[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

5 `: `/ s/ k7 I2 c第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
A、方法：
2 ]' K/ H5 l  Z根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）
2 W4 ?  L* j/ ^每次检测到新值时判断：
3 X% k; L4 Q+ v/ J* O0 o如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
; E2 l& [: B2 [  y( w- z0 ~" t' u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
C、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
. [1 @( M  D8 g
2 L) P& m' g0 m第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
: K5 V& f! \6 U- d; A6 x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
, B9 P" C7 ?6 j0 L: `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：
5 ^! P  v; L5 n# x& e: g: ^5 Y' l对流量、速度等快速变化的参数不宜
, n0 C2 g9 `& X, c
3 R" S2 F, {7 h% W" J  z! E1 ^% M第3种方法、算术平均滤波法
9 O, L  ~) u1 x# v& O1 j! KA、方法：
连续取N个采样值进行算术平均运算
! c" r4 Z" d# G* r; DN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
: i  B. A, g& y- N( N5 SN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
1 v3 F6 ?0 g8 ?2 `  j) m7 {N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
- H' V: Q. C% I. D9 vB、优点：
/ Z. f. |" g$ H适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
1 U. Q, G- _9 \+ l" \, W& {8 L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：
+ |' v# Q! T9 K/ }& p' C) c! ~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

# v$ u! n8 X# v+ G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
队列的长度固定为N
7 }+ |9 U  _$ \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)
- W& y1 b! c7 \+ \# V9 Z7 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
) k+ i; ]$ {( r8 T4 ~N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
B、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
: P# R2 c$ s' w适用于高频振荡的系统
C、缺点：
灵敏度低
5 C2 v1 y; U( T' ]对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
% y( }' p% I7 E5 S* A不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
( ]1 ?2 i( `. h4 s0 @& |不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM

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”
' J$ U  L- Y0 w3 `- J; }$ g% j0 L6 [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：
" J/ j- P$ O) w融合了两种滤波法的优点
2 d, F; t/ c* n  C: J% U' j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
  Z7 q* L3 ^$ v' d) m" n. IC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
( W0 K0 d! B$ y比较浪费RAM


) Y' J* F4 D6 I9 U, f5 l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”
* b/ R; m  r1 Q8 I5 b0 H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：
! v/ i4 w$ }; C5 Q& I' u' a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：
- L6 t# V1 G5 O5 Z2 U6 _6 N# o; e5 Y比较浪费RAM

, x9 a& V' R/ g6 h! p, @# v" Y第7种方法、一阶滞后滤波法
: r, Z$ Z( I0 R: x& c0 n+ KA、方法：
5 {' n6 i+ I/ K3 |* \; 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
1 a' l: S, ]# `! P, U% G2 E& cB、优点：
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
* `" Z  O/ S6 C- y4 W: XC、缺点：
相位滞后，灵敏度低
) w& T$ B. v: x8 \2 T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
3 o! c/ H- _: Y
第8种方法、加权递推平均滤波法
9 `$ ?5 k8 o1 d$ r& |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
通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
/ A8 K3 g2 o) }% X) n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 b( E- j# aB、优点：
$ b' y3 \/ D8 C( V3 f4 R* Q适用于有较大纯滞后时间常数的对象
% i# Y- Q4 a* ]# r; K. l, l" O和采样周期较短的系统
2 Z( H) a* {( T8 JC、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
* Q( O) Q' l) A4 ]: K" Y; G0 }
3 _& f/ W  b% e* |- T! U第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
* i- h3 n: Z/ q  @1 |( C$ z设置一个滤波计数器
9 G1 U3 n  @9 ?3 f; U将每次采样值与当前有效值比较：
' ?& ]: \! D" {/ _+ Z: p9 ?如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
2 E; `1 z+ b1 s) l/ H7 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
8 L! l% n/ H& v: MB、优点：
$ b5 C, ^" s9 E  r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
0 d$ t8 @" d; r3 `C、缺点：
8 u( Y+ _" ?. ^8 ]4 K- K对于快速变化的参数不宜
5 d+ q* I7 n" u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

, G. L8 g4 m9 O8 k' k1 I( \4 s第10种方法、限幅消抖滤波法
1 G8 f8 r( H; Z, o* lA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
6 w/ `" `; B+ r9 q6 [先限幅,后消抖
( v9 w+ Y5 [: L+ i! R% V/ oB、优点：
' A; C# I( o' w7 u1 ^继承了“限幅”和“消抖”的优点
8 P+ A+ i" r) e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 N2 e9 Z- S) c) JC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
+ I7 M6 t2 T# }4 l+ h) p8 Y: N: }
& G5 G; {9 K- |  P7 h
* j- x- u: O6 c/ T( o* d第11种方法：IIR 数字滤波器

) ~! {' [+ X5 T4 T6 HA. 方法：
3 H! n- x3 {; V0 z/ j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)

" n' m3 Z2 Q4 k( T) u* Y2 ^- U) AB. 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