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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
' o$ C8 h, V$ T
+ C  C9 ^# Z. ]( Y/ m2 m4 X) v第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
8 K$ k0 L% m2 L$ DA、方法：
, a2 i& C: K$ ?  q5 b根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）
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
6 \' ^4 y, w; |: |8 ~2 l, @- k- }" }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
% h/ b0 J! {* o) K. CB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
  K. ?% z' v: ~( u0 ~C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
1 }8 L* F2 F! {6 _. c6 K6 J平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
+ r' C& m/ N7 {A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
把N次采样值按大小排列
* Y+ d- P, d) l4 A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
% D' g- T+ V: G  `( c1 i; n$ R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：
对流量、速度等快速变化的参数不宜
4 p+ Z6 `% `' g1 j7 ?
, x. c/ Z3 n0 r6 q2 P第3种方法、算术平均滤波法
2 H1 y9 z3 l7 VA、方法：
- k0 S, V+ i' q2 \1 {; {# c3 [. B连续取N个采样值进行算术平均运算
; L( B2 U6 R7 q/ L. KN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
0 h% `5 F  c) x/ Z5 R/ e+ G  f5 DN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
0 u* G9 ~" [$ ^3 r8 SN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
5 L2 q7 I% r/ l" N: p5 I适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
! E/ A9 h1 _. R) s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
/ R! e, X+ }2 S" a' ?C、缺点：
; A5 R; Z; j' d; \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
6 {4 h) X/ s2 h, `" i5 k. ~$ ~比较浪费RAM

/ p7 C+ {- V: a第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
2 ?0 t7 v- M4 x6 V0 ]/ lA、方法：
( v7 M; B2 t3 H7 p) p7 f! T! D把连续取N个采样值看成一个队列
队列的长度固定为N
3 @/ p9 J2 {  g4 W$ M0 x7 k+ D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)
: b+ Y( J* k4 b" @9 X- ~5 {1 P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
' B; l" m% O/ }# l, t* mB、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
适用于高频振荡的系统
C、缺点：
6 I% \$ y" y  Q- b* Y& R* ^灵敏度低
$ S! S# A7 L8 P" M& D4 Z/ \对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
$ E0 R4 K, T- t# l9 O不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
- B  ?; f  U1 @" d# r不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM

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）
A、方法：
* |; T* z( N* ~( @相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
# P) B1 G/ [3 F/ V5 |9 F* G) W然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取：3~14
( h0 y# ?' U3 g  X/ `" x4 \B、优点：
2 ~# \$ W3 y/ ?融合了两种滤波法的优点
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
C、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM

) I" p: `7 J! _: r+ T9 ^9 ^) x0 y
第6种方法、限幅平均滤波法
) ^, o# ~3 ~6 j. C  L7 tA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
每次采样到的新数据先进行限幅处理，
再送入队列进行递推平均滤波处理
B、优点：
& H; C; l+ a- s# l; b. R! D. ]融合了两种滤波法的优点
, g& e& q% E  C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
C、缺点：
' t! O# N  h1 u7 \* ^; v4 c. ?& W* o. }" \比较浪费RAM
) I# z0 U* o; S  ?: \0 h. G6 L
第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
5 |, V6 B! h* o9 b, ]取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
3 k3 u6 Q) d0 H2 S2 rB、优点：
对周期性干扰具有良好的抑制作用
适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
相位滞后，灵敏度低
6 X1 [( U9 ~- d; c' ~5 H0 a7 t滞后程度取决于a值大小
1 T) L1 O, G  z; V& ?- _不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
) j' u  k6 c2 ^$ v# ?0 V
$ G& U7 I' X. P# F第8种方法、加权递推平均滤波法
% p! O& l2 B9 |8 [A、方法：
9 h5 }, k4 G9 u. Y. p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
6 Z( y5 d- A5 F. t( r# [6 s- t通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
" k2 x7 a( e  Y; k4 t. K  |! ^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
. g) L5 K# q- |& u& d( o# fB、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
3 b9 k* ~; U& \. y& W3 Z) m2 x+ \C、缺点：
, d; y7 @; V7 G5 v对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号
- T+ |: Q5 g/ F7 X1 @, ^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 d( i' q/ {( U  d+ s# h9 n
第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
, L3 S/ @# D" V- \9 n! k! f0 D  ]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
- M, S% m; [- fB、优点：
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
; l1 z6 ]" k  X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：
对于快速变化的参数不宜
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

, b0 B7 m! G7 D第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
5 _. r2 X1 _4 `相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
: m$ l$ G! }* J* V4 d4 c: H& s先限幅,后消抖
B、优点：
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
C、缺点：
对于快速变化的参数不宜
- Q, \' V' {( n2 m3 U- K* C5 m6 r; ]
6 [* s* G8 e+ M: `
第11种方法：IIR 数字滤波器

5 N( I, a3 L1 }. [) Z) x" GA. 方法：
5 R9 r1 [6 a* `2 o9 T- n! F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)
$ F$ h; c1 c3 A/ K, Q1 Y
B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
: C; s4 O  ^7 p+ a3 g$ O9 HC. 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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