[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

& Z+ t7 F: Z) M; E$ H! Z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）
9 m; K* m7 M4 L; H% b+ y+ ~5 m: h每次检测到新值时判断：
4 w* o  Y8 u! f7 U* b2 X2 K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
+ h, N+ {) B0 `B、优点：
& H( i+ s2 c$ c3 v( l能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
! c, J, ?; f" C$ iC、缺点
$ t( n* i) l! k: }无法抑制那种周期性的干扰
8 e0 w% A# n& V4 C- m5 L, V. n+ U平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
. K& T5 O6 o/ R; x: zA、方法：
连续采样N次（N取奇数）
把N次采样值按大小排列
% ^% P# i  K9 {- `( @; K1 @6 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
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：
对流量、速度等快速变化的参数不宜

; b: Y5 }6 [3 o' ]7 G第3种方法、算术平均滤波法
1 y: s- ?' q5 ?. V% jA、方法：
连续取N个采样值进行算术平均运算
% \4 D' c4 J: r0 s4 `N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
6 |5 ?5 n" H$ b! i/ U- ]) ~7 FN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
" X- S: ?4 A3 b7 {- 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
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
+ K0 O4 H+ b* f! u1 K+ l0 ]/ T" @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
8 q1 _& ]4 M+ d! ^比较浪费RAM
: U) t  r# ^- C$ W3 n; |& j
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
: f* d, P5 v# V3 w9 ^A、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
& C( a0 c! ?' P7 g$ ?1 g  K5 f* \队列的长度固定为N
/ d) a% @! E5 s7 o5 `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
' x; X1 Y* I& [N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
- f; R' B- i% YB、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
8 ]% g, Z. |( s9 x适用于高频振荡的系统
C、缺点：
% q8 v8 w. v9 z- b$ Q7 ~& T8 p6 |! d灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
+ _) F/ x, m0 D) B2 M  Z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
% V4 H* l3 e  u3 z0 B
6 y4 v3 l. N5 ?+ s) ~+ `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”
4 I& b* U: i$ h2 s/ Y- S1 Y2 g# O( d& f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：
; w, E3 y# G9 l9 l融合了两种滤波法的优点
2 `+ x  n8 o* 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
9 n% P5 I4 m  ]4 n1 fC、缺点：
6 c( C) f( Y1 I4 v# |) T测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
0 U! F" N. F! p比较浪费RAM
- k0 d( X8 j, b, U6 s5 \9 M8 v4 T
( _1 K- d# v7 y1 v
4 n/ ^4 J2 J) [4 A5 s% O9 P  S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”
) U, H1 H# m3 }/ Y3 R' c. V每次采样到的新数据先进行限幅处理，
7 M1 C; C1 k- r4 a$ Z! {, z( E3 c" c' k& E再送入队列进行递推平均滤波处理
B、优点：
* @! o8 J- n2 `" p4 S2 g融合了两种滤波法的优点
" D8 O$ m" s* ]% v+ e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：
8 q5 H: W! J. D+ o4 y$ z' c比较浪费RAM
9 A- j% C5 m4 b  i: t7 \
第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
& B/ b( K* M/ t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：
* q" \: q3 q4 q3 |9 ]: A$ I" G1 D$ b对周期性干扰具有良好的抑制作用
4 d0 m& c5 Z$ B5 h8 R. A- g适用于波动频率较高的场合
: a' P- @$ j6 {2 GC、缺点：
- F3 _4 a8 V; M/ |/ k相位滞后，灵敏度低
# g: t% d& g! ?. n  a0 h* l! y) n滞后程度取决于a值大小
3 ~1 y9 Z( v+ L  p不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
6 @2 }& L5 g7 U
第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
; I3 l; b3 l) N( J5 v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
$ \; V; D3 S' b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：
. q* q0 J: U& C/ z6 D- v' [" u8 M' 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：
对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号
2 U- X, W/ C, z" k1 [/ f) A% a# X不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
4 ~- l% ]( X) ~7 T) B4 j
! t+ u$ d: V1 T! R第9种方法、消抖滤波法
! O" A" l* ^' ~9 |2 ^7 q3 Q3 G4 OA、方法：
设置一个滤波计数器
- a) H5 Q! c) R3 ^$ H6 O+ g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)
9 O+ i# b2 d, V& K: B5 W$ g如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
. P6 U: }( u, a4 mB、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：
, _4 s* ]$ E" N% D) ?对于快速变化的参数不宜
1 T- d3 l( u! e8 ^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
( R5 s- b. L" X2 r9 v  f4 f. b
第10种方法、限幅消抖滤波法
* W' I, q8 l: ?' cA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
  l$ ?. \% V7 Q$ K2 a先限幅,后消抖
2 V+ \- f+ F7 u" J4 ZB、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
: l* B0 g0 T+ w- U$ E- i改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
C、缺点：
对于快速变化的参数不宜
* y' e: b+ e$ x/ }7 O# g* b

第11种方法：IIR 数字滤波器
& l6 }, i% E; F" d# X8 t8 f/ t
A. 方法：
7 H. d' C- f/ w2 |1 e0 }, x确定信号带宽， 滤之。
$ O% @' ^, |# C& {4 d+ h1 t( \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)

" R# @# w2 F/ m& x2 `B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
" M; d9 d6 ]! }, s) ~% X% wC. 缺点：运算量大。

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