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 14:19 184阅读 0赞

1、限幅滤波法(又称程序判断滤波法)

  1. A、方法:
  2. 根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值(设为A
  3. 每次检测到新值时判断:
  4. 如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
  5. 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
  6. B、优点:
  7. 能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
  8. C、缺点
  9. 无法抑制那种周期性的干扰
  10. 平滑度差

2、中位值滤波法

  1. A、方法:
  2. 连续采样N次(N取奇数)
  3. N次采样值按大小排列
  4. 取中间值为本次有效值
  5. B、优点:
  6. 能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
  7. 对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
  8. C、缺点:
  9. 对流量、速度等快速变化的参数不宜

3、算术平均滤波法

  1. A、方法:
  2. 连续取N个采样值进行算术平均运算
  3. N值较大时:信号平滑度较高,但灵敏度较低
  4. N值较小时:信号平滑度较低,但灵敏度较高
  5. N值的选取:一般流量,N=12;压力:N=4
  6. B、优点:
  7. 适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
  8. 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
  9. C、缺点:
  10. 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
  11. 比较浪费RAM

4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)

  1. A、方法:
  2. 把连续取N个采样值看成一个队列
  3. 队列的长度固定为N
  4. 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)
  5. 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
  6. N值的选取:流量,N=12;压力:N=4;液面,N=4~12;温度,N=1~4
  7. B、优点:
  8. 对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高
  9. 适用于高频振荡的系统
  10. C、缺点:
  11. 灵敏度低
  12. 对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
  13. 不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
  14. 不适用于脉冲干扰比较严重的场合
  15. 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)

  1. A、方法:
  2. 相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
  3. 连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值
  4. 然后计算N-2个数据的算术平均值
  5. N值的选取:3~14
  6. B、优点:
  7. 融合了两种滤波法的优点
  8. 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
  9. C、缺点:
  10. 测量速度较慢,和算术平均滤波法一样
  11. 比较浪费RAM

6、限幅平均滤波法

  1. A、方法:
  2. 相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
  3. 每次采样到的新数据先进行限幅处理,
  4. 再送入队列进行递推平均滤波处理
  5. B、优点:
  6. 融合了两种滤波法的优点
  7. 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
  8. C、缺点:
  9. 比较浪费RAM

7、一阶滞后滤波法

  1. A、方法:
  2. a=0~1
  3. 本次滤波结果=(1-a\*本次采样值+a\*上次滤波结果
  4. B、优点:
  5. 对周期性干扰具有良好的抑制作用
  6. 适用于波动频率较高的场合
  7. C、缺点:
  8. 相位滞后,灵敏度低
  9. 滞后程度取决于a值大小
  10. 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

  1. A、方法:
  2. 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
  3. 通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。
  4. 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
  5. B、优点:
  6. 适用于有较大纯滞后时间常数的对象
  7. 和采样周期较短的系统
  8. C、缺点:
  9. 对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号
  10. 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

  1. A、方法:
  2. 设置一个滤波计数器
  3. 将每次采样值与当前有效值比较:
  4. 如果采样值=当前有效值,则计数器清零
  5. 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)
  6. 如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
  7. B、优点:
  8. 对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
  9. 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
  10. C、缺点:
  11. 对于快速变化的参数不宜
  12. 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

10、限幅消抖滤波法

  1. A、方法:
  2. 相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
  3. 先限幅,后消抖
  4. B、优点:
  5. 继承了“限幅”和“消抖”的优点
  6. 改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
  7. C、缺点:
  8. 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。

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