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  • matlab带阻滤波器设计

    千次阅读 2019-12-19 11:50:33
    MATLAB带阻滤波器设计## ** %程序设计 %任务书中给出的要求为中心频率200Hz,带宽150Hz。 %故设上通带截止频率为110Hz,下通带截止频率290Hz,阻带上限频率140Hz,阻带下限频率260Hz。 %此处仅以Boxcar窗为示例,...

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    MATLAB带阻滤波器设计##

    **

    %程序设计
    %任务书中给出的要求为中心频率200Hz,带宽150Hz。
    %故设上通带截止频率为110Hz,下通带截止频率290Hz,阻带上限频率140Hz,阻带下限频率260Hz。
    %此处仅以Boxcar窗为示例,其他窗函数的程序代码基本相同,
    %只是在window=Boxcar(N)、N=ceil(1.8*pi/delta_w)两处作出各个窗函数相应的修改即可。
    flp=490;
    fhp=510;
    fls=499;
    fhs=501;
    fs=2048;
    wlp=2*pi*flp/fs;
    whp=2*pi*fhp/fs;
    wls=2*pi*fls/fs;
    whs=2*pi*fhs/fs;
    wc=[(wlp+wls)/(2*pi),(whp+whs)/(2*pi)];
    delta1=wls-wlp;
    delta2=whp-whs;
    delta_w=min(delta1,delta2);
    N=ceil(1.8*pi/delta_w);  %//不同的窗要选择系数不同//
    N=N+rem(N,2);
    n=0:N-1;
    window=boxcar(N+1);  %//选择窗函数//
    [h1,w]=freqz(window,1);
    subplot(2,2,1)
    stem(window,'.');
    xlabel('n');
    title('Boxcar窗函数');
    subplot(2,2,2)
    plot(w*fs/(2*pi),20*log(abs(h1)/abs(h1(1))));
    grid;
    xlabel('f/Hz');
    ylabel('幅度(dB)');
    title('Boxcar窗函数的频谱');
    hn=fir1(N,wc,'stop',window);
    [h2,w]=freqz(hn,1,512);
    
    subplot(2,2,3)
    stem(hn,'.');
    xlabel('n');
    ylabel('h(n)');
    title('Boxcar窗函数的单位脉冲响应');
    subplot(2,2,4)
    plot(w*fs/(2*pi),20*log(abs(h2)/abs(h2(1))));
    grid;
    xlabel('f/Hz');
    ylabel('幅度(dB)');
    title('Boxcar带阻滤波器的幅频特性');
    
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  • Matlab作为一种常用的大型工程软件,包括数值计算、程序设计、信号处理等多种功能,目前已成为辅助电路分析最为通用的软件之一。实际工作中,当对电路进行分析设计...1 带阻滤波器信号处理中,一般只允许一定频率范...

    Matlab作为一种常用的大型工程软件,包括数值计算、程序设计、信号处理等多种功能,目前已成为辅助电路分析最为通用的软件之一。实际工作中,当对电路进行分析设计时,会涉及到大量的计算,而这些计算十分繁冗。为此,可借助于Matlab本身自带的函数进行编程解决电路计算问题,同时将电路分析中频繁遇到的计算问题编写成函数,以提高电路分析的效率,取得了良好的效果。

    1 带阻滤波器信号处理中,一般只允许一定频率范围的信号通过,而实际信号频率的范围可能较大,这就需要使用带阻滤波器进行信号处理。

    带阻滤波器是指能通过大多数频率分量,但将一定范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,用来抑制一定频段内的信号。带阻滤波器可分为窄带滤波器和宽带阻滤波器。窄带阻滤波器一般用带通滤波器和减法器电路组合起来实现,窄带组滤波器通常用作单一频率的陷波,又称为陷波器。宽带阻滤波器通常用低通滤波器和高通滤波器求和实现。理想带阻滤波器在阻带内的增益为零。带阻滤波器的中心频率f0和抑制带宽BW之间的关系为

    20121023094907295.jpg

    式中,Q为品质因数。fH为带阻滤波器的上限频率。fL为带阻滤波器的下限频率,其中fH>fL。带宽BW越窄,品质因数Q越高。

    2 目标函数分析文中要实现的带阻滤波器函数如下

    20121023094909610.jpg

    20121023094914366.jpg

    对该函数进行分析,可以先分析典型的二阶带通滤波器,其形式如式(4)所示。通过适当的电路形式实现以上函数,且电路中各参数值在要求在标称值范围内将二者进行对比,可发现:当用1减去H(S)时,可得到所需的结构形式。其典型的电路形式如图1所示。

    20121023094914389.jpg    根据虚短虚段原理,可得到该电路图的节点电压方程组

    20121023094914337.jpg

    3 带阻滤波器的电路实现通过以上分析,带阻滤波器在电路的实现形式上,采用带通响应综合成带阻响应,即带通滤波器和减法器组成,得到带阻滤波器电路,其电路形式如图2所示。

    20121023094914633.jpg    将R1之前的带通滤波器输入看作一个整体,记为ud,则根据加法器电路原理有

    20121023094915657.jpg

    4 Matlab参数计算及寻优由上述分析可见,式(13)~式(16)包含7个未知变量,任意确定其中4个参数,该方程组为包含3个未知变量的非线性方程组,手工计算难度较大,且又要使得解析值为电阻或电容的标称值,更使计算量较大,重复性强。但运用Matlab的优化工具箱函数Solve,就能对其方便地求解,Slove函数用来对一般的代数方程,包括非线性和超越方程进行求解,且可以解出关于指定变量的解析方程,该函数相当于对矢量方程等式左边就目标值0,进行寻优求值。for循环语句可以完成重复寻优的工作。寻优的思想是将电阻和电容的标称值作为列表,输入Matlab程序中,每一参数进行寻优,使得每个参数均为标称值。程序流程如图3所示。

    20121023094915654.jpg    在Matlab环境下,编写m文件,实现参数计算以及寻优。

    20121023094915323.jpg

    以上计算机寻优计算,使电容值取定值,电阻值进行寻优,可得到多组解值,表1是在A、B、C都给定的条件下寻到的满足要求的结果,若还要缩小结果的可选范围,可再加入误差范围要求、品质因子等约束条件,使得可选范围缩小,同时还可加入如频谱分析等其他功能。

    5 结果分析对所需要设计的带阻滤波器的传递函数进行了Matlab仿真分析,对传递函数进行分析设计出相应的电路,并通过Matlab对该电路参数进行计算寻优后,应用PSpise电路仿真软件对该电路进行了仿真分析,并记录了实际电路测试的结果。现将3种结果绘制到同一张图上,其结果如图4所示,陷波频率Matlab仿真结果为9.55 Hz,电路Pspise仿真结果为9.568 Hz,实际电路中,由于电容带来的误差,使得实测值会有偏差,实测结果为9.48 Hz,误差度为0.7%,满足使用要求。

    20121023094924774.jpg

    6 结束语带阻滤波器在实际信号处理中应用广泛,而其参数的选取是个计算繁冗、重复性强的过程。文中根据已知带阻滤波器传函,设计相应的实现电路,该电路参数计算较为复杂,加之参数需符合标称值,更导致计算量大、繁琐,重复性强,但运用Matlab的计算功能,可以使问题简单化,且既使带阻滤波器的传函参数发生改变,也只需调整程序中相应的参数即可,使得电路设计过程大幅简化。

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    基于matlab的带通、带阻滤波器设计实例

    以下两个滤波器都是切比雪夫I型数字滤波器,不是巴特沃尔滤波器,请使用者注意!

    1.带通滤波器

    function y=bandp(x,f1,f3,fsl,fsh,rp,rs,Fs)

    %带通滤波

    %使用注意事项:通带或阻带的截止频率与采样率的选取范围是不能超过采样率的一半%即,f1,f3,fs1,fsh,的值小于 Fs/2

    %x:需要带通滤波的序列

    % f 1:通带左边界

    % f 3:通带右边界

    % fs1:衰减截止左边界

    % fsh:衰变截止右边界

    %rp:边带区衰减DB数设置

    %rs:截止区衰减DB数设置

    %FS:序列x的采样频率

    % f1=300;f3=500;%通带截止频率上下限

    % fsl=200;fsh=600;%阻带截止频率上下限

    % rp=0.1;rs=30;%通带边衰减DB值和阻带边衰减DB值

    % Fs=2000;%采样率

    %

    wp1=2*pi*f1/Fs;

    wp3=2*pi*f3/Fs;

    wsl=2*pi*fsl/Fs;

    wsh=2*pi*fsh/Fs;

    wp=[wp1 wp3];

    ws=[wsl wsh];

    %

    % 设计切比雪夫滤波器;

    [n,wn]=cheb1ord(ws/pi,wp/pi,rp,rs);

    [bz1,az1]=cheby1(n,rp,wp/pi);

    %查看设计滤波器的曲线

    [h,w]=freqz(bz1,az1,256,Fs);

    h=20*log10(abs(h));

    figure;plot(w,h);title('所设计滤波器的通带曲线');grid on;

    y=filter(bz1,az1,x);

    end

    带通滤波器使用例子

    展开全文
  • 用双线性变换法,实现原型低通为椭圆型的IIR数字带阻滤波器设计,其相关MATLAB程序
  • 带阻滤波MATLAB代码

    2015-11-20 11:21:03
    带阻滤波器MATLAB的S函数代码,测试过
  • matlab设计模拟带阻滤波器

    万次阅读 多人点赞 2018-10-24 22:13:11
    简单记录下在matlab上如何设计出模拟的带阻滤波器,包括:巴特沃斯滤波器、切比雪夫I型滤波器、切比雪夫II型滤波器、椭圆型滤波器。 %设计带阻滤波器 %巴特沃斯、切比雪夫I型、切比雪夫II型、椭圆型滤波器 clear ...

    简单记录下在matlab上如何设计出模拟的带阻滤波器,包括:巴特沃斯滤波器、切比雪夫I型滤波器、切比雪夫II型滤波器、椭圆型滤波器。

    %设计带阻滤波器
    %巴特沃斯、切比雪夫I型、切比雪夫II型、椭圆型滤波器
    
    
    clear all;
    
    %wp和ws分别是通带和阻带的频率(截止频率)。当wp>ws时,为高通滤波器;当wp和ws为二元矢量时,为带通或带阻滤波器,这是求出的Wn也是二元矢量
    
    %wp和ws为二元矢量
    wp=[0.075*2*pi 0.2*2*pi];               %设置通带频率
    ws=[0.1*2*pi 0.15*2*pi];                %设置阻带频率
    
    Rp=1;                                   %设置通带波纹系数
    Rs=20;                                  %设置阻带波纹系数        
    
    %巴特沃斯滤波器设计
    [N,Wn]=buttord(wp,ws,Rp,Rs,'s');        %求巴特沃斯滤波器阶数,输出参数N代表满足设计要求的滤波器的最小阶数,Wn是等效低通滤波器的截止频率
    %无论是高通、带通和带阻滤波器,在设计中最终都等效于一个截止频率为Wn的低通滤波器(我现在也不是很理解为啥是这样,毕竟我也是刚接触滤波器)
    fprintf('巴特沃斯滤波器 N= %4d\n',N);    %显示滤波器阶数
    [bb,ab]=butter(N,Wn,'stop','s');        %求巴特沃斯滤波器系数,即求传输函数的分子和分母的系数向量
    W=0:0.01:2;                             %设置模拟频率
    [Hb,wb]=freqs(bb,ab,W);                 %求巴特沃斯滤波器频率响应
    plot(wb/pi,20*log10(abs(Hb)),'b');      %作图
    hold on
    
    %切比雪夫I型滤波器设计
    [N,Wn]=cheb1ord(wp,ws,Rp,Rs,'s');       %求切比雪夫I型滤波器阶数
    fprintf('切比雪夫I型滤波器 N= %4d\n',N); %显示滤波器阶数
    [bc1,ac1]=cheby1(N,Rp,Wn,'stop','s');   %求切比雪夫I型滤波器系数,即求传输函数的分子和分母的系数向量
    [Hc1,wc1]=freqs(bc1,ac1,W);             %求切比雪夫I型滤波器频率响应
    plot(wc1/pi,20*log10(abs(Hc1)),'k');    %作图
    
    %切比雪夫II型滤波器设计
    [N,Wn]=cheb2ord(wp,ws,Rp,Rs,'s');       %求切比雪夫II型滤波器阶数
    fprintf('切比雪夫II型滤波器 N= %4d\n',N);%显示滤波器阶数
    [bc2,ac2]=cheby2(N,Rs,Wn,'stop','s');   %求切比雪夫II型滤波器系数,即求传输函数的分子和分母的系数向量
    [Hc2,wc2]=freqs(bc2,ac2,W);             %求切比雪夫II型滤波器频率响应
    plot(wc2/pi,20*log10(abs(Hc2)),'r');    %作图
    
    %椭圆型滤波器设计
    [N,Wn]=ellipord(wp,ws,Rp,Rs,'s');       %求椭圆型滤波器阶数
    fprintf('椭圆型滤波器 N= %4d\n',N);      %显示滤波器阶数
    [be,ae]=ellip(N,Rp,Rs,Wn,'stop','s');   %求椭圆型滤波器系数,即求传输函数的分子和分母的系数向量
    [He,we]=freqs(be,ae,W);                 %求椭圆型滤波器频率响应
    %作图
    plot(we/pi,20*log10(abs(He)),'g');
    axis([0 max(we/pi) -30 2]);
    legend('巴特沃斯滤波器','切比雪夫I型滤波器','切比雪夫II型滤波器','椭圆型滤波器');
    xlabel('角频率{\omega}/{\pi}');
    ylabel('幅值/dB');
    line([0 max(we/pi)],[-20 -20],'color','k','linestyle','--');
    line([0 max(we/pi)],[-1 -1],'color','k','linestyle','--');
    line([0.15 0.15],[-30 2],'color','k','linestyle','--');
    line([0.4 0.4],[-30 2],'color','k','linestyle','--');
    

    运行结果如下:

    巴特沃斯滤波器 N=    4
    切比雪夫I型滤波器 N=    3
    切比雪夫II型滤波器 N=    3
    椭圆型滤波器 N=    2
    

    在这里插入图片描述

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    2020-06-01 09:22:48
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  • 设计FIR带阻滤波器,有源程序,欢迎下载
  • 包含基于Matlab的IIR高通、带通、低通和带阻数字滤波器设计(基于巴特沃斯和切比雪夫I型​​​​​​​两种滤波器实现)全套源码、PPT、课设。希望对大家有帮助!!!
  • 频率域滤波之带阻滤波器matlab代码

    千次阅读 2019-02-25 21:13:39
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