數(shù)字濾波方法

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯數(shù)字濾波方法 由于工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場環(huán)境特別惡劣，各種干擾源許多，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過輸入通道采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)，雖經(jīng)硬件電路的濾波處理，但仍會(huì)混有隨機(jī)干擾噪聲。因此，為了提高系統(tǒng)性能，達(dá)到精確的測量與掌握，一般狀況下還需要進(jìn)行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波，就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)采樣多次，然后用某種計(jì)算方法進(jìn)行數(shù)字處理，以減弱或?yàn)V除干擾噪聲造成的隨機(jī)誤差，從而獲得一個(gè)真實(shí)信號(hào)的過程。這種濾波方法只是依據(jù)預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序，實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波。因而牢靠性高，穩(wěn)定性好，修改濾波參數(shù)也簡單，而且一種濾波子程序可以被多個(gè)通道所共用，因而成本很低。另外，數(shù)字濾波可以對(duì)各種干擾

2、信號(hào)，甚至極低頻率的信號(hào)進(jìn)行濾波。它的不足之處是需要占用CPU的機(jī)時(shí)。總之，數(shù)字濾波與硬件濾波器相比優(yōu)點(diǎn)甚多，因此得到了普遍的應(yīng)用。常用的數(shù)字濾波方法有：平均值濾波、中值濾波、限幅濾波和慣性濾波等。一、平均值濾波平均值濾波就是對(duì)多個(gè)采樣值進(jìn)行平均算法，這是消退隨機(jī)誤差最常用的方法。詳細(xì)又可分為如下幾種。1.算術(shù)平均濾波算術(shù)平均濾波是在采樣周期T內(nèi)，對(duì)測量信號(hào)y 進(jìn)行m次采樣， 把m個(gè)采樣值相加后的算術(shù)平均值作為本次采樣的有效值。采樣次數(shù)m打算了信號(hào)的平滑度和靈敏度。提高m的值，可提高平滑度，但系統(tǒng)的靈敏度隨之降低，采樣次數(shù)m的取值隨被控對(duì)象的不同而不同。一般狀況下，流量信號(hào)可取10左右，壓力信

3、號(hào)可取4左右，溫度、成分等緩變信號(hào)可取2甚至不進(jìn)行算術(shù)平均。在編制算法程序時(shí),m一般取2、4、8等2的整數(shù)冪，以便于用移位來代替除法求得平均值。這種算法適用于存在周期性干擾的信號(hào)濾波2.去極值平均濾波算術(shù)平均濾波不能將明顯的偶然的脈沖干擾消退，只是把其平均到采樣結(jié)果中，從而降低了測量精度。去極值平均濾波是對(duì)連續(xù)采樣的m個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值與最小值，然后計(jì)算余下的m-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。在編制算法程序時(shí),為便于用移位來代替除法求得平均值，m-2應(yīng)取2、4、8等，故m取4、6、10等。這種算法適用于工業(yè)場合常常遇到的尖脈沖干擾的信號(hào)濾波。3.加權(quán)平均濾波算術(shù)平均濾波和去極值平均濾波都

4、存在平滑性和靈敏度的沖突。采樣次數(shù)太少則平滑效果差，次數(shù)太多則靈敏度下降，對(duì)測量參數(shù)的變化趨勢不敏感。為協(xié)調(diào)兩者關(guān)系，可采納加權(quán)平均濾波。加權(quán)平均濾波是對(duì)每次采樣值乘以不同的權(quán)系數(shù)，越新的數(shù)據(jù)采樣值的權(quán)重越大。全部數(shù)據(jù)的權(quán)值之和為1。這種算法能協(xié)調(diào)系統(tǒng)的平滑度和靈敏度的沖突，提高靈敏度，更適用于純滯后較大的對(duì)象。4.滑動(dòng)平均濾波前三種的平均濾波算法有一個(gè)共同點(diǎn)：即每取得一個(gè)有效采樣值必需連續(xù)進(jìn)行若干次采樣。 當(dāng)系統(tǒng)的采樣速度較慢或采樣信號(hào)變化較快時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性就無法得到保證。滑動(dòng)平均濾波是在每個(gè)采樣周期只采樣一次，將這一次采樣值和過去的若干次采樣值一起求平均，所得結(jié)果即為有效采樣值?；瑒?dòng)平均

5、濾波算法的最大優(yōu)勢就是實(shí)時(shí)性好，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。二、中值濾波中值濾波是將信號(hào)y的連續(xù)m次采樣值按大小進(jìn)行排序，取其中間值作為本次的有效采樣值。本算法為取中值，故采樣次數(shù)m應(yīng)為奇數(shù)，一般35次即可。編制中值濾波的算法程序，首先把m個(gè)采樣值從小到大（或從大到?。┻M(jìn)行排隊(duì)，這可采納幾種常規(guī)的排序算法如冒泡算法，然后再取中間值。中值濾波對(duì)緩變過程中的偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效，而對(duì)快速變化過程（如流量）的信號(hào)采樣則不適用。三、限幅濾波閱歷說明，生產(chǎn)過程中很多物理量的變化需要肯定的時(shí)間，因此相鄰兩次采樣值之間的變化幅度應(yīng)在肯定的限度之內(nèi)。限幅濾波就是把兩次相

6、鄰的采樣值相減，求其增量的肯定值，再與兩次采樣所允許的最大差值Y進(jìn)行比較，假如小于或等于Y，表示本次采樣值y(k)是真實(shí)的，則取y(k)為有效采樣值；反之，y(k)是不真實(shí)的，則取上次采樣值y(k1)作為本次有效采樣值。當(dāng)|y(k)y(k1)|Y時(shí)，則取y(k)=(k)當(dāng)|y(k)y(k1)|Y時(shí)，則取y(k)=y(k-1)式中：y(k)t=kT時(shí)的采樣值；y(K-1) t=(k-1)T時(shí)的采樣值；Y相鄰兩次采樣值所允許的最大偏差，其大小取決于掌握系統(tǒng)采樣周期T和信號(hào)Y的正常變化率。限幅濾波對(duì)隨機(jī)干擾或采樣器不穩(wěn)定引起的失真有良好的濾波效果。以上爭論了幾種數(shù)字濾波方法，各有其特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，畢竟采納不采納、以及采納哪一種數(shù)字濾波，都應(yīng)視詳細(xì)狀況而定。