软件滤波的方法及使用的优缺点

雨点打透心脏的1/2处 2022-08-26 14:19 114阅读 0赞

1、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：  
  
        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  
  
      
  
2、中位值滤波法  
  
    A、方法：  
  
        连续采样N次（N取奇数）  
  
        把N次采样值按大小排列  
  
        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  
  
  
  
3、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  
  
        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  
  
        比较浪费RAM  
  
          
  
4、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  
  
        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：  
  
        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：  
  
        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  
  
          
  
5、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”  
  
        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  
  
        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  
  
  
  
  
  
6、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：  
  
        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  
  
  
  
7、一阶滞后滤波法  
  
    A、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：  
  
        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  
  
    C、缺点：  
  
        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  
  
          
  
8、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  
  
        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  
  
        不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差  
  
  
  
9、消抖滤波法  
  
    A、方法：  
  
        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  
  
    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  
  
  
  
10、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、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：  
  
        对于快速变化的参数不宜  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
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)  
  
  
  
B. 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。