常用滤波方法.docx
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常用滤波方法.docx
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常用滤波方法
1、限幅滤波法(又称程序判断滤波法)
2、A、方法:
3、-|$q#@&{#D0{.I根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值(设为A)
4、%n1l)Z1^9^ ]%i6k每次检测到新值时判断:
5、*V(z;h;J+O;J2b4D如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
6、如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值
7、8x7M"Y&`6@8W+[9}B、优点:
8、#R/{:
v3R.~&{能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
9、8h3J"E6]4|4{)JC、缺点
10、无法抑制那种周期性的干扰
11、平滑度差
12、7v3I!
a2C0l0T0_;S:
r9z!
R%w
13、2、中位值滤波法
14、A、方法:
15、7s.I9H0M0c;Q连续采样N次(N取奇数)
16、/W'M1`.\8J#~把N次采样值按大小排列
17、,p2v3Q-A k9{;`7B取中间值为本次有效值
18、B、优点:
19、)\*n*^"}-J0q,J能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
20、对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
21、C、缺点:
22、;d d3D,Q5W!
H.~0S9\对流量、速度等快速变化的参数不宜
23、5g5\%\8T2b4a9A(q.H4L:
b
24、*@7C4d8Y6X!
q(E$L$z
25、4O:
T7_8H6m
26、6A0r#W'R2^'@0Q6F3、算术平均滤波法
27、5r"D!
a!
}5f+L,WA、方法:
28、#G'J2A4|,\$d连续取N个采样值进行算术平均运算
29、5Z5j2v8t*Q,};`N值较大时:
信号平滑度较高,但灵敏度较低
30、N值较小时:
信号平滑度较低,但灵敏度较高
31、7G:
M,x9[!
R&V&uN值的选取:
一般流量,N=12;压力:
N=4
32、9r!
t-G"x/H#@&c-[2tB、优点:
33、&h5k*g!
N,c;F"Y$[3y4K6]8I适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
34、2J!
Y+B/G p+D+Y&Z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
35、C、缺点:
36、*a$m+@%[6J t8R5t对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用
37、'r0R3w(m"H%J:
T&[比较浪费RAM
38、%q3S)D3o1j2c'V/y)n4{
39、"w#c$n!
d2^4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)
40、A、方法:
41、9k:
d*|0v+C2B;^1y把连续取N个采样值看成一个队列
42、"l4v-d8O:
P8D)x9m队列的长度固定为N
43、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)
44、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
45、N值的选取:
流量,N=12;压力:
N=4;液面,N=4~12;温度,N=1~4
46、B、优点:
47、-O8I99E |2h8n!
@1Z对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高
48、!
_6Z%^3N5d适用于高频振荡的系统
49、;y9b)z;}."uC、缺点:
50、灵敏度低
51、对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
52、不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
53、不适用于脉冲干扰比较严重的场合
54、;v9a8N(F!
j(Z8k"{比较浪费RAM
55、8V'j2M z:
|
56、*S-e!
R'h:
{5、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)
57、A、方法:
58、:
b+X3{ X1L*_'j9a1_相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
59、#S9q5r1~4R;h连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值
60、0a(J#~#X2P+V$`8r/o"v然后计算N-2个数据的算术平均值
61、N值的选取:
3~14
62、B、优点:
63、7~0o2F4@,F+D3J5x,o,}融合了两种滤波法的优点
64、8T'K;u#r-W对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
65、9U*t;g'h:
lC、缺点:
66、5T0V.c d!
^8[&U5j/@+U/m测量速度较慢,和算术平均滤波法一样
67、$r5F!
c)w&k6x9\9~7y%x4Y%p比较浪费RAM
68、
69、
70、 C*r'I&m1@.O L
71、3N%a;r.U"K.p-F#A([!
_4Q
72、6、限幅平均滤波法
73、2w2l-O(m1\8w2_8O W/jA、方法:
74、 D,x.|%n+f.p-x5Q相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
75、每次采样到的新数据先进行限幅处理,
76、 q3K3}5z-Y8{5J&c*@再送入队列进行递推平均滤波处理
77、9C4_ z/_!
A+};$J EB、优点:
78、:
O*n(P2r;b'W.T1r.D0X融合了两种滤波法的优点
79、对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
80、C、缺点:
81、比较浪费RAM
82、7m-H3`+Y0x:
f:
J*g3[4W+U$I)b
83、
84、
85、7、一阶滞后滤波法
86、A、方法:
87、取a=0~1
88、5I0[/j,Q0L+W3I:
Z本次滤波结果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果
89、&_7[7I-S.a*^.p,dB、优点:
90、+R6@)B5W6C7b0V对周期性干扰具有良好的抑制作用
91、适用于波动频率较高的场合
92、C、缺点:
93、+V4x3l%r&y1_5c4n(g$O,Z相位滞后,灵敏度低
94、滞后程度取决于a值大小
95、不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
96、
97、0l(F8i1v p'h1O%P+D,B9G8、加权递推平均滤波法
98、A、方法:
99、4u%U;K%J$z5u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
100、通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。
101、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
102、6p6W,i7i)u)N$O!
d9ZB、优点:
103、适用于有较大纯滞后时间常数的对象
104、&H5T(}5T4W K)V#[和采样周期较短的系统
105、0Y4d%3U)Y0W)~C、缺点:
106、.H:
C'v"o#t1g7[.l%a4}对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号
107、不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差
108、
109、-g'V)I&^9o
110、
111、#|7C.n;s-n$h1X+C!
g9、消抖滤波法
112、A、方法:
113、设置一个滤波计数器
114、3j)w$s:
F+N."m/K1o将每次采样值与当前有效值比较:
115、&88N:
g8[/l"K如果采样值=当前有效值,则计数器清零
116、如果采样值<>当前有效值,则计数器+1,并判断计数器是否>=上限N(溢出)
117、如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
118、B、优点:
119、$o'c4D-d$y!
h0(U对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
120、可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动
121、03^3e.i$F7C,W0sC、缺点:
122、对于快速变化的参数不宜
123、/C%B;P8p4V)T1n5@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
124、.w%u#U)l$X#N6m m(t7V1f/g7[
125、
126、
127、10、限幅消抖滤波法
128、A、方法:
129、相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
130、先限幅,后消抖
131、"@'t#s6J)UB、优点:
132、)@9["z4Y%X4~)_6m'~)b继承了“限幅”和“消抖”的优点
133、改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
134、C、缺点:
135、2c$g(e m"n;V;h对于快速变化的参数不宜
136、*v%n3R:
\1Q;t3L/|,b
137、
138、!
\,^-f*u'h'J(T9u11、IIR数字滤波器
139、/l#P(G-p*X2u3f:
d%H
140、A.方法:
141、4p Q-t/u }确定信号带宽,滤之。
142、8k'o0Q+m,z a*Z9V1S1iY(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)
143、1}1N:
@*^7K.Z
144、B.优点:
高通,低通,带通,带阻任意。
设计简单(用matlab)
145、,N%w9c;V8z;j(b%iC.缺点:
运算量大。
引言
在微机控制系统的模拟输入信号中,一般均含有各种噪声和干扰,他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。
为了进行准确测量和控制,必须消除被测信号中的噪声和干扰。
噪声有2大类:
一类为周期性的,其典型代表为50Hz的工频干扰,对于这类信号,采用积分时间等于20ms整倍数的双积分A/D转换器,可有效地消除其影响;另一类为非周期的不规则随机信号,对于随机干扰,可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。
所谓数字滤波,就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重,因此他实际上是一个程序滤波。
数字滤波器克服了模拟滤波器的许多不足,他与模拟滤波器相比有以下优点:
(1)数字滤波器是用软件实现的,不需要增加硬设备,因而可靠性高、稳定性好,不存在阻抗匹配问题。
(2)模拟滤波器通常是各通道专用,而数字滤波器则可多通道共享,从而降低了成本。
(3)数字滤波器可以对频率很低(如Hz)的信号进行滤波,而模拟滤波器由于受电容容量的限制,频率不可能太低。
(4)数字滤波器可以根据信号的不同,采用不同的滤波方法或滤波参数,具有灵活、方便、功能强的特点。
10种软件滤波方法的示例程序
OurWay发表于2005-9-222:
24:
0010种软件滤波方法的示例程序(JKRL)
假定从8位AD中读取数据(如果是更高位的AD可定义数据类型为int),子程序为get_ad();
1、限副滤波
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。
/* A值可根据实际情况调整
value为有效值,new_value为当前采样值
滤波程序返回有效的实际值 */
#defineA10charvalue;charfilter()
{
char new_value;
new_value=get_ad();
if((new_value-value>A)||(value-new_value>A)
returnvalue;
returnnew_value;
}
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。
/* N值可根据实际情况调整
排序采用冒泡法*/
#defineN 11charfilter()
{
charvalue_buf[N];
charcount,i,j,temp;
for(count=0;count { value_buf[count]=get_ad(); delay(); } for(j=0;j { for(i=0;i { if(value_buf[i]>value_buf[i+1]) { temp=value_buf[i]; value_buf[i]=value_buf[i+1]; value_buf[i+1]=temp; } } } returnvalue_buf[(N-1)/2]; } 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。 #defineN12charfilter() { int sum=0; for(count=0;count { sum+=get_ad(); delay(); } return(char)(sum/N); } 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 #defineN12charvalue_buf[N]; chari=0;charfilter() { charcount; int sum=0; value_buf[i++]=get_ad(); if(i==N) i=0; for(count=0;count sum=value_buf[count]; return(char)(sum/N); } 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。 #defineN12charfilter() { charcount,i,j; charvalue_buf[N]; int sum=0; for (count=0;count { value_buf[count]=get_ad(); delay(); } for(j=0;j { for(i=0;i { if(value_buf[i]>value_buf[i+1]) { temp=value_buf[i]; value_buf[i]=value_buf[i+1]; value_buf[i+1]=temp; } } } for(count=1;count sum+=value[count]; return(char)(sum/(N-2)); } 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。 /* */ 略参考子程序1、3 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。 /*为加快程序处理速度假定基数为100,a=0~100*/#definea50charvalue;charfilter() { char new_value; new_value=get_ad(); return(100-a)*value+a*new_value; } 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。 /*coe数组为加权系数表,存在程序存储区。 */#defineN12charcodecoe[N]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}; charcodesum_coe=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;charfilter() { charcount; charvalue_buf[N]; int sum=0; for(count=0,count { value_buf[count]=get_ad(); delay(); } for(count=0,count sum+=value_buf[count]*coe[count]; return(char)(sum/sum_coe); } 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。 #defineN12charfilter() { charcount=0; charnew_value; new_value=get_ad(); while(value! =new_value); { count++; if(count>=N) returnnew_value; delay(); new_value=get_ad(); } returnvalue; }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。 /* */ 略参考子程序1、9
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