[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）
% s" {- G) [& O1 `% n& c0 n每次检测到新值时判断：
' c2 V8 [* y% T! E" c$ {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
; {1 v! l, a( Z6 |B、优点：
& s, v! d+ J- G能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
/ C- v. W6 M+ r$ o无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
2 H: m; \8 Z6 M6 |7 f
" C: g5 [# G7 a$ j  T: W第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
7 u5 c* \6 o1 [( R2 }把N次采样值按大小排列
& i) g& A# K0 Z" D$ @$ A取中间值为本次有效值
1 L' f" |4 @) }B、优点：
9 i0 j5 _' M  {* Q4 Y" B& J' F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
: J3 P* S( ?2 {. w% u5 \C、缺点：
6 Y3 v- C' R4 X5 {对流量、速度等快速变化的参数不宜
( \- A9 X. V' ~$ Z
% I+ A: B& e8 n第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
6 X  O2 S- R! @1 |" S% U" `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
0 j% {1 x' I: J6 m- E% k5 VN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
) W2 X# p1 \7 w5 [9 D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
  \8 F  V( W) _4 D4 oC、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
3 [0 a2 [- Q6 T$ H9 \4 ~0 ?) N
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
. W) ], B7 A" e/ N* Z7 t$ gA、方法：
6 Z& I: y0 |5 f1 b4 x# h把连续取N个采样值看成一个队列
1 ?; L" W% h8 K4 v队列的长度固定为N
6 e( j  {' N. Q8 x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)
! N6 ~7 {. d9 o% f+ d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 m9 i1 m( a6 G# l+ |1 ON值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
' E9 i6 W. a, \0 C3 i3 jB、优点：
( C6 f% @/ ?& O* E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
+ N$ J8 I: Y( |2 n  t8 KC、缺点：
; b6 t7 J- @: d) F' J灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
4 Z7 W! T/ Q$ \2 b& a! C, s# F7 e2 @2 P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
$ T7 F' V( H8 E3 o比较浪费RAM
% j" e% S  v' i1 l  }
, |* j& r: }/ g0 P* `8 s5 ^* n3 C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”
: i" O. v; C( R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：
! `3 k& \2 H2 E  v; z融合了两种滤波法的优点
' H+ |) R1 q; i8 V& q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
" l& t0 d, _& W, w  AC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
& `) o* L# c  u' p& Q! C比较浪费RAM
( x# ~1 i" S6 O8 e4 \
, N5 {3 T8 D1 f
, o; E& A" u( E2 `$ K+ F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”
7 w9 L$ M! \8 G5 r/ i0 F6 z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：
: g# `/ p7 O2 U* _$ B* G9 C* c融合了两种滤波法的优点
2 t9 N; ]0 f. k$ {) X4 F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 p  W# u) o2 ?" lC、缺点：
比较浪费RAM

$ Z8 l" q9 O4 A2 F4 h: Z* k第7种方法、一阶滞后滤波法
* g, U$ B9 L! w! zA、方法：
取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
! A, z& u* }% e5 v$ |: cB、优点：
2 J* x/ |; a2 \2 F! j9 N3 y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：
# E$ p* N. u! h' a相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
5 u4 [5 l: A+ l* M不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
. Z! Z* R" ~! i7 c2 c- q! R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
8 d2 O; ~0 y1 R, \0 P! L2 i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
B、优点：
适用于有较大纯滞后时间常数的对象
, R3 b5 [5 b0 Q! q4 \% q* z: e和采样周期较短的系统
: r$ m# ?7 f0 `; T# V8 ?  o) ]9 KC、缺点：
! W0 f8 b3 c5 J2 _& ^: W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: v  M+ k% B7 M5 y. ]
" ^' y) e/ m/ ^5 o" d3 i0 G第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
* o; s3 f8 M! h5 O4 m8 ^) f. `设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
7 ]4 d- i2 k! i& E- h. W如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
; R) X5 y1 p1 X* g- \; D( i" X9 Q7 M3 x. d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
# u8 x9 B9 [& g6 W  B0 ^6 l- V7 T' NB、优点：
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
5 _! N( K1 j6 f2 a" T& _4 z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：
; f! [: }5 Y5 M7 m& O对于快速变化的参数不宜
' h9 T% r1 b% T, Q3 W& P. }/ c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
8 E" l& i" d# A, k# y$ ^" eA、方法：
: o; m% E+ R! }相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
. d6 P/ u% V. J4 b' BB、优点：
/ U2 g/ Z9 L8 \* m继承了“限幅”和“消抖”的优点
& ~, D) w2 K) [& ?% Z* g& \6 @; z改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
! @3 L( g& W- V! J9 d8 HC、缺点：
! G6 j$ P  @& b, f) z# n对于快速变化的参数不宜


' R1 g  P3 `. m第11种方法：IIR 数字滤波器

* M1 `0 }3 T  ~3 r5 w" x" G3 F) f: MA. 方法：
" V2 c' I' D, G/ I( b确定信号带宽， 滤之。
8 h2 l* r3 L0 U' l6 BY(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)
+ t) Y4 L, ?' ]9 v! {1 `
B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
. x$ E- E( Z5 U7 S; E3 eC. 缺点：运算量大。

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