[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）
" J: `' t4 `! r! OA、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：
. i) ^  W2 k# e0 G  @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 C. }; K+ O( z/ ?2 }5 RB、优点：
+ u0 s( ?/ |& J4 h能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
) u! c% D8 A* ZC、缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差
" s+ |+ k  U5 }% K& o
2 t2 H( ]- H6 z, _+ y第2种方法、中位值滤波法
! V! `) A1 t# \4 _$ A/ \# EA、方法：
- I+ _0 C$ [( U! w! x连续采样N次（N取奇数）
把N次采样值按大小排列
0 s) X% K5 s8 g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
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
5 ?' K5 M6 @. i) d7 s2 R9 K9 R
6 q9 T. b$ ?8 C1 q/ }6 I第3种方法、算术平均滤波法
A、方法：
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
& L$ M. l) A6 M* }. ^7 a+ YN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
) h3 Q- }- H6 f% \+ s9 M! {" rB、优点：
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
: ~' H2 R4 g/ [) c& p8 C/ K( ^0 k2 A: `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
5 _% ?" r) L4 D% ?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
  Z7 O7 F+ s( X9 R. \2 ?
第4种方法、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
5 }, P" I! M2 X$ XA、方法：
; Z- g; k8 E" b- s" 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
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：
9 V: q6 t$ ~4 Z, z& S9 t0 y7 M对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高
! ]  l4 p9 G/ ~7 E2 ?适用于高频振荡的系统
C、缺点：
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
比较浪费RAM

" \7 L1 A5 k. a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”
0 n. ]% z/ x/ c5 T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
) ?" h3 V' ?2 l+ g: sN值的选取：3~14
B、优点：
: t2 A& }$ [, N+ y* d融合了两种滤波法的优点
+ Y4 j; w5 f0 D" N! p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
- O' ]1 H6 F* m- }& {! p" k5 |C、缺点：
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM
8 D, Q2 E2 P/ K) C
$ p  x' ~* w  i, N3 D) y0 v5 J  k
2 |. `  ?5 x: r7 j$ v) L0 C第6种方法、限幅平均滤波法
0 N, i4 g9 X1 |; @, g$ t) w, dA、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：
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：
比较浪费RAM
8 c- j( P' t" X9 {- r9 U
第7种方法、一阶滞后滤波法
$ L; e3 V9 G3 H: G# FA、方法：
  U+ ?6 v* j/ Q; y9 k1 y: v  L3 p取a=0~1
: v3 t" E! x% B; E$ @1 `" T+ o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
: ?. ?9 {* t' K+ ^适用于波动频率较高的场合
C、缺点：
2 I* Y: Z  d9 J: Z7 o/ p相位滞后，灵敏度低
: I5 u, l: a! G' }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

; S8 ?7 s+ y! ~  I第8种方法、加权递推平均滤波法
A、方法：
6 ^* r$ r- x: m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
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- J# A! @5 y% {. }2 j" q( ^+ [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 ~) t) K7 y9 q
第9种方法、消抖滤波法
A、方法：
* l% b, D( M+ e1 [0 l设置一个滤波计数器
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
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
% w* C5 ~3 |4 P1 Y9 ^, e, _4 x0 SC、缺点：
' R# C4 |, s! A  q5 f4 \+ @3 J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

3 N2 z+ z9 W" P: V# J$ M( e第10种方法、限幅消抖滤波法
A、方法：
& W) n' Y7 y8 p* P( Z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
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：
5 e: j1 n- P* U4 Z3 H4 K+ [对于快速变化的参数不宜


第11种方法：IIR 数字滤波器

A. 方法：
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)
# x0 ^0 v) ?# U1 b- Y! z8 M
* H1 r# V! Q( v# u0 n2 y6 J4 OB. 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
1 W' a- I: ~) c3 z: k1 i# n2 ~( q% |C. 缺点：运算量大。

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