達到優于模擬信號的傳輸和儲存的目的。現在用于通信、航天、地質、控制和生物醫藥等多個領域。但是該課程的特點是公式繁多，推導復雜，概念難以理解，所以學生掌握起來會有非常大的困難。本文研究的是數字信號處理平臺的GUI設計，運用MATLABGUI[5-6]完成教學和實驗兩大主要部分的界面的設計。在教學界面部分，用下拉菜單添加了數字信號處理所有的課件；在實驗界面部分，實現了數字信號處理的教學中的主要實驗。

1平臺設計的框架

根據數字信號處理課程的內容，本文的設計平臺主要設計四大模塊，包括離散系統的時域和頻域的分析，快速傅里葉(FFT變換，有限長脈沖響應(FIR和無限長脈沖響應(IIR數字濾波器。在平臺設計時，通過仿真界面觀察繪制出實驗仿真圖像，進行直觀地對比和分析，深刻理解和總結數字信號處理的理論知識。為了遵循盡量簡潔的原則采用了樹狀的設計結構，最上層是登錄界面，輸入的信息確認符合后，進入主界面，四大實驗模塊都放在主界面下，通過主界面調用各個子界面，并通過點擊按鈕可返回到上級界面。圖1所示是平臺的界面設計的主體結構圖。其中，離散信號時域和頻域分析子界面設計包括基本時間離散信號的生成、基本離散信號的運算、采樣、內插、線性卷積、LSI系統的時域響應、系統的零極點分析、系統的頻率響應、系統的單位脈沖響應等子界面；快速傅里葉變換子界面包括離散傅里葉變換和快速傅里葉變換子界面；有限長脈沖響應數字濾波器子界面包括窗函數設計法和等波紋最佳逼近法兩種設計方法，還添加了兩種方法設計濾波器的驗證界面；無限長脈沖響應數字濾波器子界面包括脈沖響應不變法和雙線性變換法兩種設計方法。

2平臺測試與仿真