[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）
A、方法：
8 O) g/ v* D. d) ]/ l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
9 j( K  m, I& k8 `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
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
6 s4 ~. F8 V3 s& f7 \C、缺点
6 T5 R. f) A+ D$ a" J无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
/ x$ g3 Z; W& Q  B
% b) R, B% B' Q4 y6 s( b9 }& Y第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
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
C、缺点：
" j9 R: A5 d, h; a+ H对流量、速度等快速变化的参数不宜

( H7 ]* w" ~2 |0 A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
1 b" f) Q, y& ]& B9 p7 ZN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：
; p% |0 |8 ^8 \/ N* h  h4 T4 {8 _适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
2 b8 ?4 G$ U! b3 [) a% F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
! S5 D3 }  x6 N2 I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）
% U. ?/ E7 M% I+ Z6 L: u2 RA、方法：
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
# u; l2 Q6 ?. hN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：
% P* Z2 d- T' v3 C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：
- J& e- L. q' Z3 q6 L+ B; f灵敏度低
( J2 t* t; E/ O# n! [& ?对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
1 w+ a1 |9 r9 H% D不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
9 W( N" ~8 q1 Z& a' p不适用于脉冲干扰比较严重的场合
  ^' }2 \1 |& B# z- F2 _2 ]" v6 e3 l# N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：
9 G6 v0 q' B. r4 Q7 B* X6 e# c. {3 t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
& l. `% S! Y6 s/ U$ u然后计算N-2个数据的算术平均值
; q/ a) E- ]1 D( F: z: `8 w& }" {N值的选取：3~14
B、优点：
) r. s: h( y2 v: e4 Q; y: n, B融合了两种滤波法的优点
6 l2 U' w. A6 r" G5 n2 F* ]6 E) 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：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM

5 ~+ m; G% S2 M+ K- S7 o0 ]! m
3 ]5 C5 ?: [' ?# N0 h( Z- j第6种方法、限幅平均滤波法
; R; o& N6 x  y: jA、方法：
. @9 p, F- @9 Z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：
* z$ v/ N4 j; S  s! \% L# J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：
3 Y! u8 d$ ^+ U/ `* Z. \比较浪费RAM
) ^; `# ?0 \7 f9 R# ^
第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
% @' [* ^5 O6 X- P取a=0~1
+ S; F4 K# H2 R: {* ]. H8 ^本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、优点：
5 g' n$ ~, r% k8 t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: f& h6 W% a$ S; ~6 t4 dC、缺点：
相位滞后，灵敏度低
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
8 [. L* U" _( M0 |
+ U7 V( ^" P: \: b6 c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
通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
' ^5 p0 }- \. S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
& f, ?% h7 M! T$ c9 X3 h. SB、优点：
+ Q8 L) E% x* ]3 @7 a5 n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
( p) D/ S4 c7 Q) KC、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
不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差

# ~  y; _8 ^+ {( g0 e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：
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,
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

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”
1 M$ k* F5 J9 Y) h. [0 O先限幅,后消抖
  a6 U) t4 I1 mB、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
8 a7 q6 @- V/ C: |8 J3 ]C、缺点：
7 d' x& n5 n* `6 i8 _) r对于快速变化的参数不宜

9 t$ t. p& V' [" ]5 d0 g& Q
" e! N1 X, ^- A+ z  k& ^第11种方法：IIR 数字滤波器
1 z  P! V5 M+ e8 w1 U, O: U, Z% i
% S* _8 z2 k5 Q& Z" lA. 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)

B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
5 ~! S1 H% P0 WC. 缺点：运算量大。

jin_geda