[原创]软件滤波

xjq2005

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）
& v1 J  X& c  G1 L' PA、方法：
$ c- a7 i- ~% z) C! d0 A: U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
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
2 F6 T/ z/ Y" X& j8 ~B、优点：
* P9 F, G3 M9 b. G# c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
4 w9 O4 s% `$ m$ X
第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
+ a( h5 o& E; T0 i! k1 n1 z. m6 w连续采样N次（N取奇数）
2 }% _* H1 p: A6 c: l# g4 n把N次采样值按大小排列
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
对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
- V9 U) B  K1 z' I9 @8 v- Q! ^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：
连续取N个采样值进行算术平均运算
# B2 Q- L1 S' F7 S, xN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
: Y1 c( t* U5 e$ t" I2 RN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
+ ?; s6 X# z3 ~7 @, V5 @9 C$ cN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
7 ]: R# Y+ Z2 N  r/ X  S; r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：
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）
A、方法：
7 D* T7 ?- i$ R' h' r1 |把连续取N个采样值看成一个队列
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
( ?5 q1 N8 e8 \. D; lN值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
4 w" v2 i. W  l+ |! E. W. B: J5 @B、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
: w' s2 ~. O' I& Q: h+ O! E适用于高频振荡的系统
C、缺点：
) B( x  B3 s8 d+ N灵敏度低
! e2 Q0 e+ q2 j/ E对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
' H. G; L" K% I2 v5 B不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
0 A- k8 Q" ^- z. `& `7 c* N不适用于脉冲干扰比较严重的场合
# d/ g3 U/ T. ]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）
% t8 N3 v1 G& j% P  @  ^* _5 V0 v' cA、方法：
# O8 g& h: d# r2 Z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
N值的选取：3~14
B、优点：
3 O* o( W; g5 M+ ~: M4 g融合了两种滤波法的优点
$ ]% L$ g3 c  }0 P) q1 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
C、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
; E; I9 Y! O. \# x! a比较浪费RAM
2 G) F) ~- @8 k$ h% j9 G
4 ^- u9 `. S! l3 L5 M: k; }2 j* O
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，
6 B$ m4 i, O6 y. @再送入队列进行递推平均滤波处理
% U& s- X7 P* o( X& N( RB、优点：
融合了两种滤波法的优点
% O! i7 y8 U9 T- C1 n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：
; `( g0 k' P# Y) M比较浪费RAM
! M0 ]+ @1 y6 R& Z* R
第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
* q$ Q; Z$ @) z- `+ _B、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
  Q4 q5 G( U9 k. i滞后程度取决于a值大小
. v) M3 c9 o5 V. g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
A、方法：
* e1 R( S' `0 h4 ~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
3 w( R7 |1 ~+ N! Q, `通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
2 y3 T( b( c+ L* k0 H0 n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
' I/ S# B! c0 y4 @9 WB、优点：
适用于有较大纯滞后时间常数的对象
6 y- I$ I& a- [0 [1 S! t0 v和采样周期较短的系统
6 H/ i2 X& Q+ y/ |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
- i- C. h* [  F+ _1 y* p/ \) {8 D不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
! d+ T; Z' L& s; U- y7 E! O, T: e
第9种方法、消抖滤波法
$ b4 E* m$ x( }$ F, \A、方法：
8 f: {" V  ~- S2 |0 j设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
" D9 k& y0 ?( o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)
  e) k8 D$ w) ]) b: Z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,
, f7 P' F) Y; j4 w# T+ x" o8 a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
3 Z* U1 ], m) O" y! Q7 I8 t  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
$ W2 p5 n5 d+ V- V1 H9 r; x
5 S6 Z2 I9 h! y: h* x第10种方法、限幅消抖滤波法
& z4 C0 c; g5 ~7 P3 t% q) _A、方法：
, o; b# k# g2 R: l相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
5 x4 `: e* x& ]  nB、优点：
/ X' ^* e- x+ x! T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
; P) \2 u3 T- q5 o$ R% ]4 w! \C、缺点：
5 j! a- B4 h2 t3 i+ w; h对于快速变化的参数不宜
$ b; O( e, h/ L9 l, R: k: f
0 B( j' v- U, Y$ u6 {, U
6 V2 M9 G1 v3 E+ [1 D8 Q第11种方法：IIR 数字滤波器

A. 方法：
* f( m- s# f# I; B# k$ ^" }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)

; z8 f4 D/ L5 `' D  y. AB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
; g6 I3 o  g) m- hC. 缺点：运算量大。

jin_geda