[實用新型]一種基于FPGA實現的分數階積分器

有效

• 申請號: 201820937532.1
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN208190613U
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 徐馳;金予;李歡
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H03H17/00
• 分類號: H03H17/00;H03H17/02
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 韓國強

本實用新型涉及一種基于FPGA實現的分數階積分器，包括：量化模塊，用于量化分數階積分器的系數，得到分數階積分器時域下的差分表達式；FPGA模塊，用于根據所述差分表達式，將所述分數階積分器的實現分解為無反饋結構的零點系數的FPGA實現、無反饋結構的極點系數的FPGA實現及無反饋結構的頂層運算的FPGA實現。本實用新型提供的技術方案，提高了高階IIR濾波器的系統穩定性，并簡化了系統結構。

技術領域

本實用新型涉及數字濾波器技術領域，具體涉及一種基于FPGA實現的分數階積分器。

背景技術

數字濾波器由數字乘法器、加法器和延時單元組成的一種算法或裝置。數字濾波器的功能是對輸入離散信號的數字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的。數字濾波器具有可靠性高、一致性好和參數設置便捷等優點，在許多應用領域使用數字濾波器替代模擬濾波器可獲得更為理想的性能。

數字濾波器包括：FIR濾波器(Finite Impulse Response濾波器，有限長單位沖激響應濾波器)和IIR濾波器(Infinite Impulse Response濾波器，無限長單位激響應濾波器)。與FIR濾波器相比，IIR濾波器具有更好的幅頻特性。由于具有反饋回路，IIR濾波器在相同階數時取得的濾波效果更好。然而IIR濾波器存在穩定性問題，這主要取決于IIR濾波器具有反饋型結構，濾波器傳遞函數的零極點分布影響其穩定性。低階IIR濾波器結構簡單，電路容易實現，穩定性好，但由于階數太低，限制了系統的濾波降噪能力，造成系統整體的性能不高；高階IIR濾波器濾波降噪能力強，但面臨系統的穩定性變差問題，需要合理設計系統結構與參數。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于FPGA實現的分數階積分器，提高高階IIR濾波器的系統穩定性，并簡化系統結構。

為實現以上目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種基于FPGA實現的分數階積分器，包括：

量化模塊，用于量化分數階積分器的系數，得到分數階積分器時域下的差分表達式；

FPGA模塊，用于根據所述差分表達式，將所述分數階積分器的實現分解為無反饋結構的零點系數的FPGA實現、無反饋結構的極點系數的FPGA實現及無反饋結構的頂層運算的FPGA實現。

優選地，所述量化模塊，包括：

獲取子模塊，用于獲取分數階積分器的標準傳遞函數；

變形子模塊，用于將所述標準傳遞函數變形為分數階傳遞函數；

量化子模塊，用戶對所述分數階傳遞函數的系數進行量化；

輸出子模塊，用于根據量化后的系數，輸出所述分數階傳遞函數時域下的差分表達式。

優選地，所述量化子模塊，還用于將量化后的分數階傳遞函數分母系數的第一項設置為2的整數次冪次方的形式。

優選地，若所述標準傳遞函數包括：比例系數、積分系數和半階積分算子，則所述變形子模塊，包括：

接收子模塊，用于接收用戶設定的比例系數和積分系數；

展開子模塊，用于采用預設的積分算法將所述半階積分算子展開；

代入子模塊，用于將所述比例系數、積分系數和展開后的半階積分算子代入到所述標準傳遞函數中，將所述標準傳遞函數變形為分數階傳遞函數。

優選地，所述展開子模塊，具體用于采用Al-aloui算法對所述半階積分算子進行數值逼近，以將所述半階積分算子展開。

優選地，所述FPGA模塊，包括：