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标题: 几种常用的数字滤波器 [打印本页]

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作者: admin    时间: 2019-9-27 15:10
标题: 几种常用的数字滤波器
1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
$ G& M/ W7 f! Q; e+ ]  ~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）
. r. t4 U& G# E4 l! y/ y% `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
, r+ h  w2 C- z! b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：
) `; G3 V0 L. \4 A- r$ y% o) w* q能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C、缺点
( E5 |0 w: j8 w6 Q无法抑制那种周期性的干扰
4 u3 s0 N+ ]+ @! J平滑度差

2、中位值滤波法
A、方法：
连续采样N次（N取奇数）
. l# _, T' Y% L; o4 J  r$ [把N次采样值按大小排列
+ q" w" D  q* ]: x0 t取中间值为本次有效值
B、优点：
* k$ A  N8 O6 V$ p0 G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
) h+ K( {5 m4 @, s7 jC、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
' Z9 v& c; k, H7 J) }A、方法：
+ g' h+ }1 O' A% R% s+ f, i7 l  c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
+ I+ V) _$ T4 e( w4 j1 ZN值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高
' N0 x- }. x7 L4 U' t  r4 QN值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B、优点：
( f: h: Q4 R, {% ]2 S适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
" S' i2 Z$ g' \4 W) P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
& P2 ^  R1 |# e, W- hC、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
- @9 i) v/ G9 y# K7 L比较浪费RAM
; X- ?' ^1 f' I; N/ Z- ^! f4 x3 r
& a/ Q' p' k. s9 o0 c4、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
6 {! |+ x: ~. C% r0 x% Q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)
) @1 e/ o0 i# S8 g9 I+ o/ B- Q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
; n( Q& q) m0 H9 ]" {% [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
3 C6 \8 ~3 [! o8 @4 z. ]1 i8 L比较浪费RAM
% F5 r6 B* G& X/ j" O. d) o5 r; ?
5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
, r& t) t) {0 n+ p/ W: j6 U) G) SA、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
) I* n' z# @0 k- X, Z2 e然后计算N-2个数据的算术平均值
' h+ G2 I7 [% R' W" j9 S' QN值的选取：3~14
B、优点：
! v. E8 f* S) `: X, e融合了两种滤波法的优点
! Y8 C6 T9 O+ y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 E9 x9 I$ D# C/ I, cC、缺点：
& e5 o& W3 U& p! l测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
" k6 L" I2 p/ Q; }比较浪费RAM
" V0 D% `7 i  D7 c( H& d+ @! u
* F5 Z$ Q5 }6 `- D6 Q- q+ |
$ ~$ o! B/ b4 m+ {' b4 Q* W
6 J- G) ?* b( I) ?
4 F! c/ K7 M+ y& O! x
/ b8 p* b& e; i! {$ }' }0 V8 Y6、限幅平均滤波法
8 f/ U1 v+ d6 N2 VA、方法：
相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
) H( d  `+ u7 Y" h4 }  v5 `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
' Q8 p' W% o+ }7 `4 `* x" [9 }B、优点：
! h! ?: D* G( G  a, }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：
7 K: a  q& I2 t6 y取a=0~1
$ d1 B1 p5 t% X/ H本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
. `/ Z4 Y+ G) G" m  ?B、优点：
9 ~/ e" x! h% D对周期性干扰具有良好的抑制作用
2 M4 w# C# L0 Y  h$ _) T# z2 U; t' ]适用于波动频率较高的场合
7 Z* J/ b+ Y4 j6 E5 JC、缺点：
相位滞后，灵敏度低
. E* D9 m5 @! x滞后程度取决于a值大小
8 B8 a  q6 j2 |2 o# W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：
6 y7 w3 c" A* ^; S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
8 @) ]5 h% _; |1 _4 d$ A通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
5 b6 p$ J" Z, N0 N  w4 K0 l6 f4 u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
1 G+ Q( ?  U" b$ \* M, N# q8 a+ R
9、消抖滤波法
$ y* T% }) C; MA、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：
0 o. l1 g4 l4 W% y+ s. C5 M$ v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
/ ^( I2 m- W/ A+ X0 a- d+ z* ?B、优点：
  O3 H# s8 U' _3 |% H4 j# \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
, R- p' W; Q: |; FC、缺点：
! W2 k* Y9 A3 S* }+ n. j' S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

4 K) v; x5 u3 q; J, @5 h( b
7 n; q( S4 J. l( U1 l( c6 z2 [2 Z10、限幅消抖滤波法
7 e0 v" ?, b0 k! s! ^4 _A、方法：
: q! S1 ?1 i! t% y1 f% D相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
" v2 b/ [2 R3 W- l1 Y( e先限幅,后消抖
B、优点：
1 ~( ?( i: h. g- J8 q/ V- V3 j继承了“限幅”和“消抖”的优点
7 D' v% M$ O# r+ e改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统

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