[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

9 o: U5 l1 i6 y  h! n0 Q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：
3 e+ n, g) `  t0 r如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
! \6 E& S, ^7 F1 F. d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
& m4 C8 R, W6 ^2 `6 w* yB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
; _% b$ U+ C/ y7 ?无法抑制那种周期性的干扰
; u( j, H* O. I! }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）
" e8 p% k. B, x  p, w+ j7 |% S. C把N次采样值按大小排列
' ~6 @$ d7 `" ]9 [& A1 K) E7 ?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
3 x% s# \6 e2 }C、缺点：
$ P& ]0 C) u  ]1 H6 q- s2 y对流量、速度等快速变化的参数不宜
7 o, ]4 H& V% [4 X& _- g
! F" F/ c! T/ x8 g( D5 t" ~第3种方法、算术平均滤波法
0 N1 l- x8 `' p2 O% WA、方法：
连续取N个采样值进行算术平均运算
N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
9 S2 P8 m( s2 M& z  s- @B、优点：
6 I/ h" B& A5 k8 F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
: N* y0 g9 K2 W" s# B
; x7 T% M) \. n% Q8 ]第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
# _6 C  o' Y0 Q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
N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
B、优点：
% }! G3 v$ g' d7 T# c3 \9 c% V9 U对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
( ^& o" w: G" E6 W( e; l) c. l( w适用于高频振荡的系统
* _; x1 w; h/ ~+ a9 x/ R8 X1 G6 R  tC、缺点：
7 ~8 i1 A( [& F* |- f% B4 `0 a4 B灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
1 {8 n; D/ k- ]3 K* t, _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
4 o9 }% v" f2 W6 y, P) y比较浪费RAM

0 \* l& r0 z7 o& m/ \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”
; t( b7 l, Z5 e, Y连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
0 E5 L1 {( h# d  P0 P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
! s9 }5 Q4 c; s0 W" O: IC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM

5 g; n& D, F+ s0 l) q. w/ M2 a
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，
# z2 Q) u8 |+ s再送入队列进行递推平均滤波处理
# k4 ]4 w) s8 m# y7 |B、优点：
' Z5 Z0 Y! B! `3 ~4 `* H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
3 ^; s$ e. ?: CC、缺点：
比较浪费RAM

第7种方法、一阶滞后滤波法
; C- p1 H( d/ r2 ]" QA、方法：
2 g4 V  V* A: p) i- G取a=0~1
3 ?( \* r! {0 Q4 H+ c- S9 s: b" f本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
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：
3 m( F4 d# U6 X8 ]8 z8 [相位滞后，灵敏度低
+ G# v2 X$ e1 M* q, H; c" b, S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

3 j1 y  ?0 x! h第8种方法、加权递推平均滤波法
# _' _0 _1 e7 X' d6 kA、方法：
, o; I! }& @4 |6 S% T. W) s1 j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
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
5 c6 W$ W! L2 E8 ^; A: E  uB、优点：
$ v. u3 T, \9 |4 i适用于有较大纯滞后时间常数的对象
. D+ v2 X/ z4 E0 J( p4 `! w和采样周期较短的系统
' x* Y1 x, L# f' p1 X% X# P6 E. ZC、缺点：
8 ^1 A" j* v: M: F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：
$ x/ |* s3 e! E设置一个滤波计数器
1 U$ m% O- N  d% N将每次采样值与当前有效值比较：
# p. [# V3 C% _8 U! E9 }% W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,
( Q$ T) x# |' x1 P! M: j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：
* e( g1 U6 }( v! L9 ?$ ~$ ~$ a对于快速变化的参数不宜
1 ^( U) E: d8 D; Z* @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
9 R0 d6 F6 n- U6 |: x
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
' f5 V% }* h* f6 F% a& E" S/ h1 _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
6 x2 ?  T6 X; E: }2 S$ M# M: oC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
9 F  V7 E5 h$ q
" \* l% p( Q4 M
第11种方法：IIR 数字滤波器
2 l5 d% P. N9 d& P1 v* n6 V
, R- X' r9 F* e# ?0 |2 t. T1 SA. 方法：
2 g/ ]% ]! ~) [8 _6 V( N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)
# r: {. E' d9 ^' A- D- ^9 D
) K" Y' }% i9 e) N- P- E4 V' SB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
. E! y- U% T. h# E, _, A: p* W- WC. 缺点：运算量大。

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