基于matlab的iir數(shù)字濾波器設計(編輯修改稿)
2025-07-23 04:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 器設計分析工具，MATLAB (Filter Design Toolbox)。FDATool可以設計幾乎所有的常規(guī)濾波器，包括FIR和IIR的各種設計方法。它操作簡單，方便靈活。FDATool界面總共分兩大部分，一部分是Design Filter。在界面的下半部，用來設置濾波器的設計參數(shù)；另一部分則是特性區(qū)，在界面的上半部分，用來顯示濾波器的各種特性。Design Filter部分主要分為：Filter Type(濾波器類型)選項，包括Lowpass(低通)、Highpass(高通)、Bandpass(帶通)、Bandstop(帶阻)和特殊的FIR濾波器。Design Method(設計方法)選項，包括IIR濾波器的Butterwotth(巴特沃思)法、ChebyshevType I(切比雪夫I型)法、Chebyshev Type II(切比雪夫II型)法、Elliptic(橢圓濾波器)法和FIR濾波器的Equiripple法、LeastSquares(最小乘方)法、Window(窗函數(shù))法。Filter Order(濾波器階數(shù))選項，定義濾波器的階數(shù)，包括Specify Order(指定階數(shù))和Minimum Order(最小階數(shù))。在Specify Order中填入所要設計的濾波器的階數(shù)(N階濾波器，Specify Order=N1)。如果選擇Minimum Order，則MATLAB根據(jù)所選擇的濾波器類型自動使用最小階數(shù)。Frequency Specifications選項，可以詳細定義頻帶的各參數(shù)，包括采樣頻率和頻帶的截止頻率。它的具體選項由Filter Type選項和Design Method選項決定。例如Bandpass(帶通)濾波器需要定義Fstop1(下阻帶截止頻率)、Fpass1(通帶下限截止頻率)、Fpass2(通帶上限截止頻率)、Fstop2(上阻帶截止頻率)，而Lowpass(低通)濾波器只需要定義FstopFpass1。采用窗函數(shù)設計濾波器時，由于過渡帶是由窗函數(shù)的類型和階數(shù)所決定，所以只需定義通帶截止頻率，而不必定義阻帶參數(shù)。Magnitude Specifications選項，可以定義幅值衰減的情況。例如設計帶通濾波器時，可以定義Wstop1(頻率Fstop1處的幅值衰減)、Wpass(通帶范圍內(nèi)的幅值衰減)、Wstop2(頻率Fstop2處的幅值衰減)。當采用窗函數(shù)設計時，通帶截止頻率處的幅值衰減固定為6db，所以不必定義。我們將以一個IIR濾波器的設計實例來具體說明使用matlab工具箱的方便。要求設計elliptic（橢圓）帶通數(shù)字低通濾波器滿足下列指標：它的通帶范圍從100HZ到150HZ, 采樣頻率Fs=1000HZ, 通帶最大衰減Rp=1dB，阻帶最大衰減 Rs=60dB ,階數(shù)為10。在該實例中，首先在Response Type中選擇Bandpass 高通濾波器，然后在下面的Desigh Method中選擇IIR類型，并且指定 Filter Order項中的階數(shù)Specify Order=10 ，由于是設計elliptic 橢圓濾波器，其下面Option就不必選擇。 然后在Frequency Specifications中選擇Unit為Hz，給出采樣頻率Fs=1000，通帶Fpass1=100和Fpass2=150；最后在Magnitude Specifications中選擇Unit為dB，Apass=1,Astop=60. 設置完成后點擊Design Filter即可得到所設計的IIR濾波器。通過菜單選項Analysis可以在特性區(qū)看到所設計的幅頻響應、相頻響應、沖擊響應和零極點配置等特性，,。下面即是運用FDATOOl對elliptic橢圓濾波器的設計界面： 相頻特性 沖擊響應特性 從以上這些界面中我們可以清晰明了的看到設計的橢圓濾波器各種特性：由以上圖中我們能夠很容易的分析，、等紋波的抑止頻帶，而且過渡帶寬非常狹窄，總之，使用FDATool工具包設計和分析濾波器，是非常方便易行的，而且交互性良好，不需要極其復雜的程序編制就可以實現(xiàn)。在工程中也是廣泛應用 。．基于fdesign更加優(yōu)化的設計方法 Fdesign是一種面向?qū)ο蟮臑V波器設計方法。這種設計方法的設計思路是：，例如fvtool，sptool等，使用這些工具箱進行設計。，對象中包含所有濾波器的特性及可供操作的函數(shù) ，sptool提供了濾波器分析及視覺化集成環(huán)境。 ，包括：延時，濾波器設計復雜度，阻帶衰減權(quán)衡分析，支持多種濾波器結(jié)構(gòu)包括：directform FIR，transposed，Overlapadd FIR以及之間的轉(zhuǎn)換用convert函數(shù)進行操作。 ：它可以生成simulink模型 ，使用cost函數(shù)：。 .fvtool設計IIR數(shù)字濾波器 FVTool 可用于查看設計或?qū)氲臑V波器的特性，包括其幅度響應、相位響應、群延遲、極點零點圖、沖激響應和階躍響應等。 下面我就來用一個程序來分析如何用fvtool設計濾波器： %用工具箱的畫圖工具進行畫圖clear。Wp=60/600。Ws=90/600。Rp=1。Rs=15。 %濾波器參數(shù)設定[N, Wn] = BUTTORD(Wp, Ws, Rp, Rs)。 [B,A] = BUTTER(N,Wn) 。 %巴特沃斯模擬濾波器[num, den] = iirlp2bp(B,A, , [, ])。 %IIR低通向帶通轉(zhuǎn)換fvtool(B,A, num, den)。 %進入fvtool界面進行濾波器設計與分析 FT=(B,A)。 %將要設計的濾波器參數(shù)傳遞給變量FTrealizemdl(FT)。
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