FIRフィルターには極が含まれているのに、なぜ安定しているのですか?


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  • FIRフィルターが常に安定しているのはなぜですか?

  • ポールが含まれているため、他のポールよりも安定性の問題の影響が大きいのではないですか?


それはゼロだ全てが単位円内に配置されている場合FIRは安定している
ダトdatuashvili

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真実ではありません:FIRは常に安定しており、ゼロは単位円の外側を含めてどこにでも置くことができます。例:フィルター[1 -6 11 -6]には、z = 1、2、および3でゼロがあります
ヒルマー14年

繰り返しますが、@ Hilmar、FIRの実装方法によって異なります。Truncated IIR(TIIR)として実装されたFIRは、内部で安定しない場合があります。単純な横FIRフィルターとして実装されています。はい、常に安定しています。「高速畳み込み」(FFTと「overlap-add」または「overlap-save」を使用)を使用して実装した場合でも安定しています。また、TIIRフィルターとして実装されると、安定する場合があります(内部IIRが安定している場合)。しかし、TIIRとして実装されたFIRは内部的に不安定になる可能性があります。
ロバートブリストージョンソン14年

回答:


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FIRフィルターにはゼロのみが含まれ、極は含まれません。フィルターに極が含まれる場合、IIRです。IIRフィルターは確かに安定性の問題に悩まされており、注意して取り扱わなければなりません。

編集:

いくつかのさらなる検討と落書きとグーグル検索の後、私は、FIRポールのこの質問に対する答えがあると思います。

一見ポールレスなFIRフィルターのZ変換から開始: としては、RBJの答えに示されているが、FIR極は、分子と分母乗算することによって明らかにされているHZをによってZNHZ=B0のZ N +B1つのZ N - 1 +B2Z N - 2 ++bN

H(z)=b0+b1z1+b2z2++bNzN1
H(z)zN したがって、一般的なFIRフィルターの原点でN極が得られます。
H(z)=b0zN+b1zN1+b2zN2++bNzN
N

ただし、これを示すために、因果関係の仮定がフィルターに置かれます。実際、因果関係が仮定されていないより一般的なFIRフィルターを検討すると、 異なる数の極Nkが原点に現れます: Gz=b0z N +b1z N 1 +b2z N 2 ++bN

G(z)=b0zk+b1zk1+b2zk2++bNzkN1
(Nk)
G(z)=b0zN+b1zN1+b2zN2++bNzNk

したがって、私は次のように結論付けます。

  • (元の質問への回答)一般に、FIRフィルターには極がありますが、常にZ平面の原点にあります。それらは決して単位円を超えないため、FIRシステムの安定性に対する脅威にはなりません。
  • NkNth(k=0)N
  • H(z)=z1=1z

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実際、IIRフィルターはそれほど危険ではありません。
user7358 14年

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z=0

すべての極が単位円の内側にあるため、FIRフィルターは表面上安定しています。

これはおそらく、OPが考えているFIRフィルターではありませんが、同じ位置でゼロによって相殺される単位円の外側または外側に極を持つかもしれないTruncated IIRフィルター(TIIR)と呼ばれるFIRフィルターのクラスがあります。これの最も簡単な例は、移動合計または移動平均フィルターです。ただし、I / Oの観点からは、これらのTIIRフィルターはFIRです。

しかし、私は単純に「安定性」を保証しません。制御システム言語を使用すると、TIIRフィルターは「完全に観測可能」ではなく、インパルス応答の長さが有限であるために安定しているように見えますが、フィルターの内部では地獄に陥り、有限の精度で最終的に内部不安定性が発生します出力に表示されます。

「FIRフィルターには極がない」という概念を否定する必要があります。真実ではありません。


FIRフィルターには極がないことを数学的に示すことができます。
ジム・クレイ

極を持つFIRの最良の例は、カスケード統合櫛(CIC)フィルターです。単純な移動平均フィルター(1、1、1、1などの係数)で始まり、再帰的に書き換えます。これにより、極が導入されます。リンクを参照してください。これらは、多くの場合、再帰的な形式では計算的に実装するのが非常に安価であるため、ダウンコンバージョンの最初のステップとしてFPGAに実装されます。例としてGraychipのドキュメントを参照してください。通常、安定性を維持するために固定小数点で実装されます。
デビッド14年

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Hogenauerの元の論文の要約には、「デシメーション(サンプリングレートの減少)および補間(サンプリングレートの増加)のためのデジタル線形位相有限インパルス応答(FIR)フィルターのクラスが示されています」と書かれています。
デビッド

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NthN

2
@ JimClay、CIC移動合計または移動平均フィルターは、ほとんどの場合FIRフィルターです。そのIRはFです。通常、トランスバーサルFIRフィルターとしては実装されていませんが、MIPSで支払いたい場合は確かに可能です。
ロバートブリストージョンソン14年

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「FIRフィルターに極があることを数学的に示すことはできますか?–ジムクレイ

このFIRが因果関係があると仮定できますか?

NN+1

有限インパルス応答: h[n]=0n>N n<0

FIRの伝達関数:

Hz=n=+h[n]zn=n=0Nh[n]zn=n=0NzNh[n]zNn=zNn=0Nh[Nn]zn=n=0Nh[Nn]znzN=h[N]+h[N1]z+h[N2]z2++h[1]zN1+h[0]zN(z0)N

あなたがしなければならないことは、分子を因数分解することであり、ゼロがどこにあるかを知ることができます。しかし、すべての極がFIRフィルターのどこにあるかは明らかです。また、FIRフィルターの次数と同じ数の極があります。これらの極は周波数応答に影響しないことに注意してください。フェーズを除く。


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私は訂正します。説明してくれてありがとう。
ジム・クレイ

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定義により、実際にはいくらか。有限のエネルギーを入力すると、フィルターはエネルギー入力の倍数のみを最大限に供給するため(そのインパルス応答には有限のエネルギーがあります)、結果の信号は最大限にエネルギー入力の倍数になります。IIRフィルターのように、共鳴することはできません。これはケネデスの回答の背後にもあります。


ええ、それはケネナイドの答えと同じくらい間違っています。
ロバートブリストージョンソン14年

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親愛なるロバート・ブリストー・ジョンソン、私たち人間に教えてください。FIRフィルターはどこにありますかHz=1ポールがありますか?
user7358 14年

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いいですね 0次のFIRまたはIIRフィルター(「ワイヤー」とも呼ばれます)には極も零点もありません(考えたくない限り)Hz=1=zz ポールとゼロがキャンセルされる場所)。私は訂正します。
ロバートブリストージョンソン14年

単位は遅れますか Hz=zポールがありますか?
user7358 14年

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まあ、それはユニットの前進です。しかし、単位遅延、Hz=z1 単極がありますz=0
ロバートブリストージョンソン14年

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FIRフィルターの極が取り外し可能である理由について、誰も実際に触れていないので、以下でこれに答えようとしました。

FIRフィルターには、原点に取り外し可能な極があります。これは、インパルス応答の境界に必要なためです。それは極の周りにあり、それが正則であるように関数を定義することが可能です(その領域のすべての点で微分可能)。

リーマンの定理は、信号がその領域のすべての点(有限数の点を除く)で微分可能である場合、関数が制限されるこれらの特別な点の周囲に近傍が存在するということです。この定理の意味は双方向です。したがって、FIRフィルターには制限されたインパルス応答が必要であるため、インパルス応答は単位円内のすべての点で微分可能でなければなりません。したがって、信号は一貫性のある方法で拡張できるため、特異点はありません(つまり、極は取り外し可能です)。

それが、FIRフィルターのz変換に負のべき乗が含まれない理由です。 z


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トムは、私は含まれて実現可能なFIRのz変換を考えるだけの負の力をz。まあ、大丈夫、非正の力のみz
ロバートブリストージョンソン

@ robertbristow-johnsonごめん、はい。生成関数を考えていました。ただし、上記の答えは、z -> z1
トムキーリー
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