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标题: [原创]软件滤波 [打印本页]

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作者: xjq2005    时间: 2005-4-4 12:08
标题: [原创]软件滤波
软件滤波方法

1 E) O( c# l" \% Q7 N5 q3 F* Q第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
6 c: ^9 A6 Q! u: f4 lA、方法：
根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）
- G7 k; H; f2 `9 X每次检测到新值时判断：
如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
! v5 T! C7 L# c8 u2 ?如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值
B、优点：
1 ]0 U. g- }& v  y能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
# f7 _4 R" g3 e' X
2 Y0 F1 z& A, q% }/ i+ g" g. x# Y4 B第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
5 A. Q& s1 {: O$ m) {/ K( H( r( F9 R把N次采样值按大小排列
3 s: R. E* s' D. y取中间值为本次有效值
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
9 Z9 p7 A) I$ k* V* g; D' G) O& C  j对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
C、缺点：
4 ]# k" G* ]1 Y对流量、速度等快速变化的参数不宜
# ~- _; ^! o3 M6 b) p& x( b6 x
$ h+ r0 R3 m  p" n: @! h第3种方法、算术平均滤波法
9 b" v& H% V; [4 ~1 _' MA、方法：
连续取N个采样值进行算术平均运算
- Q$ L* D" @/ hN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
" J* M7 b1 k1 z- o& aN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
+ W% X9 N$ r) |) E0 U8 G适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动
C、缺点：
/ b$ R! E1 ]' _' V0 F' E+ h3 y对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用
比较浪费RAM
, A0 [- f+ n. }) q
0 }% c5 ~+ C0 o第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
! W) U0 c3 ]1 t. {  Q+ a/ PA、方法：
; K. S$ T; v" G把连续取N个采样值看成一个队列
* S* D. u- [- b) `# \" n队列的长度固定为N
每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)
把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果
N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
8 e5 r* j9 v& U  p+ qB、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
$ C% Z* |- k; w1 \1 z. h/ x7 S# E% ~适用于高频振荡的系统
C、缺点：
0 X: V+ r  \8 d+ Q# q' k灵敏度低
( k7 A" f, ?8 `对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
" Y' _$ U% t: X1 W4 y5 W$ a+ r1 Q不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
: w& Y/ p. v: _3 \9 F3 ]6 g& z不适用于脉冲干扰比较严重的场合
" p% `) d- U, w" u4 d) C比较浪费RAM
$ t+ U1 I- |; M3 Z
* D' i) {8 S# d. z第5种方法、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
, p3 m; O3 F. KA、方法：
8 M1 g( E8 K* d/ P! m相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
+ X6 [  j" N& G; g- C: }  x+ f0 G连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
( D# ?- W  S1 y/ w3 w0 x2 }, S然后计算N-2个数据的算术平均值
  e9 m& F1 m4 s" p8 x  lN值的选取：3~14
" P2 }. [! W7 ~+ S- hB、优点：
融合了两种滤波法的优点
) Z' |+ R+ s. d8 ]6 B对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
8 M; s, e  u& N: cC、缺点：
0 ^. G9 s+ B  T8 G* c. W测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM
7 ]2 f8 |' t6 f& L

第6种方法、限幅平均滤波法
8 h2 Y$ `) [! f, h" f  o# EA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
: t5 v" W. p) [每次采样到的新数据先进行限幅处理，
* d. q: H! q( k! @; f# v9 v再送入队列进行递推平均滤波处理
! C; x5 w6 h, t- K7 K0 MB、优点：
) q6 s# O  C; p$ g% }5 I融合了两种滤波法的优点
4 S3 M/ d; x- U6 d. y对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
8 g3 V0 M3 ~3 H! a: v: H2 PC、缺点：
" m4 X, g2 I1 H$ N7 _# q. O2 t比较浪费RAM

第7种方法、一阶滞后滤波法
% |; l1 A2 x0 @' \6 X4 K5 Q$ s3 }A、方法：
0 ?2 w0 T6 ^! G2 P" _/ A取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、优点：
( j/ f/ s; y/ i( T- H& u4 o对周期性干扰具有良好的抑制作用
: B% x4 i4 D$ X( [7 l5 b5 t# I: V适用于波动频率较高的场合
3 i! R: P3 K& o- z# y- P1 L' k& u# |C、缺点：
相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
4 ]5 h/ s7 v6 G* a不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

( Q" i6 n7 d; e, z" H! k第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权
9 J: [) Q7 Q* N  D- u. ]3 c通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低
" K8 A) _: d" }B、优点：
适用于有较大纯滞后时间常数的对象
和采样周期较短的系统
C、缺点：
对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号
不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
6 k$ k/ m. H9 ~
7 o; C% W" m, s4 V) U. t" |第9种方法、消抖滤波法
1 c8 d: N( l" ~A、方法：
设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
如果采样值<>当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否>=上限N(溢出)
如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
B、优点：
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动
C、缺点：
) u: n) u8 q  O对于快速变化的参数不宜
+ q- ?( W3 B( \, t- `如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统

8 c% \. W5 I* i5 N0 T第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
B、优点：
1 X) G5 }* ]* `继承了“限幅”和“消抖”的优点
改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
  ~0 ?" j. f3 i7 c# f$ F+ cC、缺点：
1 w0 c3 k) c; [2 y  w5 N对于快速变化的参数不宜
: o$ S# v* h- m% K2 \2 Q
8 _- ?) Y1 i3 G" h; M, V
第11种方法：IIR 数字滤波器

& Z- H' a" N8 z5 k! H7 ?0 U6 q1 SA. 方法：
% k7 f5 V( l! B8 p5 w确定信号带宽， 滤之。
Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + ... + bk*X(n-k)
# S% v: }( o# L/ b9 ?/ @: y9 Z
. T/ W* Y- l) m) g/ [B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
C. 缺点：运算量大。

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作者: jin_geda    时间: 2013-9-29 16:15

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