[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
% w6 @- e5 w* k. D/ r
第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
/ r" d4 O4 @5 xA、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：
" E) k$ q. c" R6 k2 y/ H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
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
( l3 w; g" i1 g: `C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
2 e' B$ X9 Y( v9 X7 c平滑度差
# n7 }6 u: ]  |' X# S, X
第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
5 H: c# E6 N; @连续采样N次（N取奇数）
+ u9 [' r+ [+ a1 w% h把N次采样值按大小排列
, C: W6 E: ?/ C) A) F取中间值为本次有效值
( }. }# O) B+ ?$ CB、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：
7 I# q% o4 @' S- @- j对流量、速度等快速变化的参数不宜

1 ^( Z5 Q, Z! \7 F/ O* B, K第3种方法、算术平均滤波法
% v! w' V& z& \! m! D$ bA、方法：
连续取N个采样值进行算术平均运算
& Z* S9 ?- h+ U7 qN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
8 q% |3 }9 r: N; @, h1 LB、优点：
" [7 g: A# Q" Y& a$ W+ j" K1 E适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
$ S" h" @8 j, H, X- P" 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
* |7 k3 L0 L  I1 F! k, Z9 ]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
# }, f$ R& }- _9 p% V5 R8 Z比较浪费RAM
4 V: o( F& ~6 o6 Z" \- U8 j( ~
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
- o$ P1 |9 f: f4 c' OA、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
# ]! K. h" ~$ [1 L' u; G  _# _6 D+ L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)
/ x; j5 Y; ^" c* h& x  R4 E+ p- Z1 m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
2 |2 ?6 C8 d! r9 t4 G) _/ i+ o3 ~N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
+ s9 g2 M7 m1 U4 j9 Z; WB、优点：
9 ?! i' d4 _) A3 k+ _0 a: C对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
/ p+ P) [* X) [7 {! w- d适用于高频振荡的系统
C、缺点：
灵敏度低
! b& r% g2 P8 R. ?, a' }9 w" o& D$ ?/ U对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
: M0 I0 X% K- d3 R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
. c* o8 `0 F- U! a! w* o! u' t6 d8 U
3 q9 M3 M! {4 U/ |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）
2 ~0 e" W* l, n3 O* _5 LA、方法：
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
- o' ^2 [7 {- u9 Y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：
融合了两种滤波法的优点
% ]9 Y$ F$ {& d9 V8 ]$ G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
9 f4 k# f' h0 rC、缺点：
* M+ w7 G1 D: x7 O9 L7 l) ]测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
$ d+ X! x) k0 a3 S& O( s比较浪费RAM
5 W; ]9 x2 }& p) [1 V8 C
- [" x( a# C- r1 p5 a
" n2 ]% O+ n/ o' B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，
$ ^9 [: K5 G& G1 N1 q7 T  G$ H再送入队列进行递推平均滤波处理
B、优点：
8 }  S! c0 |, [1 D融合了两种滤波法的优点
% S5 E( u7 D+ }2 ~  `4 Q7 V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
5 K8 I& j! @. P# ]7 K0 E) |4 U
第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
  Y# e" B6 J0 k  c! @: _取a=0~1
. i3 C3 z" z5 W% i1 O1 T1 L* O# X本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、优点：
  r* m4 f' u+ D, Z7 l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
0 W# ^0 i+ A3 ]+ r+ b" P% e, WC、缺点：
2 M" \- j0 N1 d* f2 X3 P+ c相位滞后，灵敏度低
1 z1 p! @4 \. f  k* f( R" V( w& e滞后程度取决于a值大小
- b8 K2 k' |# _: |; ]7 \( A5 A  `不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

1 z; a0 s; H8 X- p! D第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
6 {" `/ L; P$ \4 [( o* D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
" o, d% Z7 A- s9 V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
( V& H% z' ^+ o( R) U4 x/ ~B、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
不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差

. p- ~0 J2 M6 o- p1 V第9种方法、消抖滤波法
1 _0 u: ?1 D7 W( xA、方法：
' f' K& s) y: l2 [/ j5 E2 P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：
) G- G1 T, b: {  b3 x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
4 h; k# f  b- _2 e$ y0 o
" B( L3 j& d# J, c- I第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
% \3 z9 b$ d- w6 ?; V8 G& c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
6 _2 V. z6 D3 k: M; y# e) U改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
) v2 D5 \/ U9 `+ f( ZC、缺点：
: b" d8 u+ h% [; s7 O对于快速变化的参数不宜


" U  C$ h2 b8 u. m" A2 J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)

4 ~" l0 Y# O- Q% dB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
C. 缺点：运算量大。

jin_geda