滤波器范文10篇

摘要：传统的数字滤波器的设计过程复杂，计算工作量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。本文介绍了一种利用MATLAB信号处理工具箱（SignalProcessingToolbox）快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器的设计方法。给出了使用MATLAB语言进行程序设计和利用信号处理工具箱的FDATool工具进行界面设计的详细步骤。利用MATLAB设计滤波器，可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，直观简便，极大的减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。本文还介绍了如何利用MATLAB环境下的仿真软件Simulink对所设计的滤波器进行模拟仿真。

关键词：数字滤波器MATLABFIRIIR

引言：

在电力系统微机保护和二次控制中，很多信号的处理与分析都是基于对正弦基波和某些整次谐波的分析，而系统电压电流信号（尤其是故障瞬变过程）中混有各种复杂成分，所以滤波器一直是电力系统二次装置的关键部件【1】。目前微机保护和二次信号处理软件主要采用数字滤波器。传统的数字滤波器设计使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新计算，在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB信号处理工具箱（SignalProcessingToolbox）可以快速有效的实现数字滤波器的设计与仿真。

1数字滤波器及传统设计方法

数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。数字滤波器有多种分类，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。

摘要：探讨了一种并联有源电力滤波器的交流侧滤波电感优化设计的方法；并应用于一台15kVA并联有源电力滤波器的实验模型中，进行了实验验证。

关键词：谐波；有源电力滤波器；滤波电感设计

引言

并联有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置，近年来，有源电力滤波器的理论研究和应用均取得了较大的成功。对其主电路（VSI）参数的设计也进行了许多探讨[1][2][3]，但是，目前交流侧滤波电感还没有十分有效的设计方法，然而该电感对有源滤波器的补偿性能十分关键[2]。本文通过分析有源电力滤波器的交流侧滤波电感对电流补偿性能的影响，在满足一定效率的条件下，探讨了该电感的优化设计方法，仿真和实验初步表明该方法是有效的。

图1

1三相四线并联型有源电力滤波器的结构与工作原理

一、引言

广播电视用的带通滤波器具有频率选择过滤杂波的作用，其能对特定频点以外的频率进行有效滤除，让发射机能发送比较纯正的载波，实现广播电视节目较高质量的视听效果。滤波器通常在发射机输出端与天线之间设置，是广播电视发射系统中不可或缺的重要设备之一。本人结合“村村通”乡镇台站装机的案例，讲述广西地面数字电视滤波器故障的修复过程。

二、故障现象

凯腾四方50W数字电视发射机（如图1），装机接好信号源和发射机线路后，开机调试好设备。但发射机总是反射功率过大，设备进行保护，功率开不起，调试软件上输出停播位告警。

三、故障分析

故障筛查，检查发射机接线正确，复查调试环节也不存在问题。试着把发射机滤波器去掉，发射机出口馈线直接接天线，这时开启发射机功率启动并能正常的发射信号，接收该信号也能正常的播放节目。从而确认该凯腾四方发射机功率开不起是因为中间环节的滤波器存在问题。滤波器一般在供应商出厂的时候都有合格检测，但在运输途中磕磕碰碰可能会出现问题。诊断滤波器的故障情况，需要用天馈线测试仪测试其驻波比。该凯腾四方数字电视发射机的滤波器是为36CH频道过滤杂波，该频道对应的中心频点是698MHz，用AnritsuS332D天馈线测试仪进行检测，测试步骤：1.打开天馈线测试仪S332D，选择频率-驻波比模式，设置频率检测范围：起始频率F1=680MHz，终止频率F2==720MHz；设置振幅底线=1，顶线=5。仪器RFOUT口接上测试线，测试线另一端接上标阻，按仪器上的STARTCAL键进行校准。2.仪器校准成功后按HOLD键，暂停扫描。摘掉标阻，测试线直接连接到滤波器输入端In口，滤波器输出端Out口接上50Ω电阻模块。3.按仪器上RUN键开始测试滤波器驻波比。按MARKER键标记节点M1=698MHz，测试出结果：该滤波器在698MHz频率处，驻波比达到3.27（如图2）。驻波比是用来表示天线、滤波器和电波发射台是否匹配的一个数值。驻波比等于1时，表示阻抗完全匹配，此时高频能量全部能辐射出去，没有能量的反射损耗；驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。该凯腾四方滤波器的驻波比为3.27，按照驻波反射的换算（SWR为驻波比）：功率反射率===28%发射机功率反射达到28%，反射过大设备进行保护。所以要调节修复滤波器，让其驻波比的值接近1，减少发射机的功率反射。

110kV及以上线路单相PT多采用电容式，由于高频保护及载波通讯的需要，在分压器回路中串接结合滤波器，无结合滤波器时应将通讯端子与接地端子短接。有关规程规定该回路严禁开路，开路将对一次、二次设备造成严重的后果。近年来笔者曾接触过两次由于结合滤波器回路开路导致单相PT接线盒内绝缘板击穿的事故，虽然PT本体未造成损坏，但也造成了整条线路短时停电，下面就此作一分析。

1事故概况

1.1值班员发现110kV线路单相PT接线盒处有漏油现象，申请线路停电，打开接线盒检查，发现通讯端子与接地端子之间绝缘板放电击穿漏油，将通讯端子与接地端子短接，更换绝缘板后送电正常。

1.2值班员巡视发现220kV单相PT引至结合滤波器的连线松动掉下，接线盒处有渗油现象，停用该通道高频保护，紧固连线、更换绝缘板后送电正常。

2事故原因分析

两次事故有其共性，一次由于110kV线路无结合滤波器，基建施工单位未将通讯端子与接地端子短接，另一次是由于引线松动，两次都导致分压回路开路，致使通讯端子处电压升高，与接地端子间绝缘击穿，导致漏油。

编者按：本文主要从引言；滤波器的设计分析；数字滤波器的结构设计分析；数字滤波器的性能指标；结果与结论进行论述。其中，主要包括：数字滤波已经成为了广泛使用的滤波方式、滤波器的分类从单位脉冲相应长度上可以分为FIR滤波器和IIR滤波器、级联型将系统函数H(z)因式分解为较低的二阶节的乘积、直接型按给出的差分方程直接实现、并联型将系统函数H(z)因式分解为双二阶之和、有限长字效应对零点极点的影响、滤波器阶数在量化中的影响、滤波器结构对误差的影响、直接型量化影响、级联型量化影响、并联型量化影响、直接型灵敏度快灵敏度快多，环路多量化后变化大等，具体请详见。

1引言

随着滤波器的应用，数字滤波已经成为了广泛使用的滤波方式。在实际的储存过程与运算过程中，量化误差不可避免。本文基于数字滤波器的极点零点的分析，研究了不同结构与阶数的数字滤波器的有限字长的效应影响。

2.滤波器的设计分析

滤波器的分类从单位脉冲相应长度上可以分为FIR滤波器和IIR滤波器.IIR滤波器能够以较低的阶数达到预期的效果,但它为递归结构,在定点DSP上实现时受计算精度的影响,可能出现振荡;而FIR滤波器是非递归结构,总是稳定的,且具有严格的线性相移。

3数字滤波器的结构设计分析

摘要：介绍一个SDRSoftwareDefinedRadio多功能地面站发射系统的设计与实现。

关键词：SDR地面站数字上变频器Inverse-SINC预补偿滤波

随着A／D／A器件与DSP处理器的迅速发展，使得软件无线电技术广泛地应用于陆上移动通信、卫星移动通信与全球定位系统等。本文利用软件无线电的思路，针对中科院创新一号低轨移动小卫星多功能地面站设计的具体要求，研制了一套基于软件无线电技术的多信道发射机设备。该地面站发射系统数字基带部分采用全软件化设计，核心部件是可编程的DSP及FPGA，可同时处理三路信号。该设备具有以下三个优点：多模工作；无线通信系统可升级；发射配置动态更改。该设备可根据实际需要灵活配置系统，适用范围大大扩展。

1系统构成

SDR地面站发射系统如图1所示。该系统的发射速率为2．4kbps窄带、2．4kbps扩频、19．2kbps窄带或它们混合的速率。中频分别为18．45MHz、20MHz、21．85MHz。DAC的采样频率为78．336MHz。发射系统中FPGA实现FIFO、信道编码、扩频、内插滤波、数字上变频、信道合成、DAC预补偿滤波器等功能。这些功能都集成在一片XilinxVirtexII芯片中。

2FPGA部分功能模块

1课程教学内容

“数字信号处理”课程涉及众多理论和方法，如何在可视化系统中将其系统展示具有一定挑战性。经过多年的教学实践，我们将该课程划分为3个模块，即信号采集、信号分析和信号处理，分步进行讲授。信号采集部分。采用相应传感器及调理电路，获取合理幅值的模拟信号，依据奈奎斯特采样定理，将模拟信号转换为数字信号以便后续处理。信号分析部分。借助傅里叶变换等分析工具，对信号进行时域和频域分析，提取信号特征。信号处理部分。针对信号特征，设计各种类型的滤波器，对信号进行滤波处理。图1所示，即为“数字信号处理”课程的教学内容。

2课程可视化系统架构

“数字信号处理”课程的可视化系统主要包含信号采集、信号分析、信号处理三部分，以矩形脉冲信号、脉搏信号和声音信号为处理对象。系统整个架构示于图2。2．1信号采集系统。信号采集系统结构示于图3。图3信号采集系统结构该系统设计应用虚拟仪器原理及其设计思想，以个人计算机硬件和Windows操作系统为依托，借助蓝牙无线通信技术实现信号的无线传输，利用LabVIEW2010设计系统采集程序，从而将下位机发送的数据引入个人计算机系统当中，然后利用计算机强大的存储、运算和显示能力实现信号的保存和实时地显示。一个脉搏信号采集和显示界面如图4所示。2．2信号分析系统。以矩形脉冲信号和脉搏信号为处理对象，建立三维傅里叶变换动态演示系统，通过动态叠加展示傅里叶变换实质，进而展示信号频域分析过程。根据傅里叶变换可知，任何连续测量的时域信号，都可以表示为不同频率的正弦波信号的叠加。本设计以频率为255Hz的矩形脉冲为处理对象，可以将其分解成N个正弦波(或者余弦波)叠加而成的。取若干个变换后的频率分量进行叠加，也就是对其进行傅里叶逆变换，将矩形脉冲的频域表示形式变换为时域表示形式，观察其逆变换后的波形并与原始矩形波形对照，进而分析傅里叶变换实质及频域分析过程。将矩形脉冲做256点的FFT变换，并进行1-16，1-32，1-48……1-256顺序叠加，观测叠加结果发现当取低频16点时其叠加时域波形即具有矩形脉冲信号轮廓，随着叠加点数的增加其时域波形越来越逼近矩形信号，高频分量对时域波形边沿影响明显，如图5所示。2．3信号处理系统。该滤波器可视化教学系统主要完成如下四个方面功能:①显示零极点变化对滤波器性能的影响。通过零极点在单位圆上的变化，观察滤波器幅频特性和相频特性的变化，以及脉冲信号和声音信号的改变。②设计低通、高通、带通和带阻滤波器，从时域和频域观测其对信号的作用。③相频特性对滤波器性能的影响。设计滤波参数相同的IIR滤波器、FIR滤波器和零相位滤波器，观察其相频特性的区别，进而对比分析将脉冲信号和声音信号通过三类滤波器后的变化。④滤波器阶数对滤波器性能的影响至关重要，观测相同类型滤波器不同阶数和不同类型滤波器相同阶数时滤波器性能的变化以及它们对信号的产生的影响。具体界面如图6所示。

3结语

本文按照“数字信号处理”课程的知识体系，以矩形脉冲信号、生理脉搏信号、声音信号为处理对象，借助可视化开发软件Matlab和LabVIEW平台，并结合蓝牙无线传输技术，设计出一套完整的可视化系统。借助该系统学生能够生动直观的观测到信号采集、无线传输、分析及处理的全过程，通过听觉和视觉感受不同处理手段对信号的影响。通过课堂教学、学生反馈和成绩统计等手段分析，认为采用该系统进行可视化教学，对改变教师的教授方式、帮助学生理解数字信号处理知识有着积极的作用和影响。

摘要：谐波主要是由称为谐波源的大功率换流设备（包括化工电解整流设备）及其它非线性负荷产生，谐波源产生的谐波不但危及电网及其它电力用户而且也危及自身，因此谐波的治理是十分必要且有实际经济效益的。本文以滏阳化工厂为实例对谐波的产生及治理方案进行了分析研究。

关键词：谐波造成的危害系统接线

1谐波造成的危害

谐波主要是由称为谐波源的大功率换流设备（包括化工电解整流设备）及其它非线性负荷产生，谐波源产生的谐波不但危及电网及其它电力用户而且也危及自身，因此谐波的治理是十分必要且有实际经济效益的。本文以滏阳化工厂为实例对谐波的产生及治理方案进行了分析研究。

该化工厂由郝村站供电，站内装设三组共10．8Mvar并联电容器，分别串联有4．5％，7％和12％电抗率的电抗器，分别用于限制五次及以上、四次及以上、三次及以上高次谐波放大并分别对五次谐波、四次谐波、三次谐波形成不完全滤波。

投运后电容器出现严重过负荷，噪音异常，个别电容器投运不久就发生鼓肚现象，后测试发现母线谐波电压和电容器回路谐波电流严重超标，为防止设备进一步损坏，将10．8Mvar电容器全部退出运行。

摘要：超高功率电弧炉在正常生产时会对电网造成高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不平衡、功率因数低等不利影响，而且超过电能质量各项指标国家标准。本文逐项进行定性分析，并对几种常见型式的SVC装置作比较，无源与有源滤波的应用和技术发展作了阐述，以形成一个完整的概念和防护方法。

关键词：超高功率电弧炉高次谐波电压闪变电压波动

现代炼钢电弧炉的基本功能是将尽可能多的电功率输入到熔池内，以获得高的生产率和低的物料、能量消耗以及好的环保指标。炼钢电弧炉按其吨钢平均变压器额定容量,或单位炉膛面积平均变压器额定容量分为普通功率(RP)、高功率(HP)和超高功率(UHP)三种。超高功率电弧炉概念自70年代提出，目标在于极大地提高电弧炉炼钢的生产率和降低成本，开创了电弧炉炼钢技术发展新纪元。但由于生产时对电网影响与干扰是多方面的，实践中也发现了涉及到电能质量的所有方面。由于超高功率电弧炉的变压器功率水平高，变压器容量高达数十兆伏安，在炼钢过程中对电网造成严重的冲击和干扰，这些“公害”必须加以控制和治理。

1对电网的干扰

1.1功率因数低

电弧炉从电网获得电能，其中一部分转化为有用的热能，而另一部分则为无功能量。为了使电弧能稳定燃烧，电弧炉的功率因数不能取得太高。因电弧炉负载是高感性的，电弧炉的接入使供电电网的功率因数恶化。超高功率电弧炉运行在熔化期时，功率因数甚至低到0.1，这样引起母线电压严重降低。电压降低又相应降低电弧炉的有功功率，使熔化期延长，生产率下降。

摘要：针对数字信号处理课程公式繁多，内容晦涩难懂，文章设计了基于MATLABGUI的数字信号处理课程可视化平台设计。平台设计的界面里包含着主界面和子界面，内容包括离散系统的时域和频域的分析，快速傅里叶(FFT变换，有限长脉冲响应(FIR和无限长脉冲响应(IIR数字滤波器四大模块，涉及数字信号处理课程的主要内容。该系统有良好的交互性和可扩展性，实践证明，该平台的使用增强学习数字信号处理的效果。

关键词：数字信号处理；图形用户界面；交互性

数字信号处理[1-4]是全世界范围内广泛要求学习的信息类学科的基础课，主要通过数学手段对信号进行分析和处理，达到优于模拟信号的传输和储存的目的。现在用于通信、航天、地质、控制和生物医药等多个领域。但是该课程的特点是公式繁多，推导复杂，概念难以理解，所以学生掌握起来会有非常大的困难。本文研究的是数字信号处理平台的GUI设计，运用MATLABGUI[5-6]完成教学和实验两大主要部分的界面的设计。在教学界面部分，用下拉菜单添加了数字信号处理所有的课件；在实验界面部分，实现了数字信号处理的教学中的主要实验。

1平台设计的框架

根据数字信号处理课程的内容，本文的设计平台主要设计四大模块，包括离散系统的时域和频域的分析，快速傅里叶(FFT变换，有限长脉冲响应(FIR和无限长脉冲响应(IIR数字滤波器。在平台设计时，通过仿真界面观察绘制出实验仿真图像，进行直观地对比和分析，深刻理解和总结数字信号处理的理论知识。为了遵循尽量简洁的原则采用了树状的设计结构，最上层是登录界面，输入的信息确认符合后，进入主界面，四大实验模块都放在主界面下，通过主界面调用各个子界面，并通过点击按钮可返回到上级界面。图1所示是平台的界面设计的主体结构图。其中，离散信号时域和频域分析子界面设计包括基本时间离散信号的生成、基本离散信号的运算、采样、内插、线性卷积、LSI系统的时域响应、系统的零极点分析、系统的频率响应、系统的单位脉冲响应等子界面；快速傅里叶变换子界面包括离散傅里叶变换和快速傅里叶变换子界面；有限长脉冲响应数字滤波器子界面包括窗函数设计法和等波纹最佳逼近法两种设计方法，还添加了两种方法设计滤波器的验证界面；无限长脉冲响应数字滤波器子界面包括脉冲响应不变法和双线性变换法两种设计方法。

2平台测试与仿真