軟體濾波的方法及使用的優缺點

2021-06-21 13:00:22 字數 2792 閱讀 8070

1、限幅濾波法(又稱程式判斷濾波法)

a、方法:

根據經驗判斷,確定兩次取樣允許的最大偏差值(設為a)

每次檢測到新值時判斷:

如果本次值與上次值之差<=a,則本次值有效

如果本次值與上次值之差》a,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值

b、優點:

能有效克服因偶然因素引起的脈衝干擾

c、缺點

無法抑制那種週期性的干擾

平滑度差

2、中位值濾波法

a、方法:

連續取樣n次(n取奇數)

把n次取樣值按大小排列

取中間值為本次有效值

b、優點:

能有效克服因偶然因素引起的波動干擾

對溫度、液位的變化緩慢的被測引數有良好的濾波效果

c、缺點:

對流量、速度等快速變化的引數不宜

3、算術平均濾波法

a、方法:

連續取n個取樣值進行算術平均運算

n值較大時:訊號平滑度較高,但靈敏度較低

n值較小時:訊號平滑度較低,但靈敏度較高

n值的選取:一般流量,n=12;壓力:n=4

b、優點:

適用於對一般具有隨機干擾的訊號進行濾波

這樣訊號的特點是有乙個平均值,訊號在某一數值範圍附近上下波動

c、缺點:

對於測量速度較慢或要求資料計算速度較快的實時控制不適用

比較浪費ram

4、遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法)

a、方法:

把連續取n個取樣值看成乙個佇列

佇列的長度固定為n

每次取樣到乙個新資料放入隊尾,並扔掉原來隊首的一次資料.(先進先出原則)

把佇列中的n個資料進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果

n值的選取:流量,n=12;壓力:n=4;液面,n=4~12;溫度,n=1~4

b、優點:

對週期性干擾有良好的抑制作用,平滑度高

適用於高頻振盪的系統    

c、缺點:

靈敏度低

對偶然出現的脈衝性干擾的抑制作用較差

不易消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差

不適用於脈衝干擾比較嚴重的場合

比較浪費ram

5、中位值平均濾波法(又稱防脈衝干擾平均濾波法)

a、方法:

相當於「中位值濾波法」+「算術平均濾波法」

連續取樣n個資料,去掉乙個最大值和乙個最小值

然後計算n-2個資料的算術平均值

n值的選取:3~14

b、優點:

融合了兩種濾波法的優點

對於偶然出現的脈衝性干擾,可消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差

c、缺點:

測量速度較慢,和算術平均濾波法一樣

比較浪費ram

6、限幅平均濾波法

a、方法:

相當於「限幅濾波法」+「遞推平均濾波法」

每次取樣到的新資料先進行限幅處理,

再送入佇列進行遞推平均濾波處理

b、優點:

融合了兩種濾波法的優點

對於偶然出現的脈衝性干擾,可消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差

c、缺點:

比較浪費ram

7、一階滯後濾波法

a、方法:

取a=0~1

本次濾波結果=(1-a)*本次取樣值+a*上次濾波結果

b、優點:

對週期性干擾具有良好的抑制作用

適用於波動頻率較高的場合

c、缺點:

相位滯後,靈敏度低

滯後程度取決於a值大小

不能消除濾波頻率高於取樣頻率的1/2的干擾訊號

8、加權遞推平均濾波法

a、方法:

是對遞推平均濾波法的改進,即不同時刻的資料加以不同的權

通常是,越接近現時刻的資料,權取得越大。

給予新取樣值的權係數越大,則靈敏度越高,但訊號平滑度越低

b、優點:

適用於有較大純滯後時間常數的物件

和取樣週期較短的系統

c、缺點:

對於純滯後時間常數較小,取樣週期較長,變化緩慢的訊號

不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度,濾波效果差

9、消抖濾波法

a、方法:

設定乙個濾波計數器

將每次取樣值與當前有效值比較:

如果取樣值=當前有效值,則計數器清零

如果取樣值<>當前有效值,則計數器+1,並判斷計數器是否》=上限n(溢位)

如果計數器溢位,則將本次值替換當前有效值,並清計數器

b、優點:

對於變化緩慢的被測引數有較好的濾波效果,

可避免在臨界值附近控制器的反覆開/關跳動或顯示器上數值抖動

c、缺點:

對於快速變化的引數不宜

如果在計數器溢位的那一次取樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值匯入系統

10、限幅消抖濾波法

a、方法:

相當於「限幅濾波法」+「消抖濾波法」

先限幅,後消抖

b、優點:

繼承了「限幅」和「消抖」的優點

改進了「消抖濾波法」中的某些缺陷,避免將干擾值匯入系統

c、缺點:

對於快速變化的引數不宜

iir 數字濾波器 

a. 方法:

確定訊號頻寬, 濾之。

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. 優點:高通,低通,帶通,帶阻任意。設計簡單(用matlab)

c. 缺點:運算量大。

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