动态力信号采集系统滤波器的设计毕业论文_自动化毕业设计

动态力信号采集系统滤波器的设计毕业论文

2021-04-19更新

摘 要

在很多机械设备、试验设备的运行工程中,力信号是重要的反馈控制信号之一。是否能准确的测量力信号的大小,密切影响着系统是否能正常运行,试验数据是否可信。在力信号的采集过程中,往往由于存在电路的相互干扰、电源噪声干扰和电磁干扰等,使得所得的信号一般都是有用信号与和噪声的混合,特别地,在有用信号较小时,甚至会出现噪声完全覆盖了有用信号。

本文针对于单片机数据采集系统中经常出现的随机干扰,模拟过程可以通过手动输入来完成,研究了分析了巴特沃斯低通滤波器的特性,接着使用Matlab工具箱提供的函数来设计巴特沃斯低通滤波器,通过实验结果比较得出结论。

关键词:Matlab;数据采集;滤波器;

ABSTRACT

In the operation of many mechanical equipment and test equipments, the signal is one of the important feedback control signals.. Whether the size of the signal can be measured is closely related to whether the system can run normally and whether the test data is credible.In the force signal acquisition process:often due to the circuit in the presence of mutual interference, power supply noise interference and electromagnetic interference, making the signal from are generally useful signal and noise mixed, in particular, in the useful signal is very small, even noise completely covers the useful signal.

This article according to random interference in microcontroller data acquisition system often appear, by manual input to simulate process data acquisition and validation of several more general overcome random interference of single chip digital filtering algorithm is presented, and the corresponding C program, especially for the median value filter and the median average filter algorithm is improved. At the same time, it compares the filtering algorithm and points out the range of application of each algorithm.. In addition, we use the Matlab to verify the simulation.

Key words:Matlab;data acquisition;filter;

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究的目的和意义 1

1.2 滤波器的研究现状 1

1.3 研究内容 3

1.4 本章小结 3

第二章 滤波器的设计 4

2.1 滤波器的种类 4

2.2  四种类型模拟滤波器的比较  4

第三章 巴特沃斯低通滤波器 7

3.1 巴特沃斯滤波器 7

3.1.1 巴特沃斯低通滤波器的基本介绍 7

3.1.2 巴特沃斯滤波器的定义和传递函数 7

3.1.3 巴特沃斯滤波器的幅频特性和相频特性 10

第四章 MATLAB仿真及分析 13

4.1   MATLAB工具箱函数  13

4.2 MATLAB的介绍 14

4.2.1 MATLAB的简单认识 14

4.3 巴特沃斯滤波器的MATLAB仿真 16

4.4 本章小结 24

第五章 结语和展望 25

致 谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

在很多机械设备、试验设备的运行工程中,力信号是重要的反馈控制信号之一。是否能准确的测量力信号的大小,密切影响着系统是否能正常运行,试验数据是否可信。在现在电信设备以及各类控制系统运用蛮广泛的,滤波器的好坏往往决定着一个产品的好坏,滤波器分为经典滤波器和低通滤波器这两种。从60年代到90年代,滤波器从慢慢发展为低耗能、小体积、高精度、多功能稳定可靠,到了研究各种新型滤波器的应用,最后,90年代致力于把滤波器更多的运动到产品中慢慢的实现。谐波干扰在生活和科研生产中形成了巨大的障碍,自然而然滤波器产品出现了,生活中很多产品离不开滤波器的,智能家电、手机通讯设备、雷达系统、助听器、变声器等等,所以这次研究还是对我们今后生活非常有意义的,滤波器的前景也不容小视。

1.2 滤波器的研究现状

1997年,陈思[1,2]通过建立巴特沃斯滤波器设计的数据库来进行滤波器的设计。具有输出阻抗低和稳定性好是她设计电路的特点。唯一的缺憾是,很敏感对于元件值的变化。

2003年,李钟慎[9] 分析了巴特沃斯滤波器的特性,接着用butterdesign函数设计了相应的性能指标的巴特沃斯滤波器的最小阶数,截止频率,与此同时还绘制了频率特性曲线图,把巴特沃斯滤波器的设计表现的更加直观。

2008年,黄同,王海军,苗晓峰[16,17]表述了巴特沃斯滤波器的本质、类型、实现步骤和应用。运用了Matlab程序中工具箱,来剖析函数代码,并且给出了较标准双线性变换法步骤更为简易的数字巴特沃斯滤波器设计,同时为了实现数据滤波运用了编程仿真。

2008年陈鹏等介绍了一种较新奇的自适应滤波系统的实现方法[4],它是利用FFT谱分析抽取的信号主频来实现滤波中心频率实时跟踪及带宽分段变化。实验测试结果表明:在较强背景噪声下,此系统跟踪提取有用信号并且能够精确计算信号频率的功能,为涡街流量计信号处理,涡轮信号等实际运用中信号的进一步应用提供基础研究。与此同时还介绍了频域模式化分析或时域波形理论等方法在实现与应用上是有限的。在信号处理中,中值滤波也是常用的一种滤波器,它能有效地去除脉冲干扰,能保持信号边缘信息,得到了广泛应用。小波变换的特点是具有多分辨率,适合分析非平稳信号,可以由粗到精地逐步观察信号。

2006年龚时华,张严指出Kalman滤波技术是现代信息处理中的重要工具[12],但是基本的Kalman滤波基本方程中要求量测噪声与系统噪声只可以为互不相关的均值为零的白噪声过程,有一定的应用的范围。此文研究了在系统噪声和量测噪声都是有色噪声条件下的Kalman滤波方法,运用状态扩充法和量测扩增法推导了全套的滤波方程,拓宽Kalman滤波器在工程中的应用范围。

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