[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

7 {' |6 q8 x$ g) I第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
2 R9 Z( y% Y+ v2 M: Y2 n. T8 U: sA、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 ?  _$ R8 {$ T5 Y每次检测到新值时判断：
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
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
) A  g+ ]' j; |无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
% ?& e" K! l( e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
2 [. F8 C0 V1 j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

9 l  Q4 A, E& C, I" B  j第3种方法、算术平均滤波法
3 o9 \; Q( c0 x7 E' X# U: x3 I6 c& w  VA、方法：
& g/ ~0 A7 Q. M连续取N个采样值进行算术平均运算
4 `) x  t0 r) Y( Z: MN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
; V6 E/ s! Y5 M# y# a+ S# cN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
; Z6 E5 F' l- x9 ~N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
$ n1 z5 i( F9 ^% O' U- F# eB、优点：
1 M8 P3 h. {5 {" n/ a. f# D适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
* n5 A+ u( X1 o5 @7 T$ v' b' @) B; [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
1 C. {. K$ Y# [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
0 J5 Z( b2 C6 o" _; i7 c8 }3 S% I比较浪费RAM
9 z% |. g& T( N# T2 n+ R# t
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
; U8 h3 [) @1 j把连续取N个采样值看成一个队列
) o) x8 u; Q( M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)
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
6 Y' B" h# B+ I0 sN值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
) {! e1 M$ P" e6 D9 Z8 _7 T3 hB、优点：
9 ^. a3 T+ |5 b对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
2 h# e( m7 n) k, `适用于高频振荡的系统
C、缺点：
灵敏度低
对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
0 |5 Y$ I1 [  ], n2 u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
) L/ C: L2 g+ F' ~2 _" b比较浪费RAM
( d& {1 f$ @7 c/ Z& w* k% s* S9 J
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, J* v6 @' `* `% 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
然后计算N-2个数据的算术平均值
+ S3 `/ H8 g  lN值的选取：3~14
' b" \; F. e1 @0 e  g1 e; E; }B、优点：
/ o: @- L3 X/ D* J# ~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
/ \8 I* U) b) i& B3 X* sC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM
/ n2 i" E" N- n8 D) p8 x2 L

第6种方法、限幅平均滤波法
A、方法：
8 u' A4 S5 r2 T/ S. M1 c  e相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
% [8 A2 c" N- W  T. b' T1 M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：
' b; w1 q8 ?" L. h% ~. P7 J: r融合了两种滤波法的优点
- U' m# ~. ^# 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
C、缺点：
比较浪费RAM
' r2 e& j' |; T/ r$ [6 _
第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
5 @2 L1 i, \* n* P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
6 K/ M- P" m$ j! e! _6 k# J适用于波动频率较高的场合
5 D+ }2 G8 S6 hC、缺点：
0 F8 U% y. @: }6 w相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
) i: N: w2 a: x+ c/ _% |8 _3 f不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

- A8 y8 I: |7 v. o& K3 J' q7 D0 `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
5 A' i) |0 h0 i+ r6 Z5 w通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
# b9 v3 H5 h+ I: s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
  `! u& \9 j3 GB、优点：
, k1 V$ p2 a; f7 Y' ~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
不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
- {8 d5 u7 o: ?' E& z
2 M. S; p# {, n+ T第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
2 }. H( ]5 P3 a2 u) \设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
2 o5 F  X  n! s7 T' L3 s& a如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
! V1 L0 [& q2 P! `$ I' z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,
" h1 b4 Y0 l* _8 I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：
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
1 M1 u2 q1 b8 s" J/ }+ z5 K" x
0 l( ?: R/ h% c$ a& ?: V# d第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
: m6 O' T  u9 ~& V. L" u0 A) R5 x相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
* |3 b" V9 ^2 o! u先限幅,后消抖
, N- L% y; K' o+ X- T  U8 XB、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
C、缺点：
9 n( h0 P- |; m6 S对于快速变化的参数不宜
4 L% Q+ C( i# F3 a3 a

第11种方法：IIR 数字滤波器
% P, n% e% A9 X5 R4 n8 X
" E+ T2 q8 _  a& e+ ?* mA. 方法：
* p/ }; h( r, A+ }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)
3 @: K2 O- X, X
( w3 l( J7 y5 o4 h. S$ a" jB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
  Y! Q" [1 Z# l5 _% r* oC. 缺点：运算量大。

jin_geda