常用軟體濾波演算法 摘自 FeoTech

2021-08-31 16:18:42 字數 2876 閱讀 8523

1、限幅濾波法(又稱程式判斷濾波法)

a、名稱:限幅濾波法(又稱程式判斷濾波法)

b、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。

c、優點:

能有效克服因偶然因素引起的脈衝干擾。

d、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、名稱:中位值濾波法

b、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。

c、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。

d、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、名稱:算術平均濾波法

b、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。

c、優點:

適用於對一般具有隨機干擾的訊號進行濾波;這種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。

d、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、名稱:遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法)

b、方法:

把連續取得的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,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。

c、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。

d、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、名稱:中位值平均濾波法(又稱防脈衝干擾平均濾波法)

b、方法:

採一組佇列去掉最大值和最小值後取平均值,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。

c、優點:

融合了「中位值濾波法」+「算術平均濾波法」兩種濾波法的優點。

對於偶然出現的脈衝性干擾,可消除由其所引起的取樣值偏差。

對週期干擾有良好的抑制作用。

平滑度高,適於高頻振盪的系統。

d、缺點:

計算速度較慢,和算術平均濾波法一樣。比較浪費ram。

6、限幅平均濾波法

a、名稱:限幅平均濾波法

b、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。

c、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。

d、缺點:

比較浪費ram。

7、一階滯後濾波法

a、名稱:一階滯後濾波法

b、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。

c、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。

d、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1/2的干擾訊號。

8、加權遞推平均濾波法

a、名稱:加權遞推平均濾波法

b、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。

c、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。

d、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、名稱:消抖濾波法

b、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。

c、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。

d、缺點:

對於快速變化的引數不宜;

若在計數器溢位的那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、名稱:限幅消抖濾波法

b、方法:

相當於「限幅濾波法」+「消抖濾波法」;先限幅,後消抖。

c、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。

d、缺點:

對於快速變化的引數不宜。

常用軟體濾波方法及其示例程式

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