[原创]软件滤波

xjq2005

软件滤波方法

第1种方法、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
2 f; p) |& f. a7 B- n; _7 GA、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：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
4 z) ]6 M) U) k, p$ I2 l. ^+ sC、缺点
" U1 v7 L1 s& p& C8 T" o- q无法抑制那种周期性的干扰
+ T$ e1 r: J: ]/ ^5 b3 q! w平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
% [8 g1 Y8 ~9 j1 tA、方法：
连续采样N次（N取奇数）
% l5 w/ e  O& {把N次采样值按大小排列
取中间值为本次有效值
' G8 N" P) J* x) b* hB、优点：
  }2 Y9 B! g) X* {能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
1 T4 c& G: ?" \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

第3种方法、算术平均滤波法
5 L! O! s& @, Y4 K4 F1 L3 lA、方法：
* d. n  B4 ]  L! I, I5 x/ ~连续取N个采样值进行算术平均运算
0 B# I! i& R' @N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
4 l: J; D' G7 mN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
3 a( t7 r& B: M3 J$ T  [4 ~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
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：
3 x$ M6 q6 b, b& T! D; Y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
: p8 i( w1 g- r% T  }  ?$ j9 n6 K
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
$ b, @$ o* n6 k8 l: h5 HA、方法：
把连续取N个采样值看成一个队列
3 ]# b, U) ~6 m4 [. K, W8 m队列的长度固定为N
; ^' I9 h0 a. Q" Z$ ^% ~9 k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)
, y' X* C5 e( \. L! b$ |- A) i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
% W" ]+ E8 h4 i& L6 V. xN值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
3 b) O+ g  B0 w# W# @$ z( ]5 z* cB、优点：
对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
% [0 S  V% T7 ]+ `& p- T% v适用于高频振荡的系统
4 I3 P+ X* J6 s  d; [# ~3 SC、缺点：
# v" i6 G  c4 J+ o& l. T. m灵敏度低
$ j, l8 }1 s# v) h* j/ h对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
- z0 `1 J( w: z# A4 t5 P6 i5 K不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
. z# [9 |7 V! N6 B不适用于脉冲干扰比较严重的场合
8 T: z2 {0 E0 g/ E. e5 I比较浪费RAM
3 l. c' I4 z, t3 w$ h! `
8 I, i  l( p' Z  u) t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）
2 p* f( e/ k( c5 q" DA、方法：
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
4 L+ t4 Y- a) [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：
融合了两种滤波法的优点
, O1 w) H( |- a& o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
/ f+ P# j/ k1 n; U% v8 x

9 s- Q+ X& R. ~! K$ H+ J% y$ _第6种方法、限幅平均滤波法
% Q7 Q" B4 ^, S6 sA、方法：
+ |+ K6 ?+ q; s相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
8 O! E; D2 ?/ h' e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：
9 T+ Y: ]* }+ y& I' O6 k; ~  j融合了两种滤波法的优点
& F- T5 g9 M* 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
" U2 T: X* J/ wC、缺点：
比较浪费RAM
2 n. u0 v1 D! @/ T1 d
' |) j) _1 o& V& K- L8 H. x第7种方法、一阶滞后滤波法
  k+ b% L8 K8 m7 n% c* o! zA、方法：
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：
) Z( d$ C5 G% }9 }对周期性干扰具有良好的抑制作用
3 l( T, D" x* V( j' I5 x3 U适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
相位滞后，灵敏度低
5 a0 B* r" P* ~9 _3 J; u% _; X. B滞后程度取决于a值大小
6 d6 r  h/ O& m; x6 R不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
# O& t# M6 [7 G! r0 _
' e8 J" ^# G8 T) S- @* x  _; ]第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
" f* A8 r9 g1 f# 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。
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
  |9 ]2 ?& A, \$ p" ~1 eC、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
/ U1 ?% ~' R$ X不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
) b( e# y$ K+ k
1 @3 y6 l9 |% k  b, E! ]2 s第9种方法、消抖滤波法
  ]) L: M+ R2 ?- Y! [. GA、方法：
' S2 @- z6 j) T, m6 k设置一个滤波计数器
将每次采样值与当前有效值比较：
6 ^8 k. \/ ?& w8 e$ u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)
. k/ x- n( a& u* _8 l, z0 f如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
* d4 Y& u" {& d, Z' q+ UB、优点：
# A; A/ ?5 m, g* y4 I! V7 E1 i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
: e+ D! j7 A! h! u& ~' m1 ~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

9 K3 C' r8 X( J: K5 F! t/ G第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
, L7 W) j( z4 |$ E5 A2 M+ H相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
/ ^  _# Z. s, O8 L4 H% [先限幅,后消抖
: u+ o7 R& D& r, P8 k3 ]B、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
. r% _6 R' a" O( Q! V+ QC、缺点：
对于快速变化的参数不宜

" l" K, k- M$ c0 X3 R
第11种方法：IIR 数字滤波器

; F2 K3 J9 _& f: T2 \A. 方法：
0 k# ?" o* Q6 |' \  j确定信号带宽， 滤之。
' W0 Z8 S' k6 H, v/ G8 fY(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)

! Z3 p, R% e# ]9 ]3 z$ XB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
C. 缺点：运算量大。

jin_geda