滤波器原理及应用——背景

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1、滤波器原理及应用,刘斌,主要内容,滤波器的应用背景 滤波器分类 滤波器的实现 分析方法 结论 附录,1.背景,信号噪声无处不在（一维、二维传感器） 周期噪声（固定频率的干扰）； 随机噪声（不确定的干扰）； 观测和控制都需要真实的信号，指定频率、突变的干扰尽量排除或限制； 工程软硬件中都给出了一些滤波器模块； 工程技术人员需要了解滤波器原理，参数如何进行设定，滤波器对信号的定性影响，采用这些信号的注意事项。,2.1滤波器的分类,频域； 高通； 低通； 带通； 指定频率； 全通相移； 时域； 卡尔曼滤波器；,2.2滤波器的分类,其他分类 模拟滤波器与数字滤波器 离散滤波器与连续滤波器 线性与非线性

2、滤波器 时变滤波器与时不变滤波器 无源(passive)滤波器与有源（active）滤波器,3.1滤波器的实现,硬件实现 自己搭建(放大器电阻电容电感) 模块化设计(集成电路); 软件实现 模块设计参数 自己编程搭建,3.2低通滤波器的原理图,3.3高通滤波器的原理图,3.4 带通滤波器的原理图,3.5带阻滤波器的原理图,3.4软件中的滤波器,TDC中SBLT1库中的filter滤波器，参数如下； 滤波器功能（高通、低通、带通、带阻）； 滤波器阶数； 滤波器类型(BesselButterworth其他)；,Controllogix库中的滤波器： HPF：wlag order LPF：wlag

3、order,Notch滤波器（消除指定频率）,罗克韦尔软件中的notch滤波模块,软件设计案例1,低通滤波器设计：目标滤除10Hz以上的频率。,低通滤波器的特点,对高频信号起减弱的作用，不能完全消除； 幅值效果好的滤波器，相位延迟的比较多； 延迟的时间可以计算；,软件设计案例2,高通滤波器设计：目标滤除10Hz以下的频率。,软件设计案例3,低通滤波器设计：目标提取出10Hz的信号。,4.1频域滤波器分析方法,拉氏变换后观察相-频，幅-频特性,4.2.1低通滤波器分析,4.2.2低通滤波器伯德图,4.3.1高通滤波器分析,如无源高通滤波器,4.3.2高通滤波器伯德图,4.4Notch滤波分析,4

4、.4.2 Notch滤波器伯德图,Q=1,Q=10,5.结论,频域滤波器适用范围的很宽，处理的范围和信号处理追求的结果是矛盾的； 观测用时，可以适当采用低频滤波； 反馈用时，需要根据控制特性进行适当选择，时滞从小到大时，对控制先起到恶化的作用。通常PI控制参数的选择要和滤波时间进行综合考虑；,附录1：异常点的处理,限幅 限斜率 报警判断（利用幅值界限和斜率界限进行选择）。,附录2：有源和无源滤波的异同,有源滤波成本便宜； 传递函数可以做到等同无源滤波； 放大器的缘故，带宽有限，不适合很高频率的信号处理；,附录3：信号无失真传输条件,附录4：拉氏变换,附录5：电阻、容抗、感抗,附录6 均值滤波器的幅频特性,附录7 理想滤波器,理想低通滤波器幅-频特性曲线,理想高通滤波器,理想带通滤波器,理想带阻滤波器,附录8 均衡,在通带范围内，可以级联均衡器，使得幅值和相位特性近似无失真传输系统，也就是时滞和幅值衰减都为常数。,参考文献,Paul Scherz.实用电子元器件与电路基础 西蒙.赫金信号与系统,