算法基礎
一、濾波器基礎知識
低通:全頻率信號輸入,只有低頻能夠輸出;
高通:全頻率信號輸入,只有高頻能夠輸出;
帶通:全頻率信號輸入,只有莫一段頻率能夠輸出;
帶阻:全頻率信號輸入,基本全書輸出,只有莫一段頻率被過濾;
二、常用的濾波器
1、限幅濾波法(又稱程序判斷濾波法) A、名稱:限幅濾波法(又稱程序判斷濾波法) B、方法: 根據經驗判斷,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。 C、優點: 能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。 D、缺點: 無法抑制那種周期性的干擾。 平滑度差。 --------------------------------------------------------------------------------------- 2、中位值濾波法 A、名稱:中位值濾波法 B、方法: 連續采樣N次(N取奇數),把N次采樣值按大小排列, 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參數有良好的濾波效果。 D、缺點: 對流量、速度等快速變化的參數不宜。 --------------------------------------------------------------------------------------- 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值的選取:一般流量,N=12;壓力:N=4。 C、優點: 適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波; 這種信號的特點是有一個平均值,信號在某一數值范圍附近上下波動。 D、缺點: 對于測量速度較慢或要求數據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據放入隊尾,并扔掉原來隊首的一次數據(先進先出原則), 把隊列中的N個數據進行算術平均運算,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。 D、缺點: 靈敏度低,對偶然出現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。 --------------------------------------------------------------------------------------- 5、中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法) A、名稱:中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法) B、方法: 采一組隊列去掉最大值和最小值后取平均值, 相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”。 連續采樣N個數據,去掉一個最大值和一個最小值, 然后計算N-2個數據的算術平均值。 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。 對于偶然出現的脈沖性干擾,可消除由其所引起的采樣值偏差。 對周期干擾有良好的抑制作用。 平滑度高,適于高頻振蕩的系統。 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: 相當于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”; 每次采樣到的新數據先進行限幅處理, 再送入隊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; 對于偶然出現的脈沖性干擾,可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。 D、缺點: 比較浪費RAM。 --------------------------------------------------------------------------------------- 7、一階滯后濾波法 A、名稱:一階滯后濾波法 B、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。 C、優點: 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。 D、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1/2的干擾信號。 --------------------------------------------------------------------------------------- 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,即不同時刻的數據加以不同的權; 通常是,越接近現時刻的數據,權取得越大。 給予新采樣值的權系數越大,則靈敏度越高,但信號平滑度越低。 C、優點: 適用于有較大純滯后時間常數的對象,和采樣周期較短的系統。 D、缺點: 對于純滯后時間常數較小、采樣周期較長、變化緩慢的信號; 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: 設置一個濾波計數器,將每次采樣值與當前有效值比較: 如果采樣值=當前有效值,則計數器清零; 如果采樣值<>當前有效值,則計數器+1,并判斷計數器是否>=上限N(溢出); 如果計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,并清計數器。 C、優點: 對于變化緩慢的被測參數有較好的濾波效果; 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值抖動。 D、缺點: 對于快速變化的參數不宜; 如果在計數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。 --------------------------------------------------------------------------------------- 10、限幅消抖濾波法 A、名稱:限幅消抖濾波法 B、方法: 相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”; 先限幅,后消抖。 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,避免將干擾值導入系統。 D、缺點: 對于快速變化的參數不宜。 ---------------------------------------------------------------------------------------

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