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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）
A、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）
每次检测到新值时判断：
) ?! f' u% g! _如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
- d; ?* j) ^4 C* ]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
8 T& o- H; g1 o# M9 H$ XB、优点：
/ K- Q# Q% p( K1 A0 `" A  b能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
. Z# x+ \3 X* F4 z8 s* R3 H" DC、缺点
# `, z0 x7 V* [) r+ G; |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
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
4 D# X) I, V6 g  r把N次采样值按大小排列
取中间值为本次有效值
; D( W2 u" f: F1 aB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
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
6 d! ~8 Y6 L4 g3 Q  B
第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
) ]0 W" {/ X# n连续取N个采样值进行算术平均运算
7 I- \/ b. M1 z5 yN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
N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
- _$ |( ~3 j6 m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：
# I, d2 w8 _* n% l3 J9 N8 ^) v1 z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
& `% X& k5 J. ?* `, t* q比较浪费RAM

& j% g2 K) d) y6 E$ J: |第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
# j  o% R: H) P, `" y' k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)
3 k& e6 @2 ?! l  d' R0 g" Z0 L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
' w. l$ d% z! y! i# BN值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
. F4 {/ ~4 ]5 B' _2 cB、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
# ?- `/ O& M/ Q& v) j5 b适用于高频振荡的系统
C、缺点：
1 g' {5 O- I0 f灵敏度低
9 j% a6 ?/ n$ W' C+ h$ i1 x对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
# G- g/ f+ |& N3 b/ K1 S不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
% k) [9 f! r1 e. Q& w不适用于脉冲干扰比较严重的场合
1 e# x7 R, K( |; g7 I0 G" S比较浪费RAM

# P6 V2 L5 Y" _; J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：
8 l0 G/ p# d+ C# J- A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
0 O7 ]1 T6 N; b+ a然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取：3~14
B、优点：
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
. R+ P6 B* }% a' w& y: c' V; kC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
9 j8 i1 X& g' b- R- g# k! D. |) G比较浪费RAM

5 h3 v: t# @! ?/ }' t9 F
8 r5 R- f2 A# t1 o5 ~第6种方法、限幅平均滤波法
1 W% C% m" v! f5 D2 e, R+ |9 HA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
. S3 X( @! N" u8 P- k! H0 a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：
融合了两种滤波法的优点
7 V3 M1 `3 \  A0 j8 \9 f$ `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：
比较浪费RAM

  ~  X2 M' [6 d; |( t8 {# w9 l. ^% A第7种方法、一阶滞后滤波法
+ U7 k0 e/ S; L, c7 RA、方法：
! H9 o3 e* s9 |- I取a=0~1
% u/ W) k8 |  |' i; C5 e本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
: \# P; G: V! L: M8 p( H: HB、优点：
. L) n; f* h8 a) d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
/ x+ B3 I8 c! z- `C、缺点：
相位滞后，灵敏度低
: f6 {* }' n! I; q$ ~% M( H6 b; i, K滞后程度取决于a值大小
; S# b1 `- ?; P! T. Z不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

第8种方法、加权递推平均滤波法
& T) W) n! b. j! k% RA、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
4 b8 Y& x. ?* M通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
9 B9 Y2 [, X; S% l5 |3 Y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
B、优点：
9 p: n: a$ i# d) h适用于有较大纯滞后时间常数的对象
4 ]5 k5 N0 Z* Q$ P0 d6 M, ?! x和采样周期较短的系统
C、缺点：
$ u2 X& ~7 U8 |4 c! L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

第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
8 o' Z- l  B* y, ]+ Q设置一个滤波计数器
* U2 k8 r2 p2 R$ o6 U, {4 q$ u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
+ m- H% E: c- I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)
) X# g7 r" f3 D  {" H. G# }- U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：
0 C; f7 S  W: {: {2 u0 D对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
) k& ?3 t& y  N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
- u" P  W7 y0 z: \C、缺点：
4 O4 y# a) ?, y6 Y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
A、方法：
6 m: j7 s3 C0 I$ ?( E相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
B、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
4 l4 n: X5 @0 Y% H/ v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

6 c" d3 k" B% ?1 K" N$ q" B
2 F1 ]: I! K- y+ [" A2 Q3 [$ |第11种方法：IIR 数字滤波器

0 }) W9 W1 V( a0 Q2 KA. 方法：
  c3 v/ \* w) R0 q4 k确定信号带宽， 滤之。
) e9 q0 I$ `+ n: L7 W4 eY(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)
0 ?9 a1 v* c; A$ Y2 H  S4 i- y+ t
4 f, [; G! ^  Z/ R2 E% h# ~B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
/ Y  r$ U2 L( x+ a7 I1 a( Y" f& k9 S3 ^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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