[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）
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）
, [0 }: }5 l/ k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
# \# w1 o# q7 k- G9 ]$ r( J8 HB、优点：
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
6 G' e. q' G0 Z6 C( b4 [* C, J无法抑制那种周期性的干扰
: e! k, G8 T. T平滑度差

第2种方法、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
( B1 M1 b: F7 q3 D* a( h把N次采样值按大小排列
9 n' c. {% A! `0 C3 o! O4 S' |: L取中间值为本次有效值
B、优点：
能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
9 D  m! a( w, E+ @" t2 H对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
- w2 h# i* I3 _, I# K/ GC、缺点：
) w/ g- X1 P4 G5 U6 v  a对流量、速度等快速变化的参数不宜
; P; y$ k% t; O: Z- p" h/ [) C
; ?- y$ s$ d/ v/ f% s! ^5 S4 }第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
9 J; O- ^& e% D% n  {$ C$ I& h连续取N个采样值进行算术平均运算
* i( @- M1 W3 D1 K! w( V( jN值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低
  H" t% X3 G/ C! V" R/ ^9 ?) {N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
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：
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
1 u& a, p$ d/ n& \% ~* ?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：
把连续取N个采样值看成一个队列
队列的长度固定为N
& n& J+ D/ x9 d- a0 _& f! @# a, h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：
1 c* F# I: }+ t6 |& f  X对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
& ~( p6 z6 v6 W1 ]2 g: \  a+ [  K适用于高频振荡的系统
C、缺点：
  l$ e) [. b; m$ M灵敏度低
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
不适用于脉冲干扰比较严重的场合
( l# D# e+ B3 P比较浪费RAM

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：
相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
4 Z( H7 |# l( I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
' I: c  ?4 `2 r, f" b$ SN值的选取：3~14
0 i) T  D; z7 M) q- RB、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：
4 O; j) S* D5 V2 X- U" l测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM

) {0 A0 Z! t: ]" I, `. Q& a
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”
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：
/ t0 _* Y' \/ S9 b4 Q$ m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：
' T$ L+ c! o5 p3 _) F比较浪费RAM

& |+ R9 x& ?5 ^: a' r: y+ U! F第7种方法、一阶滞后滤波法
+ {0 P( O/ o* P" j. G5 ~; o2 iA、方法：
2 p7 k9 j; g6 p/ C% J. g取a=0~1
8 s+ |& c3 p' N% V6 B& g( m. M本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
B、优点：
7 r" q/ _4 |# M$ a, C对周期性干扰具有良好的抑制作用
. y# E$ [( M3 C) }7 K, V适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
' |) d* r0 K6 Q/ g* d相位滞后，灵敏度低
滞后程度取决于a值大小
, l) V7 n+ v* f7 i7 ?+ m不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
9 Y" V+ d" S- ~: p; g/ O9 _1 a, a
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
) U% m' R1 `7 N  Y2 B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：
5 d% |3 K4 |6 f( G适用于有较大纯滞后时间常数的对象
+ ~  v" q* L% r7 R) V和采样周期较短的系统
4 r- `- N9 p/ @$ H/ s& w8 M! _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
不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
5 T8 Q; o  T3 N  M
5 H8 j7 W8 v# E8 L第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
) e' Q4 m; f. c1 E9 j, }) ^设置一个滤波计数器
& ~9 Q  }2 W, Z% U8 g3 |/ |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)
# P3 N  P- V, n$ L( x4 u& b如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
8 h' q# u; @" \9 T9 X& F9 X( oB、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
C、缺点：
9 @- a8 g# K  X% _$ L* `1 G2 {对于快速变化的参数不宜
4 L) i+ ?2 S  y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
  S- [: d  i" ?& ~9 b! S
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”
先限幅,后消抖
  B: y& y3 ?! J- q0 HB、优点：
& O: B5 j3 ^* p8 \4 C继承了“限幅”和“消抖”的优点
5 B! E5 u5 {' [  Z( ?" Q. j改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
. L( W; G: X0 aC、缺点：
. w9 Y  B3 ~7 D- i1 k% h/ z对于快速变化的参数不宜
' m; K1 v3 f! |2 M' I/ I+ U, U# }8 I

; Y/ F% T( A% ?8 n6 P/ D第11种方法：IIR 数字滤波器

A. 方法：
确定信号带宽， 滤之。
# |# k. W. x8 g, QY(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)

+ A9 z! @6 N6 g% [4 OB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
+ H8 Q) T! ^" a' iC. 缺点：运算量大。

jin_geda