[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

3 f1 [* N6 C# I: m8 J2 M1 B第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
- U9 X4 X+ q6 W5 PA、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）
) C" Z# |  |, s9 R每次检测到新值时判断：
) p( U+ B% }' C- k如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
# y: o) x' _9 k8 J% F) ?* H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
+ r$ A7 B2 M, G2 m( s平滑度差
9 ?+ U) C+ Q. S7 _
- z: L( u7 k% C5 r' ~2 @# Y. w第2种方法、中位值滤波法
7 k3 B* e! M* ~6 M9 `' P- pA、方法：
2 e' H4 p! j0 K) V/ z; o连续采样N次（N取奇数）
- ?' B& ~0 @1 t" F8 s! Q把N次采样值按大小排列
取中间值为本次有效值
0 K5 q2 Q$ ?8 y* v, L* ?1 GB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
7 a- Q) `. Y) Q* H% O) Q* J8 h+ ?6 n对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
6 T8 [$ v2 x! e  ]" d7 Z. LC、缺点：
对流量、速度等快速变化的参数不宜

2 c4 i3 Y' T4 M/ R# R! G& [第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
; Q' s3 D6 }& p' `% Z/ N( ?- ]1 s连续取N个采样值进行算术平均运算
! p. T6 i1 q  `& E+ P: N8 vN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
) {$ u( C' {7 mN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
B、优点：
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
8 g6 y. E* N2 }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
2 t# E1 R) y2 X7 l4 g; G# ]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 ?3 ^+ S' l, b9 F9 P9 Z比较浪费RAM
! j8 f3 f- _' F: _6 \4 a, P8 H) e, z# v
; j9 Q( O# t+ Y第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
7 l  x; A; d0 y: ^% u; j# eA、方法：
) h, Q4 S# J% v5 P* ~9 p( @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)
9 u5 N+ ^+ p& {, X, 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
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
适用于高频振荡的系统
% R: O0 `- Q/ Y' K4 _2 l, g2 n9 S% pC、缺点：
1 R. I% n2 p5 |灵敏度低
  K5 X* z' w: w# Z3 s. T对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
4 @' p0 q$ g+ o不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
8 ~3 C! V% R3 V不适用于脉冲干扰比较严重的场合
比较浪费RAM

/ c3 X7 U) v9 \5 g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：
- n# Y! W' A- |$ W" C0 v: ^, J0 R) f相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
: i0 ^9 c6 B- J* m: n3 a2 U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：
* b, d$ o( u9 _融合了两种滤波法的优点
# C8 @# ~. ]$ 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：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM
. Z% X$ \! V, X+ m: ^

8 L4 C' _, M. \, [  j' v, X第6种方法、限幅平均滤波法
. W8 M2 A! @5 F% S' S* w  N- h$ v. ZA、方法：
; ~8 d& z  C- F6 w5 ^相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
* j% G% w3 H" e+ C% X$ K每次采样到的新数据先进行限幅处理，
4 d) ?1 C0 f) ^/ o  `$ a  R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
. }% l1 c# a% v9 `0 D; v: M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：
- b9 v4 C3 A3 U) N; U比较浪费RAM

5 C: Y$ Y6 c/ N) ]9 {第7种方法、一阶滞后滤波法
8 Z0 {* ~2 u7 F$ dA、方法：
2 H% E" e3 E; ~: }9 K5 O5 l# u* ~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
. Z% o! |: Y% Z! [适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
2 ^) R& b8 S8 S% `' H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
) r) D8 T2 Z  c+ o: ?4 l3 ~7 F$ Y; Q
第8种方法、加权递推平均滤波法
8 a4 V8 @4 f0 c4 l, M! N5 E, sA、方法：
) R+ p- @5 ], \9 F" W) {+ F6 u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
; w( @' M$ i( T, i' B1 l! j8 o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
和采样周期较短的系统
- U+ }. T8 z" |3 [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
& S# t  c3 p( A2 l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 L" n) c  R" l
: N5 X* k# e! T% b+ ?: l+ ^  h第9种方法、消抖滤波法
/ ^& h2 `/ ^# f% wA、方法：
设置一个滤波计数器
. y. w. p' i. B) V0 r) ?/ _) ?将每次采样值与当前有效值比较：
- Y& c: ]/ n/ Y9 C; N. ^如果采样值＝当前有效值，则计数器清零
/ z2 E9 O- F$ ~% A: E, Q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,
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
8 l1 C  O# }( S8 M+ H7 lC、缺点：
/ S% P$ z$ @2 _7 b$ M对于快速变化的参数不宜
7 t3 j) l! B% s6 t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

! U# u" ^: ?/ _# X% ?8 M4 P# k* e1 C2 b第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
" t+ |. s% b0 E6 x8 K* D2 Q相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
8 h  `. F. E; P( M% _# R' p- ?" U先限幅,后消抖
B、优点：
  p' u0 [% ^# P$ [$ I8 v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：
: b8 m2 {+ m4 d* Y' [对于快速变化的参数不宜


第11种方法：IIR 数字滤波器

& H2 N. y8 C5 y$ t8 ^! i  n6 cA. 方法：
  K* A' Z" b$ ^: [* w# k9 C8 d& p+ }9 V4 V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)
9 Z) {* @0 n" O5 q
B. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
& B& q/ {% Q9 v* e7 `C. 缺点：运算量大。

jin_geda