几种软件滤波算法的比较

第1种方法限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
A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）
每次检测到新值时判断：
如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值
B优点
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
C缺点
无法抑制那种周期性的干扰
平滑度差


第2种方法中位值滤波法
A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
B优点
能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
C缺点
对流量、速度等快速变化的参数不宜


第3种方法算术平均滤波法
A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
N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4
B优点
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动
C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


第4种方法递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
A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.(先进先出原则)
把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果
N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4
B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

C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


第5种方法中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
A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
N值的选取：3~14
B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
C缺点
测量速度较慢，和算术平均滤波法一样
比较浪费RAM


第6种方法限幅平均滤波法
A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
B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
C缺点
比较浪费RAM

第7 种方法一阶滞后滤波法
A 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
B 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
C 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


第8 种方法加权递推平均滤波法
A 方法
是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权
通常是，越接近现时刻的资料，权取得越大
给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低
B 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
C 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


第9 种方法消抖滤波法
A 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＝当前有效值，则计数器清零
如果采样值 <> 当前有效值，则计数器 +1 ，并判断计数器是否 >= 上限 N( 溢出 )
如果计数器溢出 , 则将本次值替换当前有效值 , 并清计数器
B 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
C 缺点
对于快速变化的参数不宜
如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值 , 则会将干扰值当作有效值导入系统


第10 种方法限幅消抖滤波法
A 方法
相当于 “ 限幅滤波法 ”+“ 消抖滤波法 ”
先限幅 后消抖
B 优点
继承了 “ 限幅 ” 和 “ 消抖 ” 的优点
改进了 “ 消抖滤波法 ” 中的某些缺陷 , 避免将干扰值导入系统
C 缺点
对于快速变化的参数不宜


第11种方法 IIR 数字滤波器

A 方法
确定信号带宽，
滤之。
Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + ... + bk*X(n-k)
B 优点
高通，低通，带通，带阻任意。设计简单 ( 用 matlab ）
C 缺点
运算量大