[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：
/ Z" x; m! H: V. O: P. [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：
" d9 D! r; N& E1 d( V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
  e) ~/ w* ~  ^! P7 GB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
  V6 u; C& _8 l2 u' B6 y无法抑制那种周期性的干扰
4 n  G0 m$ B8 `- n" O9 {5 m2 F平滑度差

$ E) K# Y6 O: D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：
# C" O  e; @+ C; q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
( \& X3 g0 M9 TN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
% n. X% Z+ m, X" T& pN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
/ T+ h6 T, Q/ V0 M+ ]; NB、优点：
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
. i$ c; B2 }2 `0 a: j" T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：
- Z* D3 w: D4 c! o. B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：
( c" Q5 M; t+ \: n& p把连续取N个采样值看成一个队列
; c9 i( @1 Q7 z$ y9 z* T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)
5 X% F! z9 u; R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
: }' \) B7 P( {N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
- m; {! R, I- z* mB、优点：
  Q$ X$ F- |! n对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
: o+ Y  n: g# x: k8 B( D) ]适用于高频振荡的系统
C、缺点：
' N8 A1 a  q* ^, N灵敏度低
, ~- J! ?0 `9 k6 O! B/ q; g  ~* f! |对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
3 `7 ~0 s4 _0 c! g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
  ^9 j, i! x$ S8 y$ C* ^6 q! U比较浪费RAM
$ `' G- `# \2 U8 Q
/ M4 f, E2 w" d( G* Y" c3 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：
  b- S3 ^  _# m7 Z& t; K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
: P" M* @7 f4 u3 g% m然后计算N-2个数据的算术平均值
7 M$ o# j, y: ?/ O  V3 M4 o% W3 iN值的选取：3~14
+ [$ I8 Q" I. a8 W$ ?+ u. oB、优点：
8 e7 _" k% [8 L" X  c+ q融合了两种滤波法的优点
2 N4 w( [! j, ]9 b  g* l" S8 w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
7 c$ ~& c6 ^2 W6 [比较浪费RAM


第6种方法、限幅平均滤波法
' ?$ a( X: U& C9 J& gA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
! n  X# `, c/ C1 V; x( ]7 Q* [! G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
0 ?( `- Z. g  q5 C3 I0 [3 |B、优点：
. u( \+ a# ^! t$ D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：
比较浪费RAM

1 G4 Z! X' o3 v8 c$ O第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
) f! Z+ k6 M1 b$ F, a  T5 X取a=0~1
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
0 j  C* k' |0 e% c# W$ s适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
9 h6 J- w, U2 h$ l; F6 t0 g相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
4 R; N+ u8 D0 J8 L4 B* ~0 D不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
/ m# E- p0 L6 D* 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
' A( W, t" w+ d& g" ]0 [5 I通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
8 k+ V" x: _7 Q' ]0 a$ q+ P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：
! e0 `" j7 z  K- i/ G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：
9 P$ Q. S; U" {9 B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

* L8 ?# f. L  ~" {+ }- C; Q第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
% A  B% t- y. S+ q# X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
* o9 h' `" f% h* j; w3 V' u& T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：
; a+ _& B, M+ m0 e* s# w( S对于快速变化的参数不宜
7 d0 X3 g* V8 L, n6 |! p# S6 N8 a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 [9 q  E$ Z5 B第10种方法、限幅消抖滤波法
% i( u% u9 h/ s. gA、方法：
) v0 N7 M+ J( z- N# g, X相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
% u6 ?# N; X+ q8 zB、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
0 K- Y! L0 ^# \/ ^C、缺点：
对于快速变化的参数不宜


第11种方法：IIR 数字滤波器
. U) x6 @$ \! U4 E/ }3 _( g
A. 方法：
+ K# T; l! |: u1 N2 n! c确定信号带宽， 滤之。
# i+ N& i; z" _* O2 J" WY(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)
8 U" L7 H) y2 c/ ^7 R
B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
/ @9 f% N' _' x6 e7 c+ ~7 @C. 缺点：运算量大。

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