[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
" G8 ^& B/ Q+ U1 a% v
第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
A、方法：
+ O3 J. ?1 c8 U9 n# e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：
2 N  l+ g" q, L1 a/ |/ `: U+ q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
8 H1 D$ G- k0 _$ Q# |B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
1 r# u  ?" V- d. k8 d3 m# K5 PC、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
, H. l7 l2 }; O0 F4 n平滑度差

4 J6 |/ w- E, ^$ l0 O, n4 r, N* p第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
( e0 U% s& \2 m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：
" B% \- v8 p9 Z$ k  n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
) g* P& F  t3 d  dC、缺点：
7 j; e- m( F3 m: J% p1 v% h, h对流量、速度等快速变化的参数不宜

9 q7 e, W$ k1 O( ?% a第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
1 U) B0 N7 \- H: H$ K6 P% n连续取N个采样值进行算术平均运算
& M) ~1 F. `/ MN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
( H4 J; {  z( F% M& Y& [$ ZN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
7 W! q7 h3 H0 o7 V9 y+ YB、优点：
0 C3 j, L  U& I, D7 a7 L# h; ?4 w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
C、缺点：
+ P% P- Q, X  g1 h4 M7 j4 i& X* [0 ^. o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
/ d; v7 c$ D  C6 S  D4 j0 [比较浪费RAM

第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
% m/ f; W/ w! w0 F- Y/ X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)
! M3 E) B: z4 g& A1 t& a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
9 F7 E; D; ~9 q3 L1 X' kN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
( _' q7 H9 F4 R! G$ X适用于高频振荡的系统
C、缺点：
灵敏度低
& U- E) u0 I0 N/ J+ r* u; E  Z( L4 k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
' r3 G7 M( A  a  s' f$ y不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM
* [+ C6 Q' q9 I
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：
' b8 W7 P- z, Z相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
, M) Z( I$ p  A6 l% [2 i连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
" i/ }' l8 C4 ]2 o( j0 g) t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：
' l, {5 ~. E" x9 N& P2 k: @5 C融合了两种滤波法的优点
1 z/ {  e5 T0 S. u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：
1 x" i  o4 J$ B9 A6 R8 v测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
" v2 O/ x+ Y0 ]# q* E: D+ p% @比较浪费RAM

# G- j( i' ^2 l) l2 X
/ T0 B3 e1 O/ i0 p1 i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”
) ~2 b/ U  j) e% J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：
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：
# {" o5 v( b% ~比较浪费RAM

第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
- I$ p$ W7 x# {+ T. w4 M# d. O取a=0~1
本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
$ v* P2 E) o9 {6 E* g& |B、优点：
对周期性干扰具有良好的抑制作用
) m: E2 |" @% \适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
9 [1 M8 [/ {0 L- j1 b相位滞后，灵敏度低
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

, L+ z( I8 H+ Y) h' \1 M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
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
- G0 Y' b- _' J- f! p. VB、优点：
# }- M4 j% S- {" }$ |: d& {3 d适用于有较大纯滞后时间常数的对象
7 C. J3 S8 T* r9 G+ A8 i和采样周期较短的系统
C、缺点：
+ L- U3 s& z: }/ p& U8 ]# n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
6 P- U) S" v) i" Y
第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
6 E6 [% ?* }, u/ ^设置一个滤波计数器
, |6 G% ~0 b' 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)
( J- I# c9 L) O2 e# O* ?4 v如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
3 A" ]/ j) }6 `* S, gB、优点：
& u* A6 k& \' N# T- `3 J0 r, I对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
' O2 W3 b+ _/ Q* q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
1 J6 E, w0 V( m; ]: c; |$ R+ o& q7 dC、缺点：
! w$ G! O5 {2 ^2 j$ V9 o: X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

) G" }: n3 y  p* v6 v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”
3 J" c' }$ ~! ]  Q7 F: {  S, x& f3 b先限幅,后消抖
. ]! n& \4 M$ a3 h" n5 z& d$ hB、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
' I! h3 e% Y3 h$ Q/ E$ {! g改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
4 r6 x: J: f2 R4 b, S6 r3 vC、缺点：
$ R5 U' x4 L. m7 O" ]对于快速变化的参数不宜


第11种方法：IIR 数字滤波器

+ @+ l; j9 Q4 J  a+ Q& b' cA. 方法：
( B5 J$ r4 |9 c# z1 j2 Y. h确定信号带宽， 滤之。
5 l4 ^8 Q, K; O$ sY(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)

B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
9 C6 A9 r3 N; A- l  U6 o+ GC. 缺点：运算量大。

jin_geda