10種軟件濾波方法
在工業現場對數據采集時,需要考慮數據采集的實時性和安全性,有時需要對采集的數據進行軟處理.下面就簡單介紹幾種數據采集濾波的方法,希望對大家有用.
1、限幅濾波法(程序判斷濾波法)
A、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沖干擾
C、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、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.
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參數有良好的濾波效果.
C、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、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
B、優點:
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,信號在某一數值范圍附近上下波動
C、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、方法:
把連續取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,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
C、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、方法:
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
B、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.
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
1、限幅濾波法(程序判斷濾波法)
A、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沖干擾
C、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、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.
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參數有良好的濾波效果.
C、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、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
B、優點:
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,信號在某一數值范圍附近上下波動
C、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、方法:
把連續取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,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
C、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、方法:
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
B、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.
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
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B、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
C、缺點:
比較浪費RAM
7、一階滯后濾波法
A、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
B、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
C、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
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
B、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
C、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、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
B、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
C、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、方法:
相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”,先限幅,后消抖
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,避免將干擾值導入系統
C、缺點:
對于快速變化的參數不宜.
B、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
C、缺點:
比較浪費RAM
7、一階滯后濾波法
A、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
B、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
C、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
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
B、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
C、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、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
B、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
C、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、方法:
相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”,先限幅,后消抖
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,避免將干擾值導入系統
C、缺點:
對于快速變化的參數不宜.
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