Цифровые фильтры

Цифровой фильтр – это устройство, преобразующее входную дискретную последовательность

в выходную

В реальных фильтрах для расчета очередного значения управляющей последовательности в момент времени используется конечное число прошлых значений входного и выходного сигналов, хранящихся в оперативной памяти:

Здесь – некоторая функция своих переменных и – целое число, называемое порядком фильтра. Чаще всего используют линейные законы управления, которые описываются формулой

,

где и – вещественные числа. Уравнение такого вида называют линейным разностным уравнением регулятора. Оно аналогично дифференциальному уравнению непрерывной системы, но входной и выходной сигналы изменяются в дискретном времени, т.е., определены только в моменты времени .

Как и для линейных непрерывных систем, для описания линейных цифровых фильтров (линейных дискретных систем) можно использовать операторный метод. В литературе чаще всего используется оператор сдвига вперед

,.

Обозначив через обратный оператор, получим и . Тогда, перенося в левую часть все члены, зависящие от выходной последовательности, можно записать уравнение регулятора в операторной форме

.

Отношение

называется дискретной передаточной функцией цифрового фильтра. Таким образом, в операторной форме получаем .

Фактически задача переоборудования сводится к тому, чтобы заменить передаточную функцию непрерывного регулятора дискретной передаточной функцией цифрового фильтра так, чтобы сохранить все существенные свойства системы.