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標(biāo)題: 常見的集中濾波方法 [打印本頁]

作者: qlcsz 時間: 2012-11-4 11:21
標(biāo)題: 常見的集中濾波方法
大家在PLC編程的過程中，處理模擬量的時候，可能會用到濾波，下面介紹幾種。

數(shù)字濾波方法有很多種，每種方法有其不同的特點和使用范圍。從大的范圍可分為3類。

   1、克服大脈沖干擾的數(shù)字濾波法

               ㈠.限幅濾波法㈡.中值濾波法

   2、抑制小幅度高頻噪聲的平均濾波法



㈠．算數(shù)平均㈡．滑動平均㈢．加權(quán)滑動平均㈣一階滯后濾波法

   3、復(fù)合濾波法

（一）克服大脈沖干擾的數(shù)字濾波法：

            克服由儀器外部環(huán)境偶然因素引起的突變性擾動或儀器內(nèi)部不穩(wěn)定引起誤碼等造成的尖脈沖干擾，是儀器數(shù)據(jù)處理的第一步。通常采用簡單的非線性濾波法。

   1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）限幅濾波是通過程序判斷被測信號的變化幅度，從而消除緩變信號中的尖脈沖干擾。

   A、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(shè)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(yōu)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

D、適用范圍: 變化比較緩慢的被測量值

   2、中位值濾波法

      中位值濾波是一種典型的非線性濾波器，它運算簡單，在濾除脈沖噪聲的同時可以很好地保護(hù)信號的細(xì)節(jié)信息。

   A、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（多采用冒泡法）取中間值為本次有效值

   B、優(yōu)點：能有效克服因偶然因素引起的波動(脈沖)干擾

   C、缺點：對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜

   D、適用范圍：對溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果

（二）抑制小幅度高頻噪聲的平均濾波法

   小幅度高頻電子噪聲：電子器件熱噪聲、A/D量化噪聲等。通常采用具有低通特性的線性濾波器：算數(shù)平均濾波法、加權(quán)平均濾波法、滑動加權(quán)平均濾波法一階滯后濾波法等。

3、算術(shù)平均濾波法算術(shù)平均濾波法是對N個連續(xù)采樣值相加，然后取其算術(shù)平均值作為本次測量的濾波值。

   A、方法：連續(xù)取N個采樣值進(jìn)行算術(shù)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(yōu)點：對濾除混雜在被測信號上的隨機(jī)干擾信號非常有效。被測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

C、缺點：不易消除脈沖干擾引起的誤差。對于采樣速度較慢或要求數(shù)據(jù)更新率較高的實時系統(tǒng)，算術(shù)平均濾法無法使用的。比較浪費RAM

4、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）

   對于采樣速度較慢或要求數(shù)據(jù)更新率較高的實時系統(tǒng)，算術(shù)平均濾法無法使用的。滑動平均濾波法把N個測量數(shù)據(jù)看成一個隊列，隊列的長度固定為N，每進(jìn)行一次新的采樣，把測量結(jié)果放入隊尾，而去掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，這樣在隊列中始終有N個“最新”的數(shù)據(jù)。

A、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(jìn) 先出原則) 把隊列中的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運算,就可獲得新的濾波結(jié)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(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)

  C、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(yán)重的場合比較浪費RAM

   5、加權(quán)遞推平均濾波法

A、方法：是對遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)通常是，越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號平滑度低

B、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)

C、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(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差

   6、一階滯后濾波法一階低通數(shù)字濾波器是用軟件的方法實現(xiàn)硬件的RC濾波，以抑制干擾信號。在模擬量輸入通道中，常用一階滯后RC模擬濾波器來抑制干擾。用此種方法來實現(xiàn)對低頻干擾時，首先遇到的問題是要求濾波器有大的時間常數(shù)（時間常數(shù)=RC）和高精度的RC網(wǎng)絡(luò)。時間常數(shù)越大，要求RC值越大，其漏電流也必然增大，從而使RC網(wǎng)絡(luò)精度下降。采用一階滯后的數(shù)字濾波方法，能很好的克服這種模擬量濾波器的缺點，在濾波常數(shù)要求較大的場合，此法更適合。

      A、方法： a= T f /( T f +T) T f 為濾波時間常數(shù)。T為采樣周期本次濾波結(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果

   B、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

   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

（三）復(fù)合濾波法

         在實際應(yīng)用中，有時既要消除大幅度的脈沖干擾，有要做到數(shù)據(jù)平滑。因此常把前面介紹的兩種以上的方法結(jié)合起來使用，形成復(fù)合濾波。去極值平均濾波算法：先用中值濾波算法濾除采樣值中的脈沖性干擾，然后把剩余的各采樣值進(jìn)行平均濾波。連續(xù)采樣N次，剔除其最大值和最小值，再求余下N－2個采樣的平均值。顯然，這種方法既能抑制隨機(jī)干擾，又能濾除明顯的脈沖干擾。

   7、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾法）

         中位值平均濾波法相當(dāng)于“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法” 。

      A、方法：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(shù)平均值 N值的選取：3~14

      B、優(yōu)點：融合了兩種濾波法的優(yōu)點這種方法既能抑制隨機(jī)干擾，又能濾除明顯的脈沖干擾。

   C、缺點：測量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣比較浪費RAM

      8、限幅平均濾波法

         在脈沖干擾較嚴(yán)重的場合，如采用一般的平均值法，則干擾會平均到結(jié)果中去。限幅平均濾波法相當(dāng)于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”

         A、方法：每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理，再送入隊列進(jìn)行遞推平均濾波處理

         B、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

      C、缺點：比較浪費RAM

      D、適用范圍：緩變信號

作者: kyj20121010 時間: 2013-1-21 11:52
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