МЕТОДИКА УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСА ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ЦИФРОВОМ ФИЛЬТРЕ НИЖНИХ ЧАСТОТ С УПРАВЛЯЕМОЙ ЧАСТОТОЙ СРЕЗА
Аннотация
Цифровая обработка сигналов широко применяется в современной технике, в том
числе в робототехнике, медицинской технике и т.д. Так, управляемые цифровые фильтры
используются для устранения постоянной составляющей выходного сигнала на выходе
аналого-цифрового преобразователя. Это также снижает уровень низкочастотных по-
мех, разбросанных по оси частот слева от нижней границы спектра сигнала. В реальных
ситуациях сигналы подвержены разнообразным помехам и помехам; однако применение
фильтра может подавить эти шумы и произвести чистый сигнал. Под управляемостью
понимается явная зависимость коэффициентов фильтра от частоты среза. В цифровом
фильтре может возникнуть переходный процесс, на который указывает выброс сигнала.
Изменение частоты среза во время операции фильтрации может вызвать это переходное
событие. В этом отчете фильтр LPF Баттерворта используется, чтобы предложить
стратегию компенсации для уменьшения этого выброса. Переходный процесс – это выброс
(драйв) на временной диаграмме результатов. Этот драйв является последствием под-
стройки коэффициентов (границ) фильтра в процессе фильтрации (это классифицируется
как «настройка на лету»). С помощью программы MATLAB исследовался переходный про-
цесс, возникающий в результате перестройки фильтра, и проверялись формулы компенса-
ции этого переходного процесса. Установлено, что применение такой компенсации снижа-
ет негативные последствия переходного процесса. Это уменьшение зависит от порядка
фильтра, коэффициента настройки (соотношение частот среза до и после настройки) и
момента настройки (для периодического сигнала).
Литература
Butterworth Digital Recursive IIR Filters, Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki
[Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2021, No. 3 (220), pp. 72-82.
2. Piskorowski J., De Anda M.Á.G. A new class of continuous-time delay-compensated parameter-
varying low-pass elliptic filters with improved dynamic behavior, IEEE Transactions on
Circuits and Systems I: Regular Papers, 2008, Vol. 56, No. 1, pp. 179-189.
3. Piskorowski J. Phase-compensated time-varying Butterworth filters, Analog Integrated Circuits
and Signal Processing, 2006, Vol. 47, No. 2, pp. 233-241.
4. Asker M.A. et al. Design and Analysis of Robot PID Controller Using Digital Signal Processing
Techniques, International Journal of Engineering & Technology, 2018, Vol. 7,
No. 4.37, pp. 103-109.
5. Wang Y., Ding F., Xu L. Some new results of designing an IIR filter with colored noise for
signal processing, Digital Signal Processing, 2018, Vol. 72, pp. 44-58.
6. Lutovac M.D., Tošić D.V., Evans B.L. Filter design for signal processing using MATLAB and
Mathematica. Miroslav Lutovac, 2001.
7. Lai E. Practical digital signal processing. Elsevier, 2003.
8. Diniz P.S.R., Da Silva E.A.B., Netto S.L. Digital signal processing: system analysis and design.
Cambridge University Press, 2010.
9. Oshana R. DSP for Embedded and Real-time Systems. Elsevier, 2012.
10. Wan hammar L., Yu Y.J. Digital filter structures and their implementation, Academic Press
Library in Signal Processing. Т. 1. Elsevier, 2014, pp. 245-338.
11. Bansal D. Real-Time Data Acquisition in Human Physiology: Real-Time Acquisition, Processing,
and Interpretation–A MATLAB-Based Approach. Academic Press, 2021.
12. John Semmlow. In Signals and Systems for Bioengineers. Second Ed., 2012.
13. Wilson P. Design recipes for FPGAs: using Verilog and VHDL. Newnes, 2015.
14. Turulin I. i dr. Upravlyaemye tsifrovye fil'try [Controlled digital filters]. Taganrog: Izd-vo
YuFU, 2016, 306 p.
15. Mogheer H.S., Turulin I.I. Reduction of Signal Overshooting Caused by Cutoff Frequency
Changing in the Controlled Digital Butterworth Low Pass Filter, 2022 International Conference
on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2022, pp.
783-788.
16. Turulin I.I., Mogheer H.S. Analysis of Controlled Digital Recursive High-Pass Filters Structures
with Infinite Non-Negative Impulse Response, 2022 International Conference on Industrial
Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2022, pp 755-759.
17. Wang Y., Ding F. and Xu L. Some new results of designing an IIR filter with colored noise for
signal processing, Digital Signal Processing, January 2018, Vol. 72, pp. 44-58.
18. Bui N.T., Phan D.T., Nguyen T.P., Hoang G., Choi J., Bui Q. and Oh J. Real-time filtering and
ECG signal processing based on dual-core digital signal controller system, IEEE Sensors
Journal, 15 June 2020, Vol. 20, No. 12, pp. 6492-6503.
19. Karanov B., Chagnon M., Aref V., Ferreira F., Lavery D., Bayvel P. and Schmalen L. Experimental
investigation of deep learning for digital signal processing in short reach optical fiber
communications, 2020 IEEE International Workshop on Signal Processing Systems (SiPs),
23 September 2020, pp. 1- 6.
20. Pushpavathi K. and Kanmani B. FIR filter design using wavelet coefficients, 2019 International
Conference on Wireless Communications Signal Processing and Networking
(WiSPNET), 21 March, 2019, pp. 410-415.
21. Pushpavathi K. and Kanmani B. Frequency sampling method of FIR filter design: a comparative
study, 2018 International Conference on Electrical, Electronics, Communication, Computer,
and Optimization Techniques (ICEECCOT), 2018.
22. Radha S., Jayashri N., Aysha M. and Kumar C. High performance hardware design of compressor
adder in DA based FIR filters for hearing aids, International Journal of Speech Technology,
December 2020, Vol. 23, No. 4, pp. 807-814.
23. Ziatdinov S. Compensation of signal delay in digital smoothing filters, News of higher educational
institutions. Instrumentation, 2012, Vol. 55, No. 12, pp. 21-25.
24. Kennedy H. Recursive digital filters with tunable lag and lead characteristics for proportionaldifferential
control, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2015, Vol. 23, No. 6,
pp. 2369-2374.
25. Alijan M. DSP compensation for distortion in RF filters. University of Saskatchewan, Canada,
April 2010.
26. Popov D. and Smolskiy S. Synthesis and Analysis Non-recursive Rejection Filters in the Transient
Mode, Infocommunications Journal, 2019, Vol. 11, No. 3, pp. 28-33.
