[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：
根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）
5 g- K2 `/ j+ q- f1 A4 z每次检测到新值时判断：
  |  [& U* u) M. K7 l3 S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
5 _7 h5 R7 n3 V1 DB、优点：
* q3 f  r. \- d% V' e. w) o能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
& R3 J5 b( {6 v& Q6 i, u无法抑制那种周期性的干扰
% g7 P1 q% {4 ]7 m" Q7 Z平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
1 o9 e' p" r" E/ c. c4 P7 ~6 f8 |A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
把N次采样值按大小排列
! N$ K8 y& ]5 Y3 b7 i; T: v* z; I$ x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
4 L5 B3 \* V6 J; ^对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
' @$ s, n3 z- [4 sC、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：
- @6 u  [8 R9 i; ~7 @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
( J  H% A9 V* V1 r. ^1 S9 yN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
7 t( C- D& l3 I9 m1 `0 J4 q2 s/ EB、优点：
0 y% i) k# b: w+ t* J; x$ V- g适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
% L& `9 R9 M% D! A; 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
/ `+ N8 {9 {9 Q% [! q  S5 z2 S# kC、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
: S$ X0 \' W" e. o1 k3 _" N- g; K  P比较浪费RAM
0 G2 z$ [7 \3 W$ x; m4 v
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
4 N( ^6 @1 T  `队列的长度固定为N
' u- z3 X/ L2 ?# b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
' I2 Q0 C7 l  V. mB、优点：
: E: M3 f: y3 N$ ?% }对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
: z  Y  V# X* A2 S5 U+ f$ H适用于高频振荡的系统
C、缺点：
灵敏度低
( x! b/ j3 ?* ?# S2 N2 |* ~对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
2 d  E2 c0 K# s5 S8 |0 D. s0 I不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
# @4 N& w+ q- i2 i% {0 R不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM

; D* O0 j3 I0 S) ^( e4 a$ ?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：
: }# L% H, C& s' T7 c5 U" N相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
6 }0 X+ a5 |/ y; p( ?连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
; O: y( [) B8 y9 Q# s- g然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取：3~14
$ x3 C# Z' v$ ~" U% EB、优点：
融合了两种滤波法的优点
8 A/ x0 \& M1 N3 P, C' 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
' m, ?3 u3 _- w% ~, o8 lC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
. p3 V% u. W/ ~+ O比较浪费RAM
) R- r! b1 D+ }' e1 G( A' d

0 F/ t4 p* O; }6 d# l6 P第6种方法、限幅平均滤波法
A、方法：
. i" `" D) ?  B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，
8 k8 y2 h8 @6 T) {" p# x6 e再送入队列进行递推平均滤波处理
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
C、缺点：
, z* C# N1 K/ g比较浪费RAM
6 e6 N5 l$ f' D2 A$ g
' d5 d9 C  Q. _0 G! y第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
& D  D' G4 |" u) R# @9 D9 Y取a=0~1
' n. \3 Q, q5 K% S: q% k$ h/ ]9 x本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、优点：
& B+ J' |* I8 b; E3 p% t& x+ O* }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
5 d, ]) N% d. e- WC、缺点：
' z7 z1 c9 C; L8 @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 G8 d) [: T1 A+ i- N  H
第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
7 V: A! G* t7 f! K7 v9 p$ v) i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
5 k* ~- ~) B% R5 A. I! r通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
( k6 P- `8 R: n( Y1 e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
" @6 G, t2 j) p% pB、优点：
2 Y1 H% t1 D$ o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
' T7 |* }/ z2 x5 r: {3 C5 d( TC、缺点：
8 `$ u! }1 g: A- |" I* D% L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
  T) x+ i2 l0 [. k0 E9 j/ K2 C
$ C  s6 @3 ~# n% N3 P! Z$ R第9种方法、消抖滤波法
5 [3 |* U5 s4 tA、方法：
, X/ t. ^/ P/ t! g1 w+ S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
- X4 y0 O: [5 E% l1 Y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)
- P6 ~. [/ P4 A, w7 J4 _2 m如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
3 T$ k/ u* J8 N, I  }& DB、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
5 F( H" u9 d8 a1 b: o& Z4 SC、缺点：
  Z$ B. y1 W5 v. S& }: g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
. f' _6 q! E. ?0 J
& X: l) `- t- n0 w3 C4 Y第10种方法、限幅消抖滤波法
7 R9 f7 W* d" y8 {, PA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
: h* g8 a  `, l9 _! k2 A# Q7 {B、优点：
4 B. X* R- ^* a; O* h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
: p6 ~# Z; Y% n1 w" W: P" N0 fC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
# h6 }! H! G8 v. T" `8 `# E
4 ]& ~) C- U2 y) _* ]: N. b3 b& B
1 P; C/ }- A" B2 z5 t& w0 }第11种方法：IIR 数字滤波器
" m9 x% Z1 _; q, u* s( p5 D+ Q+ |
4 z# n1 H  c! O7 mA. 方法：
7 i" N" q& j! I9 R: U确定信号带宽， 滤之。
8 b* k: F+ o2 Y( n6 Y) |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)
9 \  ^/ r6 I# r: G
B. 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