課程設(shè)計(jì)名稱 智能化測(cè)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)章節(jié)參考內(nèi)容

1、2011年12月9日交。格式和以前一樣！課程設(shè)計(jì)名稱： 智能化測(cè)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)這個(gè)是智能化測(cè)控課程設(shè)計(jì)的材料第一章 緒論第二章 LabVIEW簡(jiǎn)介第三章 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)第四章 利用虛擬儀器測(cè)試典型電路基于LabVIEW的IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)LabVIEW為設(shè)計(jì)者提供了FIR和IIR濾波器VI，使用起來非常方便，只需要輸入相應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)即可，不需要進(jìn)行復(fù)雜的函數(shù)設(shè)計(jì)和大量的運(yùn)算。濾波器VI位于LabVIEW流程圖面板的Function>>Analyze>>SignalProcessing>>Filters上。不同濾波器VI濾波時(shí)均有各自的特點(diǎn)，因此它們用途

2、各異。在利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)濾波功能時(shí)，選擇合適的濾波器是關(guān)鍵，在選擇濾波器時(shí)，可參照不同濾波器的特點(diǎn)，考慮濾波的實(shí)際要求來選擇合適的濾波器5。各種濾波器的特點(diǎn)及選擇濾波器的步驟見圖1。圖1濾波器選擇步驟3基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例電力系統(tǒng)濾波器可以從電力信號(hào)中將所需頻段的信號(hào)提取出來并將干擾信號(hào)濾除或大大衰減。利用LabVIEW可以設(shè)計(jì)出滿足電力系統(tǒng)需要的濾波器，圖2為利用LabVIEW設(shè)計(jì)的IIR數(shù)字濾波器前面板，前面板上有參數(shù)設(shè)置、波形顯示兩個(gè)區(qū)域。在參數(shù)設(shè)置區(qū)域有六個(gè)設(shè)置項(xiàng)：濾波器選擇、濾波器類型、下截止頻率、上截止頻率、采樣頻率、階次、紋波、衰減；選擇的濾波器不同時(shí)，需

3、要設(shè)置的項(xiàng)也不同。波形顯示區(qū)域用于顯示濾波前后的波形，在此區(qū)域可直觀地看出濾波效果。1.2數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法數(shù)字濾波器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程可歸納為以下三個(gè)步驟：(1)按照實(shí)際需要確定濾波器的性能要求。(2)用一個(gè)因果穩(wěn)定的系統(tǒng)函數(shù)(即傳遞函數(shù))去逼近這個(gè)性能要求。此函數(shù)可以分為兩類：即IIR傳遞函數(shù)和FIR傳遞函數(shù)。(3)用一個(gè)有限精度的運(yùn)算去實(shí)現(xiàn)這個(gè)傳遞函數(shù)。FIR濾波器設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是確定能滿足要求的轉(zhuǎn)移序列或脈沖響應(yīng)的常數(shù)，設(shè)計(jì)方法主要有窗函數(shù)法、頻率采樣法和等波紋最佳逼近法等。目前，F(xiàn)IR濾波器設(shè)計(jì)沒有封閉的設(shè)計(jì)公式。雖然窗函數(shù)法對(duì)窗口函數(shù)可給出計(jì)算公式，但計(jì)算通帶與阻帶衰減仍無計(jì)算公式。F

4、IR濾波器的設(shè)計(jì)只有計(jì)算程序可循，因此對(duì)計(jì)算工具要求較高，不用計(jì)算機(jī)編程一般很難實(shí)現(xiàn)。IIR濾波器的設(shè)計(jì)源于模擬濾波器設(shè)計(jì)，它通過對(duì)低通濾波器進(jìn)行模擬頻率變換得到。常用的IIR濾波器有巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器。目前，IIR濾波器的設(shè)計(jì)可以借助模擬濾波器的成果，有封閉形式的設(shè)計(jì)公式，對(duì)計(jì)算工具的要求不高。IIR濾波器的設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但脫離不了模擬濾波器的設(shè)計(jì)模式，主要用于設(shè)計(jì)低通、高通、帶通及帶阻濾波器。而FIR濾波器的設(shè)計(jì)要靈活得多，尤其是頻率采樣設(shè)計(jì)法更易適應(yīng)各種幅度特性和相位特性的要求。2基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)2.1 L

5、abVIEW簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW是NI（National INSTRUMENT，美國國家儀器）公司推出的一種基于G語言的虛擬儀器（virtual INSTRUMENT，VI）開發(fā)工具。LabVIEW編程使用圖形化語言，它是非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員使用的工具，它為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)便捷、輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境，因此，LabVIEW在世界范圍內(nèi)的眾多領(lǐng)域如航空、航天、通信、電力、汽車、化學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用4。LabVIEW有兩個(gè)基本窗口：前面板窗口和流程圖窗口。編譯環(huán)境下顯示兩個(gè)窗口，前面板用于放置控制對(duì)象和顯示對(duì)象，控制對(duì)象相當(dāng)于常規(guī)儀器的控制和調(diào)節(jié)按鈕；前面板用于顯示程序運(yùn)行結(jié)果，相當(dāng)于常規(guī)

6、儀器的顯示屏幕或指針。流程圖窗口用于編寫和顯示程序的圖形源代碼，它相當(dāng)于語言編程中一行行的語句，它由各種能完成一定功能的模塊通過連線連接而成。當(dāng)編寫的LabVIEW程序調(diào)試無誤后，可將程序編譯成應(yīng)用程序（EXE文件）。此時(shí)，設(shè)計(jì)的虛擬儀器可以脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境，用戶只需通過前面板進(jìn)行控制和觀測(cè)。2.2 LabVIEW中的數(shù)字濾波器利用文本軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的濾波器在使用過程中往往出現(xiàn)難以調(diào)整波形系數(shù)，與硬件接口程序復(fù)雜，開發(fā)周期長(zhǎng)等問題。而使用LabVIEW設(shè)計(jì)的濾波器不僅設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且使用起來要比利用文本文件實(shí)現(xiàn)的濾波器方便得多。LabVIEW為設(shè)計(jì)者提供了FIR和IIR濾波器V

7、I，使用起來非常方便，只需要輸入相應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)即可，不需要進(jìn)行復(fù)雜的函數(shù)設(shè)計(jì)和大量的運(yùn)算。濾波器VI位于LabVIEW流程圖面板的Function>>Analyze>>SignalProcessing>>Filters上。不同濾波器VI濾波時(shí)均有各自的特點(diǎn)，因此它們用途各異。在利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)濾波功能時(shí)，選擇合適的濾波器是關(guān)鍵，在選擇濾波器時(shí)，可參照不同濾波器的特點(diǎn)，考慮濾波的實(shí)際要求來選擇合適的濾波器5。各種濾波器的特點(diǎn)及選擇濾波器的步驟見圖1。圖1濾波器選擇步驟3基于LabVIEW的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)實(shí)例電力系統(tǒng)濾波器可以從電力信號(hào)中將所需頻段的信號(hào)提

8、取出來并將干擾信號(hào)濾除或大大衰減。利用LabVIEW可以設(shè)計(jì)出滿足電力系統(tǒng)需要的濾波器，圖2為利用LabVIEW設(shè)計(jì)的IIR數(shù)字濾波器前面板，前面板上有參數(shù)設(shè)置、波形顯示兩個(gè)區(qū)域。在參數(shù)設(shè)置區(qū)域有六個(gè)設(shè)置項(xiàng)：濾波器選擇、濾波器類型、下截止頻率、上截止頻率、采樣頻率、階次、紋波、衰減；選擇的濾波器不同時(shí)，需要設(shè)置的項(xiàng)也不同。波形顯示區(qū)域用于顯示濾波前后的波形，在此區(qū)域可直觀地看出濾波效果。圖2數(shù)字濾波器前面板濾波器的輸入信號(hào)是從電力系統(tǒng)中采集的，信號(hào)中含有頻率為50Hz，有效值為220V的基頻分量，和頻率為100Hz、150Hz、200Hz的二次、三次、四次諧波?，F(xiàn)欲提取出基頻分量，濾去高次諧波，采用低通濾波方式濾波，濾波階次為8階，紋波為0.1，衰減為60，下截止頻率為50Hz，分別采用巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器和貝塞爾濾波器濾波，濾波器的輸入信號(hào)與不同濾波器的輸出波形如圖3所示。由圖3可以看出采用不同的濾波器濾波，濾波效果是不同的。在此實(shí)例中，巴特沃思濾波器和切比雪夫?yàn)V波器的濾波效果相對(duì)較好；而切比雪夫?yàn)V波器的濾波延遲時(shí)間較長(zhǎng)；貝塞爾濾波器濾波的衰減較大。因此，要根據(jù)不同的工況要求來選擇合適的濾波器濾波。4結(jié)論利