软件滤波是一种通过软件算法来识别和滤除信号中的干扰成分,从而提取有用信息的方法。以下是一些常用的软件滤波方法及其实现:
限幅滤波法
方法:根据经验判断确定两次采样允许的最大偏差值(设为A),每次检测到新值时,如果本次值与上次值之差大于A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值。
优点:能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
缺点:无法抑制周期性干扰,平滑度差。
中位值滤波法
方法:连续采样N次(N取奇数),把N次采样值按大小排列,取中间值为本次有效值。
优点:能有效克服因偶然因素引起的波动干扰,对温度、液位等变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。
缺点:对流量、速度等快速变化的参数不宜。
算术平均滤波法
方法:连续取N个采样值进行算术平均运算,N值较大时信号平滑度较高,但灵敏度较低;N值较小时信号平滑度较低,但灵敏度较高。
优点:适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波,信号在某一数值范围附近上下波动。
缺点:对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用,比较浪费RAM。
递推平均滤波法
方法:把连续取N个采样值看成一个队列,队列的长度固定为N,每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据,然后对队列中的N个数据进行算术平均运算。
优点:对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高,适用于高频振荡的系统。
缺点:灵敏度低,对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差,不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差,不适用于脉冲干扰比较严重的场合,比较浪费RAM。
中位值平均滤波法
方法:相当于中位值滤波法+算术平均滤波法,连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值,然后计算N-2个数据的算术平均值。
优点:融合了两种滤波法的优点,对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。
缺点:测量速度较慢,比较浪费RAM。
限幅平均滤波法
方法:相当于限幅滤波法+递推平均滤波法,每次采样到的新数据先进行限幅处理,再送入队列进行递推平均滤波处理。
优点:融合了两种滤波法的优点,对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。
缺点:比较浪费RAM。
一阶滞后滤波法
方法:取a=0~1,本次滤波结果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果。
优点:对周期性干扰具有良好的抑制作用,适用于波动频率较高的场合。
缺点:相位滞后,灵敏度低,滞后程度取决于a值大小,不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。
加权递推平均滤波法
方法:对递推平均滤波法进行改进,即不同时刻的数据加以不同的权,越接近现时刻的数据,权取得越大。
优点:适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。
缺点:对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差。
消抖滤波法
方法:设置一个滤波计数器,将每次采样值与当前有效值比较,如果采样值等于当前有效值,则计数器清零;如果采样值不等于当前有效值,则计数器+1,并判断计数器是否大于等于上限N,如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器。
优点:对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动。
缺点:对于