[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法
, S( S  f8 r6 R
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：
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：
. A* B$ \, h6 `0 |& `! ?2 x0 J# k1 n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

第2种方法、中位值滤波法
3 w+ Z$ {& h) ^3 x1 \A、方法：
; Q  ~' ]$ H: ]: V, o连续采样N次（N取奇数）
$ s' y: E( I0 V- W  r4 W$ u0 R把N次采样值按大小排列
取中间值为本次有效值
2 ]/ R. V- z+ m, j. OB、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
3 X4 L" c, u0 L0 z# {  J& F  eC、缺点：
对流量、速度等快速变化的参数不宜

第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
& {1 F- Q3 l& {4 n2 `4 R" h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
N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
' I& v2 `$ E# K& |# Q' jN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
) d' [0 }) B3 {2 v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
: {: G! {/ R' O& {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
比较浪费RAM

8 v6 I9 O' y* p7 s" Q$ I) J第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A、方法：
; z) j* O) L$ {9 T& n$ G: y/ B把连续取N个采样值看成一个队列
队列的长度固定为N
9 r( }1 C8 h2 B8 }% K* h8 T- w" V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
B、优点：
- O0 B6 ^. b/ s5 c  j/ g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：
+ B8 s  E$ {; Q% h1 y+ t灵敏度低
# Z$ {% K) K* ?$ P/ O对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
8 n; ?4 s% L# M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
8 B* P* R) ]% {! q' ?比较浪费RAM
( T1 m# q2 |0 q+ {6 J
+ Q. g% N6 V. |: A6 i: c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）
% i% ~5 h3 e/ |/ n: }( _A、方法：
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
* j0 c  q: E) ^连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值
! A( V% G) K( a2 \2 A3 z1 C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：
: o7 r& r5 D- I: n% x融合了两种滤波法的优点
$ F" L1 B7 N/ z  ~4 O6 M7 g! x$ I3 C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：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM

% c; r& R  O9 t3 w9 ~% v) D
/ a. S, g- K+ S" I第6种方法、限幅平均滤波法
  T/ u/ |( [8 z9 i! PA、方法：
2 \3 l& D4 X# H) M& q' C相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
每次采样到的新数据先进行限幅处理，
, z( ~8 i% l9 d" Y- E- z8 C8 e再送入队列进行递推平均滤波处理
B、优点：
3 i+ Z4 G% T+ X7 C5 o融合了两种滤波法的优点
3 f( }& m& u! {9 O- z$ _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
: s* M- h# I- ~) l$ xC、缺点：
比较浪费RAM
  h( n' M# b4 K
第7种方法、一阶滞后滤波法
A、方法：
6 }; b9 ]( s$ b" H取a=0~1
! @- h$ Z  o9 s1 s本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、优点：
5 T2 S( |6 i. F5 k( N, q9 g8 x5 b! M/ t4 Y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
9 y  p) f9 U2 I5 jC、缺点：
相位滞后，灵敏度低
0 z, [) t3 \- h( R* H: S4 z7 M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
8 H7 H" M  H! z0 i1 c: a
第8种方法、加权递推平均滤波法
: s% t* m4 V/ k" [4 fA、方法：
+ [, Y9 J% Q5 u( W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。
- c+ n6 g6 @6 [& b0 y" j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
/ I1 c% Z- s0 k% a* S, ?  t, F* vB、优点：
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
# N2 ?: I+ w& ]7 K# o2 ]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
0 T0 [. d, e9 x- w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$ g# E8 x2 q+ d0 G0 ~A、方法：
设置一个滤波计数器
) v8 G6 b* @+ V$ L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)
如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
. u+ P6 ]; t8 {7 \/ KB、优点：
对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
- i; v; s8 G  l" ]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
9 A9 V$ ~" k3 p* `( k% P* L$ V* XC、缺点：
" J5 r7 T& M5 ^8 g对于快速变化的参数不宜
$ w, E4 O& H* W+ Z! a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 [- \1 U1 x4 E6 c
2 u8 v0 m9 J1 E* W" z9 R4 ?第10种方法、限幅消抖滤波法
  ~0 a: }" P( {' F) f' l' ]A、方法：
相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
先限幅,后消抖
B、优点：
继承了“限幅”和“消抖”的优点
9 ]! z& ?: f6 {  r改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
0 {( V" K9 p4 ^7 Q; DC、缺点：
对于快速变化的参数不宜
! D+ V- A* ^/ H. W; N$ Q6 Z2 p* }

5 A# Y9 L9 ^& U( Q1 z第11种方法：IIR 数字滤波器

  Z( X& ]+ n) r% r" ?7 b  p! K1 h& AA. 方法：
确定信号带宽， 滤之。
9 u( i6 U5 s' f7 DY(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)
8 S8 ?6 @, T+ ~. j2 x- k
B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
9 I$ K& B# v: g5 v+ i1 G- wC. 缺点：运算量大。

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