实际应用中的一种数字滤波方式

1、山东科学第13卷第1期Vol113No112000年3月Mar12000SHANDONGSCIENCE文章编号:100224026(2000)0120062203实际应用中的一种数字滤波方式纪晓(山东省科学院,)摘要:,结合实际应用中碰到的问题给出了一种新的解决方法,有效地达到了数字滤波的目的:;干扰;构造函数中图分类号:TN713文献标识码:B在实际生产过程中,通过模拟量通道采集的各种物理参数的原始数据中往往混杂了干扰噪声,干扰的来源是多方面的,抑制干扰的方法不外乎以软件和硬件两方面来考虑。本文主要从软件方面即数字滤波的方法来探讨一下抑制干扰的问题。所谓数字滤波是在计算机中用某种计算方法对输

2、入的信号进行数字处理,以便减少干扰在有用信号中的比重,提高信号的真实性。这种方法不需增加硬设备,只需在相应的采集模块编制相应的程序即可。几种常用的数字滤波方法有:1平均值滤波法此方法是对信号Y的m次测量进行算术平均作为n时刻的输出即:m() Yn=1 my(n-i),m值决定了信号平滑度和灵敏度。i=1此方法一般适用于具有周期性干扰噪声的信号,对于尖脉冲干扰的滤波效果不理想。2中值滤波法原理是将被测参数连续采样m次(m3),并按大小排序,从首尾去掉1 3个大数和小数,再将剩余的1 3个大小居中的数据进行算术平均作为本次采样的有效数据。此法对脉冲干扰信号有良好的滤波效果。3限副滤波法此法对于明显

3、不实际值进行舍序限副:y(n)yH时取y(n)=yH(上限值),第1期纪晓彤:实际应用中的一种数字滤波方式63y(n)yL时取y(n)=yLyHy(n)yL时取(下限值),y(n);限速:y(n)-y(n-1) y0时,取y(n),y(n)-y(n-1) >y0时,取y(n-1)。4惯性滤波法通过RC滤波器的传递函数:(f),Y(s) X(s)=1写出差分方程:fn-n-1) Ts+y(n)=x(n),:(Tf+Ts)=(1-a) x(n)+a y(n-1),(Tf+Ts)+Tf y(n-1) y(n)=Tx)(Tf+Ts)为滤波系数。其中:a=Tf此法适用于高频及低频的干扰信号。上述四

4、种方法分别采用应根据具体情况而定,或采用单一方法或几种方法同时采用。笔者在工程安装过程中碰到一些物理参数本身变化难以用函数描述,在采集时伴有大量干扰,干扰的特性不好判断,很难用上述方法处理,同时此类参数对采集反应时间要求不是十分苛刻,对此提出了下面一种数字滤波方法。考察采集物理量实际是对连续系统的数值进行提取工作,即有:y(n)=y(n-1)+y,对于理想对象,y(n)的值实际是对dy dt=f(t,y)的一阶微分求解过程,即:tk+1()()()=+ytk+1ytkft,y dt,tk其中:y=tk+1tkf(t,y) dt,即有:y(tk+1)=y(tk)+y。这样在采集数据时,只要考虑y

5、的取值即可。具体取值时可如下:r Yhy(tk+1)>y(tk),y(tk+1)=y(tk),y(tk+1)<y(tk),y=0-r Yh(1)其中:r为权重,Yh为满量程值或上限制,根据要求取r和Yh的值,可以得到平稳光滑的数值曲线,r和Yh代表采集数据的灵敏度和反应时间。但在实际中由于强干扰的存在,y的值并不能如此简单地取得。此时对于tk+1时刻的值不仅要考虑tk时刻的数值,还要考虑tk时刻以前的数值,通过多次数据的考察来判断采集物理量的变化趋势是否正确。为此对(1)式进行修正:64r Yh山东科学2000年y(tk+1)>y(i),y(tk+1)=a或y(tk+1)&g

6、t;b,同时y(tk+1)<c,y(tk+1)<y(i),y=0-r Yh(2)其中i为tk,tk-1,tk-m;a、b、c为y(tk-m)至y(tk)这m次采集数值中的任一值。在(1)式中只是对采集数据的变化速度进行了处理,而(2)式中对采集数据的变化趋势也进行了处理,这样对各类干扰进行了剔除,能够得到正确的采集量)式中存在三个参数量:r、Yh和m、r、Yh及m参数的值,就得到较好的数字滤波效果。y(k)=y(r Yh(+1)k)=a或y(tk+1)>b,同时y(tk+1)<c,y(tk+1)<y(i),+(3)(4)y=0-h其中i为tk、1、tk-m;a、b

7、、c为y(tk-m)至y(tk)这m次采集数值中的任一值。从上述中可以看到,此种方法不仅对周期性干扰、尖端脉冲,并且对低频高频干扰信号也有较好的抑制,只要合理选择r、Yh和m这三个参数值就能得到较理想的采集数据。因为此种方法具备了前述四种方法的功能,对于各种情况下的不合理数据都有较好的抑制,所以在实际应用中取得了较理想的滤波效果,比较适用被测对象变化缓慢的系统。(上接第49页)AnimprovementonOPS5interpretertosupportmulti-windows12ZHANGLi2qun,YANGZhan2min(11Dept1ofComputerScience,ShandongUniv1ofTechnology,Jinan250061;21Dept1ofComputerScience,ShandongUniv1,Jinan250100,China)Abstract:OPS5isanexpertsystemtool1WeimprovedOPS5interpreterinodertosupportMulti2Windows1Inth