Токи были странными из-за неправильного определения перехода через ноль и преждевременного открытия тиристоров. Добавлен полосовой фильтр на напряжения, чтобы коммутации тиристоров не смещали переход через ноль
А также: - общий rms ток считается через сумму rms фаз, а не по векторам - в установку угла добавлен аргумент коррекции - пока только смщеение между фазными и линейными. Фильтр практически не смещает, но еще посмотрим - коэф пид приведены к диапзону 0-1 - ПИД надо еще донастраивать. не нравится пока как он работает И еще не были проверены тайминги. Мб это не будет успевать рассчитываться)))
This commit is contained in:
@@ -2,10 +2,11 @@
|
||||
clear all; close all; clc;
|
||||
|
||||
%% Параметры моделирования
|
||||
Fs = 100000; % Частота дискретизации [Гц]
|
||||
Fs = 1/25e-6; % Частота дискретизации [Гц]
|
||||
T = 0.5; % Время моделирования [с]
|
||||
t = 0:1/Fs:T-1/Fs; % Временной вектор
|
||||
N = length(t); % Количество отсчетов
|
||||
Fsrez = 50;
|
||||
|
||||
%% Уровни шума для разных каналов
|
||||
noise_levels.voltage = 0.2; % 2% шума для напряжений
|
||||
@@ -17,28 +18,28 @@ fprintf('=== АВТОМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТО
|
||||
|
||||
% 1. Полосовой фильтр 45-55 Гц для напряжений
|
||||
% [b_bpf, a_bpf, coeffs_bpf] = BiquadFilterDesigner.bpf(20, 10, Fs);
|
||||
[b_bpf, a_bpf, coeffs_bpf] = BiquadFilterDesigner.lpf(100, Fs);
|
||||
[b_bpf, a_bpf, coeffs_bpf] = BiquadFilterDesigner.lpf(Fsrez, Fs);
|
||||
fprintf('1. Полосовой фильтр 45-55 Гц:\n');
|
||||
BiquadFilterDesigner.generate_c_code(coeffs_bpf, 'voltage_bpf');
|
||||
|
||||
% 2. ФНЧ 100 Гц для токов
|
||||
[b_lpf_current, a_lpf_current, coeffs_lpf_current] = BiquadFilterDesigner.lpf(100, Fs);
|
||||
[b_lpf_current, a_lpf_current, coeffs_lpf_current] = BiquadFilterDesigner.lpf(Fsrez, Fs);
|
||||
fprintf('2. ФНЧ 100 Гц (токи):\n');
|
||||
BiquadFilterDesigner.generate_c_code(coeffs_lpf_current, 'current_lpf');
|
||||
|
||||
% 3. ФНЧ 10 Гц для температур
|
||||
[b_lpf_temp, a_lpf_temp, coeffs_lpf_temp] = BiquadFilterDesigner.lpf(10, Fs);
|
||||
fprintf('3. ФНЧ 10 Гц (температуры):\n');
|
||||
BiquadFilterDesigner.generate_c_code(coeffs_lpf_temp, 'temperature_lpf');
|
||||
%
|
||||
% % 3. ФНЧ 10 Гц для температур
|
||||
% [b_lpf_temp, a_lpf_temp, coeffs_lpf_temp] = BiquadFilterDesigner.lpf(10, Fs);
|
||||
% fprintf('3. ФНЧ 10 Гц (температуры):\n');
|
||||
% BiquadFilterDesigner.generate_c_code(coeffs_lpf_temp, 'temperature_lpf');
|
||||
|
||||
% Вывод коэффициентов в консоль
|
||||
fprintf('\n=== РАСЧЕТНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ===\n');
|
||||
fprintf('Напряжение (BPF 45-55 Гц): b = [%.6f, %.6f, %.6f], a = [1, %.6f, %.6f]\n', ...
|
||||
b_bpf, a_bpf(2), a_bpf(3));
|
||||
fprintf('Ток (LPF 100 Гц): b = [%.6f, %.6f, %.6f], a = [1, %.6f, %.6f]\n', ...
|
||||
b_lpf_current, a_lpf_current(2), a_lpf_current(3));
|
||||
fprintf('Температура (LPF 10 Гц): b = [%.6f, %.6f, %.6f], a = [1, %.6f, %.6f]\n\n', ...
|
||||
b_lpf_temp, a_lpf_temp(2), a_lpf_temp(3));
|
||||
% fprintf('Ток (LPF 100 Гц): b = [%.6f, %.6f, %.6f], a = [1, %.6f, %.6f]\n', ...
|
||||
% b_lpf_current, a_lpf_current(2), a_lpf_current(3));
|
||||
% fprintf('Температура (LPF 10 Гц): b = [%.6f, %.6f, %.6f], a = [1, %.6f, %.6f]\n\n', ...
|
||||
% b_lpf_temp, a_lpf_temp(2), a_lpf_temp(3));
|
||||
|
||||
%% Генерация тестовых сигналов
|
||||
|
||||
@@ -53,25 +54,25 @@ f_current = 50;
|
||||
current_clean = 1 * sin(2*pi*f_current*t); %.* ...
|
||||
%(1 + 0.2 * sin(2*pi*2*t)); % амплитудная модуляция 2 Гц
|
||||
|
||||
% 3. Температура (медленно меняющийся сигнал)
|
||||
temperature_clean = 25 + 2 * sin(2*pi*0.1*t) + ... % медленные колебания 0.1 Гц
|
||||
0.5 * sin(2*pi*1*t); % быстрые колебания 1 Гц
|
||||
% % 3. Температура (медленно меняющийся сигнал)
|
||||
% temperature_clean = 25 + 2 * sin(2*pi*0.1*t) + ... % медленные колебания 0.1 Гц
|
||||
% 0.5 * sin(2*pi*1*t); % быстрые колебания 1 Гц
|
||||
|
||||
%% Добавление шума
|
||||
voltage_noisy = voltage_clean + noise_levels.voltage * randn(size(t));
|
||||
current_noisy = current_clean + noise_levels.current * randn(size(t));
|
||||
temperature_noisy = temperature_clean + noise_levels.temperature * randn(size(t));
|
||||
% temperature_noisy = temperature_clean + noise_levels.temperature * randn(size(t));
|
||||
|
||||
%% Фильтрация сигналов
|
||||
voltage_filtered = filter(b_bpf, a_bpf, voltage_noisy);
|
||||
current_filtered = filter(b_lpf_current, a_lpf_current, current_noisy);
|
||||
temperature_filtered = filter(b_lpf_temp, a_lpf_temp, temperature_noisy);
|
||||
% temperature_filtered = filter(b_lpf_temp, a_lpf_temp, temperature_noisy);
|
||||
|
||||
%% НОРМАЛИЗАЦИЯ УСИЛЕНИЯ (важно для правильного SNR)
|
||||
% Получаем АЧХ для нормализации
|
||||
[h_bpf, f_bpf] = freqz(b_bpf, a_bpf, 1024, Fs);
|
||||
[h_lpf_curr, f_lpf_curr] = freqz(b_lpf_current, a_lpf_current, 1024, Fs);
|
||||
[h_lpf_temp, f_lpf_temp] = freqz(b_lpf_temp, a_lpf_temp, 1024, Fs);
|
||||
% [h_lpf_temp, f_lpf_temp] = freqz(b_lpf_temp, a_lpf_temp, 1024, Fs);
|
||||
|
||||
% Нормализация полосового фильтра на центральной частоте
|
||||
[~, idx_50hz] = min(abs(f_bpf - 50));
|
||||
@@ -85,11 +86,11 @@ gain_lpf_current = sum(b_lpf_current) / (1 + sum(a_lpf_current(2:end)));
|
||||
if gain_lpf_current > 0
|
||||
current_filtered = current_filtered / gain_lpf_current;
|
||||
end
|
||||
|
||||
gain_lpf_temp = sum(b_lpf_temp) / (1 + sum(a_lpf_temp(2:end)));
|
||||
if gain_lpf_temp > 0
|
||||
temperature_filtered = temperature_filtered / gain_lpf_temp;
|
||||
end
|
||||
%
|
||||
% gain_lpf_temp = sum(b_lpf_temp) / (1 + sum(a_lpf_temp(2:end)));
|
||||
% if gain_lpf_temp > 0
|
||||
% temperature_filtered = temperature_filtered / gain_lpf_temp;
|
||||
% end
|
||||
|
||||
%% ОКНО 1: НАПРЯЖЕНИЕ
|
||||
figure('Name', 'Анализ напряжения');
|
||||
@@ -213,68 +214,68 @@ text(0.1, 0.4, sprintf('Улучшение: %.1f дБ', improvement_current), 'F
|
||||
text(0.1, 0.2, sprintf('Задержка 50 Гц: %.1f мс', gd_lpf_curr(idx_50hz_curr)/Fs*1000), 'FontSize', 12);
|
||||
title('Статистика фильтрации тока');
|
||||
axis off;
|
||||
|
||||
%% ОКНО 3: ТЕМПЕРАТУРА
|
||||
figure('Name', 'Анализ температуры');
|
||||
|
||||
% Временные характеристики
|
||||
subplot(2,3,1);
|
||||
plot(t, temperature_noisy, 'b', 'LineWidth', 1); hold on;
|
||||
plot(t, temperature_filtered, 'r', 'LineWidth', 2);
|
||||
plot(t, temperature_clean, 'g--', 'LineWidth', 1);
|
||||
title('Температура: временная область');
|
||||
legend('С шумом', 'Фильтрованный', 'Идеальный', 'Location', 'best');
|
||||
xlabel('Время [с]'); ylabel('Температура [°C]');
|
||||
grid on;
|
||||
|
||||
% АЧХ фильтра
|
||||
subplot(2,3,2);
|
||||
plot(f_lpf_temp, 20*log10(abs(h_lpf_temp)), 'LineWidth', 2);
|
||||
title('АЧХ: ФНЧ 10 Гц');
|
||||
xlabel('Частота [Гц]'); ylabel('Усиление [дБ]');
|
||||
grid on; xlim([0, 20]);
|
||||
|
||||
% Спектр фильтрованного сигнала
|
||||
subplot(2,3,3);
|
||||
[P_temp, f_temp] = pwelch(temperature_filtered, [], [], 1024, Fs);
|
||||
plot(f_temp, 10*log10(P_temp), 'LineWidth', 2);
|
||||
title('Спектр фильтрованной температуры');
|
||||
xlabel('Частота [Гц]'); ylabel('Мощность [дБ]');
|
||||
grid on; xlim([0, 10]);
|
||||
|
||||
% Групповая задержка
|
||||
subplot(2,3,4);
|
||||
[gd_lpf_temp, f_gd_temp] = grpdelay(b_lpf_temp, a_lpf_temp, 1024, Fs);
|
||||
plot(f_gd_temp, gd_lpf_temp/Fs*1000, 'LineWidth', 2);
|
||||
title('Групповая задержка фильтра');
|
||||
xlabel('Частота [Гц]'); ylabel('Задержка [мс]');
|
||||
grid on; xlim([0, 20]);
|
||||
|
||||
% Детальный вид (последне 0.1 секунды)
|
||||
idx_end_temp = max(1, length(t) - 0.1*Fs + 1):length(t); % последние 100 мс
|
||||
subplot(2,3,5);
|
||||
plot(t(idx_end_temp), temperature_noisy(idx_end_temp), 'b', 'LineWidth', 2); hold on;
|
||||
plot(t(idx_end_temp), temperature_filtered(idx_end_temp), 'r', 'LineWidth', 2);
|
||||
plot(t(idx_end_temp), temperature_clean(idx_end_temp), 'g--', 'LineWidth', 2);
|
||||
title('Температура: УВЕЛИЧЕННЫЙ ВИД (900-1000 мс)');
|
||||
legend('С шумом', 'Фильтрованный', 'Идеальный', 'Location', 'best');
|
||||
xlabel('Время [с]'); ylabel('Температура [°C]');
|
||||
grid on;
|
||||
xlim([t(idx_end_temp(1)) t(idx_end_temp(end))]);
|
||||
|
||||
% Статистика
|
||||
subplot(2,3,6);
|
||||
snr_temp_in = snr(temperature_clean, temperature_noisy - temperature_clean);
|
||||
snr_temp_out = snr(temperature_clean, temperature_filtered - temperature_clean);
|
||||
improvement_temp = snr_temp_out - snr_temp_in;
|
||||
|
||||
[~, idx_1hz] = min(abs(f_gd_temp - 1));
|
||||
text(0.1, 0.8, sprintf('SNR вход: %.1f дБ', snr_temp_in), 'FontSize', 12);
|
||||
text(0.1, 0.6, sprintf('SNR выход: %.1f дБ', snr_temp_out), 'FontSize', 12);
|
||||
text(0.1, 0.4, sprintf('Улучшение: %.1f дБ', improvement_temp), 'FontSize', 12);
|
||||
text(0.1, 0.2, sprintf('Задержка 1 Гц: %.1f мс', gd_lpf_temp(idx_1hz)/Fs*1000), 'FontSize', 12);
|
||||
title('Статистика фильтрации температуры');
|
||||
axis off;
|
||||
%
|
||||
% %% ОКНО 3: ТЕМПЕРАТУРА
|
||||
% figure('Name', 'Анализ температуры');
|
||||
%
|
||||
% % Временные характеристики
|
||||
% subplot(2,3,1);
|
||||
% plot(t, temperature_noisy, 'b', 'LineWidth', 1); hold on;
|
||||
% plot(t, temperature_filtered, 'r', 'LineWidth', 2);
|
||||
% plot(t, temperature_clean, 'g--', 'LineWidth', 1);
|
||||
% title('Температура: временная область');
|
||||
% legend('С шумом', 'Фильтрованный', 'Идеальный', 'Location', 'best');
|
||||
% xlabel('Время [с]'); ylabel('Температура [°C]');
|
||||
% grid on;
|
||||
%
|
||||
% % АЧХ фильтра
|
||||
% subplot(2,3,2);
|
||||
% plot(f_lpf_temp, 20*log10(abs(h_lpf_temp)), 'LineWidth', 2);
|
||||
% title('АЧХ: ФНЧ 10 Гц');
|
||||
% xlabel('Частота [Гц]'); ylabel('Усиление [дБ]');
|
||||
% grid on; xlim([0, 20]);
|
||||
%
|
||||
% % Спектр фильтрованного сигнала
|
||||
% subplot(2,3,3);
|
||||
% [P_temp, f_temp] = pwelch(temperature_filtered, [], [], 1024, Fs);
|
||||
% plot(f_temp, 10*log10(P_temp), 'LineWidth', 2);
|
||||
% title('Спектр фильтрованной температуры');
|
||||
% xlabel('Частота [Гц]'); ylabel('Мощность [дБ]');
|
||||
% grid on; xlim([0, 10]);
|
||||
%
|
||||
% % Групповая задержка
|
||||
% subplot(2,3,4);
|
||||
% [gd_lpf_temp, f_gd_temp] = grpdelay(b_lpf_temp, a_lpf_temp, 1024, Fs);
|
||||
% plot(f_gd_temp, gd_lpf_temp/Fs*1000, 'LineWidth', 2);
|
||||
% title('Групповая задержка фильтра');
|
||||
% xlabel('Частота [Гц]'); ylabel('Задержка [мс]');
|
||||
% grid on; xlim([0, 20]);
|
||||
%
|
||||
% % Детальный вид (последне 0.1 секунды)
|
||||
% idx_end_temp = max(1, length(t) - 0.1*Fs + 1):length(t); % последние 100 мс
|
||||
% subplot(2,3,5);
|
||||
% plot(t(idx_end_temp), temperature_noisy(idx_end_temp), 'b', 'LineWidth', 2); hold on;
|
||||
% plot(t(idx_end_temp), temperature_filtered(idx_end_temp), 'r', 'LineWidth', 2);
|
||||
% plot(t(idx_end_temp), temperature_clean(idx_end_temp), 'g--', 'LineWidth', 2);
|
||||
% title('Температура: УВЕЛИЧЕННЫЙ ВИД (900-1000 мс)');
|
||||
% legend('С шумом', 'Фильтрованный', 'Идеальный', 'Location', 'best');
|
||||
% xlabel('Время [с]'); ylabel('Температура [°C]');
|
||||
% grid on;
|
||||
% xlim([t(idx_end_temp(1)) t(idx_end_temp(end))]);
|
||||
%
|
||||
% % Статистика
|
||||
% subplot(2,3,6);
|
||||
% snr_temp_in = snr(temperature_clean, temperature_noisy - temperature_clean);
|
||||
% snr_temp_out = snr(temperature_clean, temperature_filtered - temperature_clean);
|
||||
% improvement_temp = snr_temp_out - snr_temp_in;
|
||||
%
|
||||
% [~, idx_1hz] = min(abs(f_gd_temp - 1));
|
||||
% text(0.1, 0.8, sprintf('SNR вход: %.1f дБ', snr_temp_in), 'FontSize', 12);
|
||||
% text(0.1, 0.6, sprintf('SNR выход: %.1f дБ', snr_temp_out), 'FontSize', 12);
|
||||
% text(0.1, 0.4, sprintf('Улучшение: %.1f дБ', improvement_temp), 'FontSize', 12);
|
||||
% text(0.1, 0.2, sprintf('Задержка 1 Гц: %.1f мс', gd_lpf_temp(idx_1hz)/Fs*1000), 'FontSize', 12);
|
||||
% title('Статистика фильтрации температуры');
|
||||
% axis off;
|
||||
|
||||
%% Вывод результатов в командное окно
|
||||
fprintf('\n=== ИТОГИ ФИЛЬТРАЦИИ С АВТОРАСЧЕТОМ КОЭФФИЦИЕНТОВ ===\n\n');
|
||||
@@ -288,7 +289,7 @@ fprintf(' SNR вход: %.1f дБ, выход: %.1f дБ, улучшение: %
|
||||
snr_current_in, snr_current_out, improvement_current);
|
||||
fprintf(' Задержка на 50 Гц: %.1f мс\n\n', gd_lpf_curr(idx_50hz_curr)/Fs*1000);
|
||||
|
||||
fprintf('ТЕМПЕРАТУРА (ФНЧ 10 Гц):\n');
|
||||
fprintf(' SNR вход: %.1f дБ, выход: %.1f дБ, улучшение: %.1f дБ\n', ...
|
||||
snr_temp_in, snr_temp_out, improvement_temp);
|
||||
fprintf(' Задержка на 1 Гц: %.1f мс\n\n', gd_lpf_temp(idx_1hz)/Fs*1000);
|
||||
% fprintf('ТЕМПЕРАТУРА (ФНЧ 10 Гц):\n');
|
||||
% fprintf(' SNR вход: %.1f дБ, выход: %.1f дБ, улучшение: %.1f дБ\n', ...
|
||||
% snr_temp_in, snr_temp_out, improvement_temp);
|
||||
% fprintf(' Задержка на 1 Гц: %.1f мс\n\n', gd_lpf_temp(idx_1hz)/Fs*1000);
|
||||
|
||||
230
Информация для программиста (УПП СП СЭД)/CALC/calc_filter.m
Normal file
230
Информация для программиста (УПП СП СЭД)/CALC/calc_filter.m
Normal file
@@ -0,0 +1,230 @@
|
||||
%% ===== РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ БИКВАДРАТНОГО ФИЛЬТРА 50 Гц =====
|
||||
% Запуск: Ctrl+S (сохранить), потом F5 (запустить)
|
||||
|
||||
clear all; close all; clc;
|
||||
|
||||
%% 1. ПАРАМЕТРЫ (МЕНЯТЬ ЗДЕСЬ)
|
||||
fs = 1/25e-6; % Частота дискретизации (Гц)
|
||||
fc = 100; % Частота среза 50 Гц
|
||||
Q = 0.707; % Добротность (0.707 = Баттерворт)
|
||||
filter_type = 'lpf'; % 'lpf', 'hpf', 'bpf', 'notch'
|
||||
|
||||
test_freq = 55;
|
||||
|
||||
%% 2. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ
|
||||
w0 = 2 * pi * fc / fs;
|
||||
alpha = sin(w0) / (2 * Q);
|
||||
cos_w0 = cos(w0);
|
||||
|
||||
switch filter_type
|
||||
case 'lpf' % ФНЧ
|
||||
b0 = (1 - cos_w0) / 2;
|
||||
b1 = 1 - cos_w0;
|
||||
b2 = b0;
|
||||
a0 = 1 + alpha;
|
||||
a1 = -2 * cos_w0;
|
||||
a2 = 1 - alpha;
|
||||
|
||||
case 'hpf' % ФВЧ
|
||||
b0 = (1 + cos_w0) / 2;
|
||||
b1 = -(1 + cos_w0);
|
||||
b2 = b0;
|
||||
a0 = 1 + alpha;
|
||||
a1 = -2 * cos_w0;
|
||||
a2 = 1 - alpha;
|
||||
|
||||
case 'bpf' % Полосовой
|
||||
b0 = alpha;
|
||||
b1 = 0;
|
||||
b2 = -alpha;
|
||||
a0 = 1 + alpha;
|
||||
a1 = -2 * cos_w0;
|
||||
a2 = 1 - alpha;
|
||||
|
||||
case 'notch' % Режекторный (50 Гц)
|
||||
b0 = 1;
|
||||
b1 = -2 * cos_w0;
|
||||
b2 = 1;
|
||||
a0 = 1 + alpha;
|
||||
a1 = -2 * cos_w0;
|
||||
a2 = 1 - alpha;
|
||||
end
|
||||
|
||||
% Нормализация
|
||||
b = [b0, b1, b2] / a0;
|
||||
a = [1, a1/a0, a2/a0];
|
||||
|
||||
% Проверка полюсов
|
||||
poles = roots([1, a(2), a(3)]);
|
||||
if any(abs(poles) >= 1)
|
||||
error('Фильтр НЕУСТОЙЧИВ! Полюса: %s', mat2str(poles));
|
||||
end
|
||||
%% 3. ВЫВОД РЕЗУЛЬТАТОВ
|
||||
fprintf('\n══════════════════════════════════════════════════\n');
|
||||
fprintf('ПАРАМЕТРЫ ФИЛЬТРА:\n');
|
||||
fprintf('Тип: %s\n', upper(filter_type));
|
||||
fprintf('Частота среза: %.1f Гц\n', fc);
|
||||
fprintf('Частота дискретизации: %.0f Гц\n', fs);
|
||||
fprintf('Добротность Q: %.3f\n', Q);
|
||||
fprintf('══════════════════════════════════════════════════\n');
|
||||
|
||||
fprintf('\nКОЭФФИЦИЕНТЫ ДЛЯ CMSIS-DSP:\n');
|
||||
fprintf('float32_t coeffs[5] = {\n');
|
||||
fprintf(' %ff, // b0\n', b(1));
|
||||
fprintf(' %ff, // b1\n', b(2));
|
||||
fprintf(' %ff, // b2\n', b(3));
|
||||
fprintf(' %ff, // a1\n', a(2));
|
||||
fprintf(' %ff // a2\n', a(3));
|
||||
fprintf('};\n');
|
||||
|
||||
fprintf('\nФОРМАТ ДЛЯ Biquad_InitDirect:\n');
|
||||
fprintf('Biquad_InitDirect(&filter, %.6ff, %.6ff, %.6ff, %.6ff, %.6ff);\n', ...
|
||||
b(1), b(2), b(3), a(2), a(3));
|
||||
|
||||
%% 4. ПРОВЕРКА ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
|
||||
[h, f] = freqz(b, a, 2048, fs);
|
||||
|
||||
figure();
|
||||
|
||||
% АЧХ
|
||||
subplot(1, 2, 1);
|
||||
plot(f, 20*log10(abs(h)), 'LineWidth', 2);
|
||||
grid on; hold on;
|
||||
xline(fc, '--r', 'Частота среза', 'LineWidth', 1.5);
|
||||
xlim([0, fs/2]);
|
||||
ylim([-60, 5]);
|
||||
xlabel('Частота (Гц)');
|
||||
ylabel('Усиление (дБ)');
|
||||
title(['АЧХ: ' upper(filter_type) ' фильтр ' num2str(fc) ' Гц']);
|
||||
|
||||
% ФЧХ
|
||||
subplot(1, 2, 2);
|
||||
plot(f, angle(h)*180/pi, 'LineWidth', 2);
|
||||
grid on; hold on;
|
||||
xline(fc, '--r', 'Частота среза', 'LineWidth', 1.5);
|
||||
xlim([0, fs/2]);
|
||||
xlabel('Частота (Гц)');
|
||||
ylabel('Фазовый сдвиг (градусы)');
|
||||
title(['ФЧХ: ' upper(filter_type) ' фильтр ' num2str(fc) ' Гц']);
|
||||
|
||||
%% 4b. ГРАФИК ЗАДЕРЖКИ (40-60 Гц)
|
||||
figure();
|
||||
|
||||
% Рассчитываем на нужном диапазоне частот
|
||||
f_range = 40:0.1:60; % Частоты с шагом 0.1 Гц
|
||||
h_range = freqz(b, a, f_range, fs);
|
||||
|
||||
% Групповая задержка (численная производная)
|
||||
phase_unwrapped = unwrap(angle(h_range));
|
||||
w_range = 2*pi*f_range/fs;
|
||||
group_delay = -gradient(phase_unwrapped) ./ gradient(w_range);
|
||||
|
||||
% Фазовая задержка
|
||||
phase_delay = -angle(h_range) ./ w_range;
|
||||
|
||||
% График 1: Групповая задержка
|
||||
subplot(1, 2, 1);
|
||||
plot(f_range, group_delay * 1000, 'LineWidth', 3);
|
||||
grid on; hold on;
|
||||
xline(test_freq, '--r', '50 Гц', 'LineWidth', 2, 'FontSize', 12);
|
||||
xlim([40, 60]);
|
||||
ylim([0, max(group_delay*1000)*1.1]);
|
||||
xlabel('Частота (Гц)', 'FontSize', 12);
|
||||
ylabel('Групповая задержка (мс)', 'FontSize', 12);
|
||||
title(['Групповая задержка: ' upper(filter_type) ' фильтр'], 'FontSize', 14);
|
||||
|
||||
% Значение на 50 Гц
|
||||
idx_50 = find(f_range >= test_freq, 1);
|
||||
if ~isempty(idx_50)
|
||||
delay_50hz = group_delay(idx_50) * 1000;
|
||||
plot(test_freq, delay_50hz, 'ro', 'MarkerSize', 15, 'LineWidth', 3);
|
||||
text(test_freq + 0.5, delay_50hz*1.05, sprintf('%.2f мс', delay_50hz), ...
|
||||
'FontSize', 14, 'FontWeight', 'bold', 'BackgroundColor', 'white');
|
||||
end
|
||||
|
||||
% График 2: Фазовая задержка
|
||||
subplot(1, 2, 2);
|
||||
plot(f_range, phase_delay * 1000, 'LineWidth', 3, 'Color', [0, 0.5, 0]);
|
||||
grid on; hold on;
|
||||
xline(test_freq, '--r', '50 Гц', 'LineWidth', 2, 'FontSize', 12);
|
||||
xlim([40, 60]);
|
||||
xlabel('Частота (Гц)', 'FontSize', 12);
|
||||
ylabel('Фазовая задержка (мс)', 'FontSize', 12);
|
||||
title(['Фазовая задержка: ' upper(filter_type) ' фильтр'], 'FontSize', 14);
|
||||
|
||||
% Значение на 50 Гц
|
||||
if ~isempty(idx_50)
|
||||
phase_delay_50hz = phase_delay(idx_50) * 1000;
|
||||
plot(test_freq, phase_delay_50hz, 'ro', 'MarkerSize', 15, 'LineWidth', 3);
|
||||
text(test_freq + 0.5, phase_delay_50hz*1.05, sprintf('%.2f мс', phase_delay_50hz), ...
|
||||
'FontSize', 14, 'FontWeight', 'bold', 'BackgroundColor', 'white');
|
||||
end
|
||||
|
||||
%% 4c. ГРАФИК УСИЛЕНИЯ (40-60 Гц)
|
||||
figure();
|
||||
|
||||
% Усиление в дБ
|
||||
gain_db = 20*log10(abs(h_range));
|
||||
|
||||
plot(f_range, gain_db, 'LineWidth', 3, 'Color', [0.8, 0, 0]);
|
||||
grid on; hold on;
|
||||
xline(test_freq, '--r', '50 Гц', 'LineWidth', 2, 'FontSize', 12);
|
||||
xlim([40, 60]);
|
||||
ylim([min(gain_db)-1, max(gain_db)+1]);
|
||||
xlabel('Частота (Гц)', 'FontSize', 12);
|
||||
ylabel('Усиление (дБ)', 'FontSize', 12);
|
||||
title(['Усиление: ' upper(filter_type) ' фильтр (40-60 Гц)'], 'FontSize', 14);
|
||||
|
||||
% Значение на 50 Гц
|
||||
if ~isempty(idx_50)
|
||||
gain_50hz = gain_db(idx_50);
|
||||
plot(test_freq, gain_50hz, 'ro', 'MarkerSize', 15, 'LineWidth', 3);
|
||||
text(test_freq +0.5, gain_50hz, sprintf('%.2f дБ', gain_50hz), ...
|
||||
'FontSize', 14, 'FontWeight', 'bold', 'BackgroundColor', 'white');
|
||||
end
|
||||
|
||||
%% 5. ТЕСТОВЫЙ СИГНАЛ
|
||||
t = 0:1/fs:0.2; % 200 мс
|
||||
f_test = test_freq; % Тест на 50 Гц
|
||||
signal = sin(2*pi*f_test*t);
|
||||
|
||||
% Фильтрация
|
||||
filtered = filter(b, a, signal);
|
||||
|
||||
figure();
|
||||
subplot(2, 1, 1);
|
||||
plot(t, signal, 'b', 'LineWidth', 1.5);
|
||||
hold on; grid on;
|
||||
plot(t, filtered, 'r', 'LineWidth', 2);
|
||||
xlabel('Время (с)');
|
||||
ylabel('Амплитуда');
|
||||
legend('Исходный', 'После фильтра', 'Location', 'best');
|
||||
title(['Тест фильтра: ' num2str(f_test) ' Гц']);
|
||||
|
||||
% Спектр
|
||||
subplot(2, 1, 2);
|
||||
[P1, f1] = pwelch(signal, [], [], [], fs);
|
||||
[P2, f2] = pwelch(filtered, [], [], [], fs);
|
||||
plot(f1, 10*log10(P1), 'b', 'LineWidth', 1.5);
|
||||
hold on; grid on;
|
||||
plot(f2, 10*log10(P2), 'r', 'LineWidth', 2);
|
||||
xlim([0, 200]);
|
||||
xlabel('Частота (Гц)');
|
||||
ylabel('Мощность (дБ)');
|
||||
legend('Исходный', 'После фильтра', 'Location', 'best');
|
||||
title('Спектр сигнала');
|
||||
|
||||
|
||||
fprintf('\n══════════════════════════════════════════════════\n');
|
||||
fprintf('ЗНАЧЕНИЯ НА %d Гц:\n', f_test);
|
||||
|
||||
if ~isempty(idx_50)
|
||||
fprintf('Групповая задержка: %.2f мс\n', delay_50hz);
|
||||
fprintf('Фазовая задержка: %.2f мс\n', phase_delay_50hz);
|
||||
fprintf('Усиление: %.2f дБ (%.3f в линейном масштабе)\n', ...
|
||||
gain_50hz, abs(h_range(idx_50)));
|
||||
else
|
||||
fprintf('Не удалось рассчитать значения на 50 Гц\n');
|
||||
end
|
||||
|
||||
fprintf('══════════════════════════════════════════════════\n');
|
||||
199
Информация для программиста (УПП СП СЭД)/CALC/test_filt.m
Normal file
199
Информация для программиста (УПП СП СЭД)/CALC/test_filt.m
Normal file
@@ -0,0 +1,199 @@
|
||||
%% МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛОСОВОГО ФИЛЬТРА С ДИФФЕРЕНЦИАТОРОМ
|
||||
clear all; close all; clc;
|
||||
|
||||
%% 1. ПАРАМЕТРЫ ФИЛЬТРА (подставь свои значения)
|
||||
b0 = 0.000392540911;
|
||||
b1 = 0.0;
|
||||
b2 = -0.000392540911;
|
||||
a1 = -1.99915338;
|
||||
a2 = 0.999214947;
|
||||
|
||||
% Или рассчитай новые:
|
||||
center_freq = 50; % Центральная частота (Гц)
|
||||
sample_freq = 40000; % Частота дискретизации (Гц)
|
||||
bandwidth = 5; % Ширина полосы (Гц)
|
||||
|
||||
% %% 2. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ (если нужно)
|
||||
% if 1 % Поставь 0 если используешь готовые коэффициенты выше
|
||||
% % Отношение частот
|
||||
% fc_ratio = center_freq / sample_freq;
|
||||
% bandwidth_ratio = bandwidth / center_freq;
|
||||
%
|
||||
% % Расчет коэффициентов полосового фильтра
|
||||
% w0 = 2 * pi * fc_ratio;
|
||||
% Q = 1 / bandwidth_ratio;
|
||||
% alpha = sin(w0) / (2 * Q);
|
||||
% cos_w0 = cos(w0);
|
||||
%
|
||||
% % Коэффициенты биквадратного полосового фильтра
|
||||
% b0_bp = alpha;
|
||||
% b1_bp = 0;
|
||||
% b2_bp = -alpha;
|
||||
% a0_bp = 1 + alpha;
|
||||
% a1_bp = -2 * cos_w0;
|
||||
% a2_bp = 1 - alpha;
|
||||
%
|
||||
% % Нормализация (a0 = 1)
|
||||
% b0 = b0_bp / a0_bp;
|
||||
% b1 = b1_bp / a0_bp;
|
||||
% b2 = b2_bp / a0_bp;
|
||||
% a1 = a1_bp / a0_bp;
|
||||
% a2 = a2_bp / a0_bp;
|
||||
% end
|
||||
|
||||
fprintf('Коэффициенты фильтра:\n');
|
||||
fprintf('b0 = %.6f\n', b0);
|
||||
fprintf('b1 = %.6f\n', b1);
|
||||
fprintf('b2 = %.6f\n', b2);
|
||||
fprintf('a1 = %.6f\n', a1);
|
||||
fprintf('a2 = %.6f\n', a2);
|
||||
|
||||
%% 3. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ
|
||||
poles = roots([1, a1, a2]);
|
||||
fprintf('\nПолюса фильтра:\n');
|
||||
for i = 1:length(poles)
|
||||
fprintf(' pole%d = %.6f %+.6fj (|pole| = %.6f)\n', ...
|
||||
i, real(poles(i)), imag(poles(i)), abs(poles(i)));
|
||||
end
|
||||
|
||||
if any(abs(poles) >= 1)
|
||||
fprintf('⚠️ ВНИМАНИЕ: Фильтр НЕУСТОЙЧИВ!\n');
|
||||
else
|
||||
fprintf('✅ Фильтр устойчив\n');
|
||||
end
|
||||
|
||||
%% 5. ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛНОГО ФИЛЬТРА (с дифференциатором)
|
||||
% Дифференциатор: H_diff(z) = 1 - z^-1
|
||||
b_diff = [1, -1];
|
||||
a_diff = 1;
|
||||
|
||||
% % Каскадное соединение: дифференциатор + полосовой фильтр
|
||||
% b_total = conv(b_diff, b_bp); % Перемножение полиномов
|
||||
% a_total = conv(a_diff, a_bp);
|
||||
% полосовой фильтр
|
||||
b_total = [b0, b1, b2];
|
||||
a_total = [1, a1, a2];
|
||||
|
||||
[h_total, f_total] = freqz(b_total, a_total, 2048, sample_freq);
|
||||
|
||||
figure();
|
||||
subplot(1,2,1);
|
||||
plot(f_total, 20*log10(abs(h_total)), 'r', 'LineWidth', 2);
|
||||
grid on; hold on;
|
||||
xline(center_freq, '--r', sprintf('%d Гц', center_freq), 'LineWidth', 1.5);
|
||||
xlim([0, sample_freq/2]);
|
||||
ylim([-60, 20]);
|
||||
xlabel('Частота (Гц)');
|
||||
ylabel('Усиление (дБ)');
|
||||
title('АЧХ полного фильтра (дифференциатор + полосовой)');
|
||||
|
||||
subplot(1,2,2);
|
||||
plot(f_total, angle(h_total)*180/pi, 'r', 'LineWidth', 2);
|
||||
grid on; hold on;
|
||||
xline(center_freq, '--r', sprintf('%d Гц', center_freq), 'LineWidth', 1.5);
|
||||
xlim([0, sample_freq/2]);
|
||||
xlabel('Частота (Гц)');
|
||||
ylabel('Фаза (градусы)');
|
||||
title('ФЧХ полного фильтра (дифференциатор + полосовой)');
|
||||
|
||||
%% 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ
|
||||
% Создаем тестовый сигнал
|
||||
duration = 0.2; % 200 мс
|
||||
t = 0:1/sample_freq:duration;
|
||||
|
||||
% Сигнал 50 Гц + шум
|
||||
signal_freq = 50;
|
||||
signal = sin(2*pi*signal_freq*t) + 0.1*randn(size(t));
|
||||
|
||||
% Имитация работы твоего кода на C
|
||||
% Прямая форма II с дифференциатором
|
||||
x1 = 0; x2 = 0; % Состояния входа фильтра
|
||||
y1 = 0; y2 = 0; % Состояния выхода фильтра
|
||||
prev_input = 0; % Для дифференциатора
|
||||
|
||||
filtered_signal = zeros(size(signal));
|
||||
|
||||
for i = 1:length(signal)
|
||||
% 1. Дифференциатор
|
||||
diff = signal(i);
|
||||
prev_input = signal(i);
|
||||
|
||||
% 2. Полосовой фильтр (прямая форма II)
|
||||
y = b0*diff + b1*x1 + b2*x2 - a1*y1 - a2*y2;
|
||||
|
||||
% 3. Обновление состояний
|
||||
x2 = x1;
|
||||
x1 = diff;
|
||||
y2 = y1;
|
||||
y1 = y;
|
||||
|
||||
filtered_signal(i) = y;
|
||||
end
|
||||
|
||||
% Встроенная функция MATLAB для сравнения
|
||||
filtered_matlab = filter(b_total, a_total, signal);
|
||||
|
||||
figure();
|
||||
|
||||
% Сигнал и выход
|
||||
subplot(2,1,1);
|
||||
plot(t, signal, 'b', 'LineWidth', 1);
|
||||
hold on; grid on;
|
||||
plot(t, filtered_signal, 'r', 'LineWidth', 2);
|
||||
plot(t, filtered_matlab, 'g--', 'LineWidth', 1);
|
||||
xlabel('Время (с)');
|
||||
ylabel('Амплитуда');
|
||||
legend('Исходный сигнал', 'Наш фильтр (имитация C)', 'MATLAB filter()', ...
|
||||
'Location', 'best');
|
||||
title(sprintf('Тестовый сигнал: %d Гц + помеха 150 Гц + шум', signal_freq));
|
||||
|
||||
% Ошибка между нашей реализацией и MATLAB
|
||||
subplot(2,1,2);
|
||||
error = filtered_signal - filtered_matlab;
|
||||
plot(t, error, 'k', 'LineWidth', 1);
|
||||
grid on;
|
||||
xlabel('Время (с)');
|
||||
ylabel('Ошибка');
|
||||
title('Разница между нашей реализацией и MATLAB filter()');
|
||||
fprintf('\nМаксимальная ошибка: %.2e\n', max(abs(error)));
|
||||
|
||||
%% 7. АНАЛИЗ НА ЧАСТОТЕ 50 Гц
|
||||
freq_test = 50;
|
||||
w_test = 2*pi*freq_test/sample_freq;
|
||||
z = exp(1i*w_test);
|
||||
|
||||
% Передаточная функция полного фильтра
|
||||
H_z = (b0 + b1*z^-1 + b2*z^-2) / (1 + a1*z^-1 + a2*z^-2) * (1 - z^-1);
|
||||
|
||||
fprintf('\n══════════════════════════════════════════════════\n');
|
||||
fprintf('АНАЛИЗ НА %d Гц:\n', freq_test);
|
||||
fprintf('Усиление: %.3f (%.2f дБ)\n', abs(H_z), 20*log10(abs(H_z)));
|
||||
fprintf('Фазовый сдвиг: %.1f градусов\n', angle(H_z)*180/pi);
|
||||
fprintf('Задержка: %.2f мс (фазовая)\n', -angle(H_z)*1000/(2*pi*freq_test));
|
||||
fprintf('══════════════════════════════════════════════════\n');
|
||||
|
||||
%% 8. ГРАФИК ПОЛЮСОВ И НУЛЕЙ
|
||||
figure();
|
||||
|
||||
% Единичная окружность
|
||||
theta = linspace(0, 2*pi, 100);
|
||||
plot(cos(theta), sin(theta), 'k--', 'LineWidth', 1);
|
||||
hold on; grid on; axis equal;
|
||||
|
||||
% Полюса (красные кресты)
|
||||
plot(real(poles), imag(poles), 'rx', 'MarkerSize', 15, 'LineWidth', 2);
|
||||
|
||||
% Нули полосового фильтра
|
||||
zeros_bp = roots([b0, b1, b2]);
|
||||
plot(real(zeros_bp), imag(zeros_bp), 'bo', 'MarkerSize', 10, 'LineWidth', 2);
|
||||
|
||||
% Нули дифференциатора (z=1)
|
||||
plot(1, 0, 'go', 'MarkerSize', 10, 'LineWidth', 2);
|
||||
|
||||
xlim([-1.2, 1.2]);
|
||||
ylim([-1.2, 1.2]);
|
||||
xlabel('Re(z)');
|
||||
ylabel('Im(z)');
|
||||
title('Диаграмма полюсов и нулей фильтра');
|
||||
legend('Единичная окружность', 'Полюса', 'Нули полосового фильтра', ...
|
||||
'Нуль дифференциатора (z=1)', 'Location', 'best');
|
||||
Reference in New Issue
Block a user