课程设计--基于Matlab的高阶方程的设计与仿真

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1、 课 程 设 计 说 明 书 题 目：基于 Matlab 的高阶方程的设计与仿真 设计 题目 基于 Matlab 的高阶系统设计与仿真 设 计 要 求 一、 高阶系统的设计要求： 1、建立高阶系统的数学模型。 2、选择 PID 控制方法对高阶系统进行控制。 3、计算 PID 参数的整定结果。 4、利用 Simulink 或 M 程序进行仿真。 二、 设计步骤与要求 1、阐述系统的工作原理。 2、拟定高阶系统电路组成框图。 3、进行 PID 参数的整定。 4、画出高阶系统结构图。 5、写出设计性实验报告。 工 作 计 划 1、 2015.1.4-1.5 搜集资料； 2、 2015.1.6-1.1

2、0 电路设计； 3、 2015.1.10-1.12 完成设计报告并提交。 课程设计任务书课程设计任务书 目录 1 引言 . 1 2 数字滤波器概述 . 2 2.1 数字滤波器的基本概念 . 2 2.2 数字滤波器的发展概况 . 2 2.3 数字滤波器的分类 .3 2.4 数字滤波器的设计 . 4 2.4.1 数字滤波器结构的表示方法 .4 2.4.2 数字滤波器的设计步骤 . 4 2.4.3 数字滤波器的性能要求 . 5 3 IIR 数字滤波器的设计 7 3.1 IIR 数字滤波器简介 . 7 3.2 IIR 数字滤波器主要技术指标 . 7 3.3 IIR 数字滤波器的设计方法 . 8 3.3

3、.1 IIR 数字滤波器设计方法简述 8 3.3.2 脉冲响应不变法设计 IIR 数字滤波器 9 4 IIR 数字滤波器的 MATLAB 实现 .14 4.1 MATLAB 简介 14 4.2 IIR 数字滤波器的典型设计法 14 4.2.1 IIR 数字滤波器的典型设计法的一般步骤 . 14 4.2.2 利用典型设计法设计 IIR 数字滤波器 14 4.3 IIR 数字滤波器的直接设计法 .18 4.3.1 方法概述 .18 4.3.2 利用直接设计发设计 IIR 数字滤波器 18 4.4 FDATool 设计 IIR 数字滤波器 . .21 4.4.1 FDATool 工具箱的介绍及使用

4、. .21 4.4.2 利用 FDATool 设计 IIR 数字滤波器 21 4.5 SIMULINK 仿真 IIR 数字滤波器 . 23 4.5.1 SIMULINK 仿真概述 23 4.5.2 SIMULINK 仿真实例 24 4.6 总结 25 参考文献 致谢 摘 要 随着信息时代的不断发展，信号的处理显得越来越重要。 由于大 部分信号中都含有其它噪音， 因此大多的信号分析都是在滤波器的基 础之上进行研究的，而数字滤波器的滤波过程是通过算法来实现的， 而且能实现模拟滤波器不能完成的特殊功能。 根据其冲激响应函数的 时域特性， 数字滤波器可分为IIR数字滤波器和 FIR数字滤波器两类。 其

5、中 IIR 数字滤波器具有低阶次、高效率、占用存储单元少、并且对 模拟滤波器的部分优良特性还可以有所保留的特点， 所以它在诸多方 面都有比较广泛的应用。 本文先对数字滤波器的发展背景、概念、类别和设计性能的要求 进行了简要的叙述。其次又介绍了两种 IIR 数字滤波器常见的设计方 法，然后进一步通过 MATLAB 编程的方式来实现了具体的 IIR 数字滤 波器的设计，再通过 FDATool 工具箱以直接填入预设滤波器参数的方 式快速得到了所需的 IIR 数字滤波器。最后通过在 Simulink 中导入 FDATool 所设定滤波器的方式进行了整个滤波过程的仿真。 关键词：IIR 数字滤波器；MA

6、TLAB；FDATool；Simulink 1 引言 随着科学技术的进步和经济的不断发展，人们对信息的需求量越来越大，而 数字信号处理作为与之联系非常紧密的一门学科， 因此也显得越来越重要。 目前， 在图像语音、工业制造、医疗、军事、航空航天等多个技术领域都大量的涉及到 了数字信号的处理。数字信号处理中一个非常重要的技术就是数字滤波。所谓数 字滤波， 就是指输入的数字信号经过某些特定的数字运算关系之后转换为数字信 号输出的一个过程。这个过程当中，所谓的特定运算关系通俗来讲就是对有用的 信号起到一个加强的作用，而对其余没用的信号（比如干扰信号）起一个削弱的 作用。 根据其冲激响应函数的时域特性， 数字滤波器可分为 IIR 数字滤波器和 FIR 数字滤波器两类。 相对于 FIR 数字滤波器， IIR 数字滤波器虽然存在相位的非线性 问题，但在相同的性能指标下，实现 IIR 数字滤波器的阶次更低，因此在相位要 求不高的时候， 对于同一性能指标使