[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
, j4 j% }' w) t) O6 q
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）
每次检测到新值时判断：
. t9 x* `9 s' k* o$ K( E如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
$ b7 ~: c6 G8 r- h/ i( C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：
! I5 z7 q: G" y9 b1 A* {能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
3 L0 V8 w) N! z: I" j无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
# ~/ |: {) g  k, l- G1 v0 H
# g' b6 S9 d0 m9 S第2种方法、中位值滤波法
* @/ c0 d! C2 y2 }9 q+ DA、方法：
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：
3 m( s4 B2 f7 y& I1 t* I; K能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
9 ?9 u7 L  x' S4 D: \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

# K3 h& F- O9 K5 H' _) W4 h/ N! J第3种方法、算术平均滤波法
6 f" a6 ]  W' K- PA、方法：
) W+ ~4 ^( M; m2 J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
- D8 ^+ _1 Q" i( VN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
# _. f1 w) E8 @9 WN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
% x1 V- O5 e/ z! Y, a! O" F9 X适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
/ B) X0 P" A6 ]1 Q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
( w/ G5 e1 ~# d/ K) C; F6 \5 {C、缺点：
: m$ u5 q2 ~, W1 ~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
4 @% n2 i0 H6 d$ p: T- f
8 f1 u8 E& M0 V第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
6 l+ I0 u3 t4 I: m5 yA、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
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
  T) p0 p/ c, U4 ]* ZB、优点：
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
C、缺点：
# N6 \2 n: Q1 @: T5 G2 D% Z% E1 a灵敏度低
& D# ?- e* N$ I- V% ]对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
2 D8 d$ e+ G- f9 u! q+ {8 ?$ d不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM

- x% a1 I, Q5 k* O: R7 [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：
- R3 d6 n2 Q9 q1 o/ ^相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
: f  F1 U8 u' K% b) `) z6 J* g连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
( x; b8 `" Q3 w3 @6 F6 |( x' V然后计算N-2个数据的算术平均值
N值的选取：3~14
& x* @, `0 @# x; L0 }1 ^4 PB、优点：
+ v/ A7 R% @3 X+ z: H0 O. @8 i融合了两种滤波法的优点
6 U1 z) B5 B" X+ ~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
5 H( m+ i% J9 K* q* o7 k! PC、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM
+ `% H0 v: h% Q- I9 x4 ^! E- t. S* E6 A

8 o* ]% e; R- Y; n% Y( Y; K; c第6种方法、限幅平均滤波法
A、方法：
9 z- s& M5 p( i( N% X$ [相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
& S9 l: @7 X- ]! A每次采样到的新数据先进行限幅处理，
$ h. E$ Z% g) }! n) B4 o$ l再送入队列进行递推平均滤波处理
* k9 S' X8 ~( \B、优点：
融合了两种滤波法的优点
4 U1 c$ |7 n8 c1 N& t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

第7种方法、一阶滞后滤波法
; j# l% j9 `! _, Y) HA、方法：
/ |9 g3 _* \0 w# S" C: j1 v: ]" y取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
% M1 d- B6 l1 dB、优点：
对周期性干扰具有良好的抑制作用
; a' r6 [2 y3 m: x2 I  n+ |适用于波动频率较高的场合
4 r+ S) r7 ]3 ~2 lC、缺点：
相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
9 `1 B# `' J' X' o/ {. P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：
. B+ j' \+ O4 J/ I" J2 l0 i& X4 e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
& ?6 H3 \; o0 R" a- A$ G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
0 }* b. U" C. ~4 `( n和采样周期较短的系统
" x  `/ @2 }: M* \- ?& `1 z! t' qC、缺点：
7 n  d0 {, Q3 D5 z4 a8 D; N7 B8 F对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号
8 }# D; w1 J9 }0 {不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差

第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
设置一个滤波计数器
6 B1 H7 E" j$ Z2 W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
/ S) z: O  L; n5 J: D. i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)
& F( Q* g2 P6 E3 s! 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
9 Q3 q4 {& Q7 {' mB、优点：
+ e) M* W3 N+ N; D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：
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
. E# |/ i- Z6 b0 O/ G( J
第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
; i( L( \5 a. v) I0 a" g! U' O: ~* {先限幅,后消抖
8 j9 }) _. P) K' T! b' ^) `. y7 lB、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：
对于快速变化的参数不宜

. n4 g3 R! ^8 t% y) G
- d) q: J3 ]9 D$ h3 g第11种方法：IIR 数字滤波器

: w, M5 M! ]3 s8 UA. 方法：
5 @! S9 J" E* N+ _, i7 Y3 ~) I确定信号带宽， 滤之。
0 z. t8 f0 p, L6 f$ K( eY(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 g8 B( n* s3 ?& ?( ?
B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
8 _3 ]' ^0 i! F/ lC. 缺点：运算量大。

jin_geda