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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

第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
/ ?4 {) k1 [0 T% m4 V. r) IA、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）
. K; Z+ U9 N0 J0 F2 [& I- D+ N0 o每次检测到新值时判断：
) s4 u  ]' q; Z: _" T如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
! n+ b, u: b$ t+ [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
' t* ]6 M: d  I1 K4 U: [B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
3 Y8 o6 H) l! y" P无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
! x$ r/ Y  W* b2 h" X8 ?3 K0 LA、方法：
连续采样N次（N取奇数）
把N次采样值按大小排列
1 `: n9 z) Z/ Q, H取中间值为本次有效值
B、优点：
- j% ^* @; \% A$ D2 Y能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
1 @5 q3 T' B. P3 z0 f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

第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
2 B3 a( s) x. D! k连续取N个采样值进行算术平均运算
$ z8 {/ q1 ]# v# z9 O) H# R+ fN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
! l4 T# G6 M. ON值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
+ x. o8 k% e% K' aB、优点：
. P; p( b0 ~1 ~8 M+ J' e4 I适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
  u( b# ]: k# m: T6 Z9 F( ^  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
C、缺点：
1 d$ y! X. ^; E' l8 v8 h' `+ l( O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

第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
& b* V# [8 @0 N, o" V$ vA、方法：
' @- k3 T* w+ W( d' k把连续取N个采样值看成一个队列
2 p1 V; A4 V% x队列的长度固定为N
/ X  A+ X) @# J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)
& Y+ |' C. O  T, n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
' W: @; ]" ~& ]9 b. G0 mB、优点：
- u* m+ U" d/ w! u1 a% A% Z1 t( _对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
% S& F$ z2 v% U9 K  m6 \& W5 G适用于高频振荡的系统
C、缺点：
: J+ ?/ r) ]: d+ R) M灵敏度低
( v' e3 r6 D9 ~( f1 t. N, y& @$ F$ a对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM
( ~. z- G( y9 O2 i7 [
# p( d9 V- S+ L$ N1 V9 D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：
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
然后计算N-2个数据的算术平均值
0 n4 j9 m% A$ K4 I2 z1 J2 MN值的选取：3~14
B、优点：
% f5 {* X/ _6 E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


第6种方法、限幅平均滤波法
A、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，
) x, }' F6 A  a/ ~  J, W, E再送入队列进行递推平均滤波处理
B、优点：
) u: m& d" e  _+ i: T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
, L. e5 {. x7 J! N; B5 P/ IC、缺点：
6 }( Q: D/ T$ j比较浪费RAM
' P6 \1 T7 f  V9 J  }
第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
取a=0~1
$ \& R* q2 d1 R& W3 a8 w5 g# d本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
; v: Q' k! R: ?' T4 Q' h" A/ zB、优点：
) m( x, W- d4 M! c+ p对周期性干扰具有良好的抑制作用
8 w3 _/ d6 ]/ ~# |5 X3 X$ H适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
/ S; Y1 g8 |1 B& f$ \0 e相位滞后，灵敏度低
. M+ C7 x3 l' D* E) U$ V, q8 d滞后程度取决于a值大小
不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
. ^5 K1 P& K0 X9 V
0 B" X2 s; `2 ]( H* P+ b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
$ u8 `" y) Z$ X通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
$ g- j5 k" M0 r1 M# i2 e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
$ W+ Y, R1 j' `( W, @3 bB、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
5 N% k, a# Z. c不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差

第9种方法、消抖滤波法
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：
. n  |7 {0 h. m/ O8 O* Z+ V如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
: y2 B0 x' V( d* ~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)
6 p7 i- @- {& T0 K* M/ Y如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
8 c: j& E+ L. ^) R2 ^* |. QB、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
. H# a$ E  R0 z$ lC、缺点：
$ ?) H' W1 e. K0 x) c- v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

第10种方法、限幅消抖滤波法
& s, u- r8 a8 H! B5 Q8 [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 @3 W$ k* c$ `# g3 \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
/ @# X2 [& Q# F2 z* S% TC、缺点：
( A8 N7 U2 B0 d+ Z; A' S. ]对于快速变化的参数不宜


$ {: m% W, P. p. z9 Y0 I6 T/ A第11种方法：IIR 数字滤波器

A. 方法：
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)

9 G: R$ [: b& N- Y) c2 P, q4 k; T# SB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
. A7 H$ w$ h  [3 b. ~) z8 h" ]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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