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常用的數(shù)字濾波器算法及其特性

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  • 發(fā)布時間:2019/6/4 16:40:36
  • 作者:銀河電氣

  常用的軟件濾波器有限幅濾波法、中位值濾波法、算數(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法、中位值平均濾波法、限幅平均濾波法、一階滯后濾波法、加權遞推平均濾波法、消抖濾波法、限幅消抖濾波法等,這些軟件濾波器各自特性如何,適用場合是什么樣的呢?

限幅濾波法(又稱程序判斷濾波法)

  方法:根據(jù)經(jīng)驗判斷,確定兩次采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。優(yōu)點:能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。缺點:無法抑制周期性的干擾,平滑度差;

中位值濾波法

  方法:連續(xù)采樣N次(N取奇數(shù)),把N次采樣值按大小排列,取中間值為本次有效值。優(yōu)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參數(shù)有良好的濾波效果,缺點:對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜;

算術平均濾波法

  方法:連續(xù)取N個采樣值進行算術平均運算,N值較大時:信號平滑度較高,但靈敏度較低;N值較小時:信號平滑度較低,但靈敏度較高。N值的選?。阂话懔髁?,N=12;壓力:N=4。優(yōu)點:適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波,這樣信號的特點是有一個平均值,信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動。缺點:對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計算速度較快的實時控制不適用,比較浪費RAM;

遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法)

  方法:把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊列,隊列的長度固定為N,每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾,并扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù)(先進先出原則) 。把隊列中的N個數(shù)據(jù)進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果。N值的選?。毫髁?,N=12;壓力:N=4;液面,N=4~12;溫度,N=1~4。優(yōu)點:對周期性干擾有良好的抑制作用,平滑度高,適用于高頻振蕩的系統(tǒng)。缺點:靈敏度低,對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差,不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差,不適用于脈沖干擾比較嚴重的場合,比較浪費RAM;

中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法)

  方法:相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”,連續(xù)采樣N個數(shù)據(jù),去掉一個最大值和一個最小值,然后計算N-2個數(shù)據(jù)的算術平均值。N值的選?。?~14。優(yōu)點:融合了兩種濾波法的優(yōu)點,對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾,可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。缺點:測量速度較慢,和算術平均濾波法一樣,比較浪費RAM;

限幅平均濾波法

  方法:相當于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”,每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進行限幅處理,再送入隊列進行遞推平均濾波處理。優(yōu)點:融合了兩種濾波法的優(yōu)點,對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾,可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。缺點:比較浪費RAM;

一階滯后濾波法

  方法:取a=0~1,本次濾波結果=(1-a)*本次采樣值+a*上次濾波結果。優(yōu)點:對周期性干擾具有良好的抑制作用,適用于波動頻率較高的場合。缺點:相位滯后,靈敏度低,滯后程度取決于a值大小,不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號;

加權遞推平均濾波法

  方法:是對遞推平均濾波法的改進,即不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權,通常是,越接近現(xiàn)時刻的資料,權取得越大,給予新采樣值的權系數(shù)越大,則靈敏度越高,但信號平滑度越低。優(yōu)點:適用于有較大純滯后時間常數(shù)的對象和采樣周期較短的系統(tǒng)。缺點:對于純滯后時間常數(shù)較小,采樣周期較長,變化緩慢的信號,不能迅速反應系統(tǒng)當前所受干擾的嚴重程度,濾波效果差;

消抖濾波法

  方法:設置一個濾波計數(shù)器,將每次采樣值與當前有效值比較:如果采樣值=當前有效值,則計數(shù)器清零。如果采樣值>當前有效值,則計數(shù)器+1,并判斷計數(shù)器是否>=上限N(溢出),如果計數(shù)器溢出,則將本次值替換當前有效值,并清計數(shù)器。優(yōu)點:對于變化緩慢的被測參數(shù)有較好的濾波效果,可避免在臨界值附近控制器的反復開/關跳動或顯示器上數(shù)值抖動。缺點:對于快速變化的參數(shù)不宜,如果在計數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值導入系統(tǒng);

限幅消抖濾波法

  方法:相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”,先限幅后消抖。優(yōu)點:繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點,改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導入系統(tǒng)。缺點:對于快速變化的參數(shù)不宜。



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