微型计算机控制技术教案1719

1、第七单元（第七单元（1） 佟春生佟春生 2010年年11月月09日（星期二）日（星期二） am8:009:50存在外部干扰存在外部干扰采样系统多次转换信号会掺杂噪声采样系统多次转换信号会掺杂噪声直接测得数据可能不可用直接测得数据可能不可用在计算机中利用某种计算方法对原始输入数据进行数学处理，去在计算机中利用某种计算方法对原始输入数据进行数学处理，去掉原始数据中掺杂的噪声数据，提高信号的真实性，获得最具有掉原始数据中掺杂的噪声数据，提高信号的真实性，获得最具有代表性的数据集合。代表性的数据集合。通过数字滤波得到比较真实的被测参数，有时不能直接使用，还通过数字滤波得到比较真实的被测参数，有时不能直

2、接使用，还需要做某些处理，如线性化、校正运算、标度变换等。需要做某些处理，如线性化、校正运算、标度变换等。 数据处理数据处理离不开数值计算，而最基本的数值计算就是四则离不开数值计算，而最基本的数值计算就是四则运算。运算。 由于控制系统中遇到的现场环境不同，采集的数据种类与由于控制系统中遇到的现场环境不同，采集的数据种类与数值范围不同，精度要求也不一样，各种数据的输入方法数值范围不同，精度要求也不一样，各种数据的输入方法及表示也各不相同。及表示也各不相同。 为了满足不同系统的需要，设计出了许许多多有效的数据为了满足不同系统的需要，设计出了许许多多有效的数据处理技术方法，如处理技术方法，如预处理、

3、预处理、数字滤波、数字滤波、标度变换、查表和标度变换、查表和越限报警越限报警等。等。数字滤波技术数字滤波技术 滤波滤波: 就是从所要测量的信号中除去就是从所要测量的信号中除去干扰信号干扰信号的过程。的过程。 数字滤波数字滤波: 它是利用一定的计算程序减少干扰在有用信号它是利用一定的计算程序减少干扰在有用信号中的比重，消除随机误差，同时对信号进行必要的中的比重，消除随机误差，同时对信号进行必要的平滑处理，以保证系统的正常运行，所以是一种平滑处理，以保证系统的正常运行，所以是一种程程序滤波序滤波或或软件滤波软件滤波 。数字滤波技术数字滤波技术数字滤波的优点：数字滤波的优点： （1）数字滤波是用程序

4、实现的，不需要增加硬件设备，）数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬件设备， 可以多个通道可以多个通道“共用共用”一个滤波程序，各回路间不存一个滤波程序，各回路间不存 在阻抗匹配等问题。而且可靠性高、稳定性好、还在阻抗匹配等问题。而且可靠性高、稳定性好、还 可以节约投资；可以节约投资； （2）数字滤波能对频率很低的信号（如）数字滤波能对频率很低的信号（如0.01Hz）实现滤）实现滤 波，而模拟滤波时，则受电容容量限制而无法实现；波，而模拟滤波时，则受电容容量限制而无法实现； （3）要改变滤波方法只需修改滤波程序，因而灵活方便。）要改变滤波方法只需修改滤波程序，因而灵活方便。 数字滤波技术数字滤波

5、技术 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法( (非线性法）非线性法） 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 复合滤波复合滤波1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法(非线性法）非线性法） 克服由系统外部环境偶然因素引起的突变性扰克服由系统外部环境偶然因素引起的突变性扰动或系统内部不稳定引起误码等造成的尖脉冲动或系统内部不稳定引起误码等造成的尖脉冲干扰，通常采用简单的干扰，通常采用简单的非线性滤波法非线性滤波法。 滤除脉冲干扰是系统数据处理的第一步滤除脉冲干扰是系统数据处理的第一步1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法

6、 基本思路：基本思路： 根据现场经验或生产工艺机理的分析，确根据现场经验或生产工艺机理的分析，确定出两次采样输入信号之间可能出现的最大偏定出两次采样输入信号之间可能出现的最大偏差差X。 若超过若超过X，则表明该次输入信号受到严重，则表明该次输入信号受到严重干扰，应该去掉；反之，该次采样信号有效。干扰，应该去掉；反之，该次采样信号有效。1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 根据处理方法不同，可分为两种根据处理方法不同，可分为两种 ：限幅滤波限幅滤波 算法算式算法算式 ： 算式的含义：算式的含义： 若本次采样值若本次采样值 与上次采样值与上次采样值 之差绝对值小于等于之差绝对

7、值小于等于最大允许偏差最大允许偏差 ，则取本次采样值为滤波器输出，否则认为是干，则取本次采样值为滤波器输出，否则认为是干扰造成的，把上次采样值扰造成的，把上次采样值 作为本次滤波器输出。作为本次滤波器输出。)2() 1(2) 1()(,) 1() 1()(,)()(kxkxXkxkxkxXkxkxkxky或X) 1( kx)(kx) 1( kx1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 限速滤波：限速滤波： 三次采样值三次采样值 算法算式算法算式 ： ，是指本次采样值与上次采样值之差；，是指本次采样值与上次采样值之差； ，重新采样后的采样值与本次采样值之差，重新采样后的采样值与

8、本次采样值之差 。 算式的含义：算式的含义： 若若 ，则本次采样，则本次采样 有效，取有效，取 为滤波器输出；否则再重新采为滤波器输出；否则再重新采样一次，得到新采样值样一次，得到新采样值 ，若，若 ，则表明，则表明 值接近值接近 ，则用则用 作为滤波器输出，否则，就以作为滤波器输出，否则，就以 作为滤波器输出。作为滤波器输出。)(kxXkxXkxkxkxXkxXkxkxXkxkxky) 1()(,2/)1()() 1()(,) 1()(,)()(且且) 1()()(kxkxkx)() 1() 1(kxkxkxXkx)(Xkx) 1(2/)1()(kxkx)(kx) 1( kx)(kx) 1(

9、 kx) 1( kx1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 是相邻两个采样值的最大允许增量，其数值可根据是相邻两个采样值的最大允许增量，其数值可根据 的的最大变化速率最大变化速率 及采样间隔及采样间隔 确定，即确定，即 实现本算法的关键是设定被测参量相邻两次采样值的最大实现本算法的关键是设定被测参量相邻两次采样值的最大允许误差允许误差 。要求准确估计。要求准确估计 和采样间隔和采样间隔 。 适用于：适用于： 变化较慢的参数，对抑制带有随机性的干扰较有效。变化较慢的参数，对抑制带有随机性的干扰较有效。 注意：注意： 该滤波方法的关键在于最大允许偏差该滤波方法的关键在于最大允许

10、偏差 的确定，往往的确定，往往需经大量的观测和实验才能确定。需经大量的观测和实验才能确定。 yXXXmaxVmaxVsTVXmaxsTXsT1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 基本思路：基本思路： 对某一个被测参数连续采样对某一个被测参数连续采样n次（次（n为奇数，且一般取为奇数，且一般取39），然后），然后按大小顺序排列，从中选取一个大小居中的采样值作为滤波的输出。按大小顺序排列，从中选取一个大小居中的采样值作为滤波的输出。 算法算式算法算式 ：若：若n=3时，则时，则 适用于：适用于： 滤去由于偶然因素引起的波动或由采样开关或滤去由于偶然因素引起的波动或由采样开关或

11、A/D转换器等工作不转换器等工作不稳定造成的误码所引起的脉冲干扰。对变化缓慢的被测参数，如温度、稳定造成的误码所引起的脉冲干扰。对变化缓慢的被测参数，如温度、液位、成分等，能收到很好的滤波效果。液位、成分等，能收到很好的滤波效果。 ),(23nininiixxxMediany1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法1.3 基于拉依达准则的奇异数据滤波法基于拉依达准则的奇异数据滤波法（剔除粗大误差）拉依达准则（剔除粗大误差）拉依达准则(3准则准则) ： 当测量次数当测量次数N足够多且测量服从正态分布时，足够多且测量服从正态分布时，在各次测量值中，若某次测量值在各次测量值中，若某

12、次测量值X i 所对应的剩余所对应的剩余误差误差Vi3，则认为该，则认为该X i 为坏值，予以剔除。为坏值，予以剔除。1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 基于拉依达准则的奇异数据滤波法基于拉依达准则的奇异数据滤波法拉依达准则法实施步骤拉依达准则法实施步骤（1）求）求N次测量值次测量值X 1至至X N的算术平均值的算术平均值 （2）求各项的剩余误差）求各项的剩余误差V i （3）计算标准偏差）计算标准偏差 （4）判断并剔除奇异项）判断并剔除奇异项V i3，则认为该，则认为该X i为坏值，予以剔除。为坏值，予以剔除。依据拉依达准则净化数据的局限性依据拉依达准则净化数据的局限

13、性（1）该准则在样本值少于）该准则在样本值少于10个时不能判别任何奇异数据；个时不能判别任何奇异数据；（2）3准则是建立在正态分布的等精度重复测量基础上，而造成奇准则是建立在正态分布的等精度重复测量基础上，而造成奇 异数据的干扰或噪声难以满足正态分布。异数据的干扰或噪声难以满足正态分布。1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法1.4 基于中值数绝对偏差的决策滤波法基于中值数绝对偏差的决策滤波法 中值绝对偏差估计的决策滤波器能够判别出奇异数中值绝对偏差估计的决策滤波器能够判别出奇异数据，并以有效性的数值来取代。据，并以有效性的数值来取代。采用一个移动窗口：采用一个移动窗口： 利

14、用利用m个数据来确定的有效性。如果滤波器判定该数个数据来确定的有效性。如果滤波器判定该数据有效，则输出，否则，如果判定该数据为奇异数据，用据有效，则输出，否则，如果判定该数据为奇异数据，用中值来取代。中值来取代。 )(,),(),(110kxkxkxm1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 基于中值数绝对偏差的决策滤波法基于中值数绝对偏差的决策滤波法确定当前数据有效性的判别准则确定当前数据有效性的判别准则用中值绝对偏差构造一个尺度序列，设用中值绝对偏差构造一个尺度序列，设 中值为中值为Z，则则给出了每个数据点偏离参照值的尺度。令给出了每个数据点偏离参照值的尺度。令d(k)的

15、中值为的中值为D，著名的统计学家著名的统计学家FR.Hampel提出并证明了中值数绝对偏提出并证明了中值数绝对偏差差 ， 可以代替标准偏差可以代替标准偏差。对。对3法法则的这一修正有时称为则的这一修正有时称为“Hampel标识符标识符”。)(kxizkxzkxzkxkdm)(,)(,)()(110DMAD4826. 1MAD1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 基于中值数绝对偏差的决策滤波法基于中值数绝对偏差的决策滤波法 实现基于实现基于L*MAD准则的滤波算法准则的滤波算法建立移动数据窗口建立移动数据窗口计算出窗口序列的中值计算出窗口序列的中值Z（排序法）（排序法）计算

16、尺度序列的中值计算尺度序列的中值d（排序法）（排序法）令令 计算计算如果如果 则，则， ； 否则否则)(,),(),()(,),(),(110110kxkxkxkwkwkwmmMADdQ4826. 1zkxqm)(QLq)()(kxkymmzkym)(1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 基于中值数绝对偏差的决策滤波法基于中值数绝对偏差的决策滤波法 可以用窗口宽度可以用窗口宽度 m和门限和门限L这两个参数调整滤波器的特性。这两个参数调整滤波器的特性。m影响滤波器的总一致性，影响滤波器的总一致性，m值至少为值至少为7。门限参数。门限参数L直接直接决定滤波器主动进取程度，决定

17、滤波器主动进取程度，L值增大，将值增大，将 判定为奇异判定为奇异数据并用值中取代的可能性减少。当数据并用值中取代的可能性减少。当L0时，滤波器始终时，滤波器始终是确定的，是确定的， 满足不了选择判据满足不了选择判据 ，对所有，对所有m值，值， 还原成了中值滤波器。还原成了中值滤波器。 本非线性滤波器具有比例不变性、因果性、算法快捷等特本非线性滤波器具有比例不变性、因果性、算法快捷等特点，实时地完成数据净化。点，实时地完成数据净化。 )(kxm)(kxmQLqzkym)(1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 1.5 NI 中值滤波法中值滤波法 （美国国家仪器公司 ，简称 N

18、I 公司 ) 传统的中位值滤波法是把连续采样的传统的中位值滤波法是把连续采样的 N ( N 取奇数取奇数 ) 个采样值按大小排列个采样值按大小排列 , 取其中间值为本次有效值取其中间值为本次有效值 , 显然对显然对于要求滤波前后数据数目一致的系统来说是行不通的于要求滤波前后数据数目一致的系统来说是行不通的 。 而而 NI 中值滤波法可以弥补它的不足中值滤波法可以弥补它的不足 , 其方法是：其方法是： 对连续采样序列对连续采样序列 中的每个采样值进行修正。中的每个采样值进行修正。 第第 i 个采样值用以其为中心、以个采样值用以其为中心、以 为阶数的相邻为阶数的相邻 2 r +1 个数的中值来代替

19、个数的中值来代替 , 即将这即将这 2 r +1 个采样值按大小排个采样值按大小排队队 , 取中间值为第取中间值为第 i 次采样值。次采样值。 )(nx)0(nrr1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法 NI 中值滤波法中值滤波法 算法：算法： 代表输出序列，代表输出序列，J i 代表输入序列代表输入序列 中以中以 为中心、相邻为中心、相邻 2 r +1 个数的一个子集。个数的一个子集。 则则其中：当其中：当 时，元素时，元素 ； 时，时， 。 实际应用中阶数实际应用中阶数 r 取值介于取值介于 滤波效果较好。滤波效果较好。 中值滤波能有效中值滤波能有效地克服因偶然因素引起

20、的波动或采样器不稳定引起的误码等造成的脉冲干扰地克服因偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等造成的脉冲干扰 , 平滑度很好。平滑度很好。 对于温度、液位等缓慢变化的被测参数采用此法能收到良好的对于温度、液位等缓慢变化的被测参数采用此法能收到良好的效果效果 , 但对于流量、速度等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波算法。但对于流量、速度等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波算法。 )(ny)(nxix)(iiJMediany ririiiiririixxxxxxxJ,11111, 2 , 1 , 0ni( 即子集按大小排队后取其中值即子集按大小排队后取其中值 ) 0ri0rix1nri0r

21、ix3/4/nn1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法1.6 Median Mean Filtering（中位值平均滤波法）（中位值平均滤波法） 基本思路基本思路: N个采样数据里个采样数据里,对每对每3个相邻的数据进行一次中个相邻的数据进行一次中值运算，相当于每值运算，相当于每 3 个相邻的数据进行一次中位值滤波个相邻的数据进行一次中位值滤波 , 然后对滤波后的然后对滤波后的 个数据进行算术平均滤波。个数据进行算术平均滤波。 显然显然 , 为了程序不出现异常这里要求为了程序不出现异常这里要求 N 为为 3 的整数倍。的整数倍。 算法：算法： 3/N),(1113jjjij

22、ixxxMediany3/ ) 1( , 2 , 1ni),()(11133/)1(13/)1(1jjjijniniixxxMedianykymkky, 2, 1)(代表输出序列代表输出序列 1111654321,nnnjjjxxxxxxxxxxxx为偶数nnN,11. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法1.7 消抖滤波法消抖滤波法基本思路基本思路： 设置一个滤波计数器将每次采样值与当前有效值比较：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，则计数器清零 如果采样值如果采样值当前有效值，则计数器当前有效值，则计数器

23、+1， 并判断计数器是否并判断计数器是否=上限上限N(溢出溢出) 如果计数器溢出，则将本次值替换当前有效值，如果计数器溢出，则将本次值替换当前有效值， 并清计数器。并清计数器。优点：优点： 对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，可避免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关跳动或显示器上数值抖动缺点：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。样到的值恰好是干扰值，则会将干扰值当作有效值导入系

24、统。1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法1.8 限幅消抖滤波法限幅消抖滤波法 基本思路基本思路： 相当于相当于“限幅滤波法限幅滤波法”+“消抖滤波法消抖滤波法”， 先限幅，后消抖。先限幅，后消抖。 优点：优点： 继承了继承了“限幅限幅”和和“消抖消抖”的优点；的优点； 改进了改进了“消抖滤波法消抖滤波法”中的某些缺陷，避中的某些缺陷，避 免将干扰值导入系统。免将干扰值导入系统。1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法克服大脉冲干扰的数字滤波法1.9 概率忽略法概率忽略法 利用概率论的概念利用概率论的概念 ，当我们对采样点，当我们对采样点扫描一次扫描一次时，时，该点出现该点出现干扰

25、的机率为干扰的机率为 50%，而，而扫描两次扫描两次时干扰机率时干扰机率则变为则变为 25%，依次类推，当，依次类推，当扫描扫描 N 次次时，时， 随机干扰出随机干扰出现的可能性是现的可能性是 。 我们就可以根据实际信号的特点设置适当的扫描我们就可以根据实际信号的特点设置适当的扫描次数次数 N，达到忽略随机干扰的目的，达到忽略随机干扰的目的 。n2/12. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 小幅度高频电子噪声：电子器件热噪声、小幅度高频电子噪声：电子器件热噪声、A/D量化噪声等。量化噪声等。 通常采用具有低通特性的线性滤波：通常采用具有低通特性的线性滤波： 算数平均

26、滤波法算数平均滤波法 加权平均滤波法加权平均滤波法 滑动加权平均滤波法滑动加权平均滤波法 2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 基本思路：基本思路： 连续采样连续采样n次，把次，把n次采样的算术平均值作为本采样时次采样的算术平均值作为本采样时刻刻t=kT时滤波器的输出。时滤波器的输出。 算法算式算法算式 ： 式中式中: y(k) 第第kT采样时刻滤波器的输出；采样时刻滤波器的输出； x(k-i) 第第i 次采样次采样; n 总的采样次数。总的采样次数。n，平滑度，平滑度， 灵敏度灵敏度。 一般对于流量一般对于流量n=12， 压力压力n=4，温度成分，温度成分n可取

27、更小。可取更小。 10)(21)(niikxky2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 适用于适用于 抑制具有周期性干扰信号的变化快的参数，如抑制具有周期性干扰信号的变化快的参数，如流量、压力，其值总在某一数值范围内波动，即周流量、压力，其值总在某一数值范围内波动，即周期性脉动信号。期性脉动信号。 对于采样速度较慢或要求数据更新率较高的对于采样速度较慢或要求数据更新率较高的系统，算术平均滤法无法使用。系统，算术平均滤法无法使用。2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法2.2 限幅平均滤波法限幅平均滤波法 基本思路基本思路： 相当于相当于“限

28、幅滤波法限幅滤波法”+“递推平均滤波法递推平均滤波法”，每次采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滤波处理。 优点：优点： 融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性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。干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。 缺点：缺点： 比较浪费比较浪费RAM2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法基本思路：基本思路： 算术平均滤波中，算术平均滤波中，n次采样值在输出结果中所占比重是相同的，次采样值在输出结果中所占

29、比重是相同的，即每次采样均具有相同的加权因子，用这样的滤波算法，对于时变即每次采样均具有相同的加权因子，用这样的滤波算法，对于时变信号会产生滞后，且信号会产生滞后，且n越大，滞后越严重。所以为了增加新采样数越大，滞后越严重。所以为了增加新采样数据在结果中的比重，一般对越新的采样值，其权值越大据在结果中的比重，一般对越新的采样值，其权值越大 。 算法：算法： 其中其中 为加权系数，为常数，且满足以下条件：为加权系数，为常数，且满足以下条件： 适用于：适用于：较大纯滞后时间常数较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。的对象和采样周期较短的系统。10)()(niiikxaky110,naaa1

30、110naaa110naaa2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法2.4 递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）基本思路基本思路：把连续取把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为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。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数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据 (先进先出原则先进先出原则)。把队列中的。把队列中的N个个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。其数学表达式为其数学表达式为 10_1Niinnyn

31、yny_iny式中，式中， 第第n 个采样值经滤波后的输出；个采样值经滤波后的输出； 1, 1,Nnnn N 递推平均项数。递推平均项数。 即第即第n次采样的次采样的N项递推平均值是项递推平均值是 次采样值的算术平均，与算术平均法相似。次采样值的算术平均，与算术平均法相似。未经滤波的第未经滤波的第n-I次采样值；次采样值；2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 递推平均滤波法递推平均滤波法 递推平均滤波法对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度递推平均滤波法对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低；但对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用差，高，灵敏度低；但对偶然出现

32、的脉冲性干扰的抑制作用差，不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，因此它不适不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，因此它不适用于用于 脉冲干扰比较严重的场合，而适用于高频振荡的系脉冲干扰比较严重的场合，而适用于高频振荡的系统。通过观察不同统。通过观察不同N值下递推平均的输出响应来选取值下递推平均的输出响应来选取N值，值，以便既少占用计算机时间，又能达到最好的滤波效果。其以便既少占用计算机时间，又能达到最好的滤波效果。其工程经验值如下：工程经验值如下：参数参数流量流量压力压力液面液面温度温度N值值124412142. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法2.5加权递推平

33、均滤波法加权递推平均滤波法基本思路基本思路： 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，越接近现时刻的数据，权取得越大。给予新采样值的权系数越大，则通常是，越接近现时刻的数据，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。灵敏度越高，但信号平滑度越低。算法算法： ny_iny式中：式中： 第第n 个采样值经滤波后的输出；个采样值经滤波后的输出； 未经滤波的第未经滤波的第n-I次采样值；次采样值；inNiinyny101i N 递推平均项数。递推平均项数。 即第即第n次采样的次采样的N项递推平

34、均值是项递推平均值是 次采样值的算术平均，与算术平均法相似。次采样值的算术平均，与算术平均法相似。1, 1,Nnnn1, 1010Niii2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 加权递推平均滤波法加权递推平均滤波法 优点：优点： 适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较 短的系统短的系统 缺点：缺点： 对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓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。度，滤波效果差。用软件实

35、现用软件实现RC RC 低通滤波器功能低通滤波器功能, , 动态方程为动态方程为 其中其中 ，称为滤波时间常数，称为滤波时间常数2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 基本思路：动态滤波方法，如一阶惯性方法，该方法是基本思路：动态滤波方法，如一阶惯性方法，该方法是根据硬件根据硬件RC RC 低通滤波的特性而确定的一种数字滤波算法。低通滤波的特性而确定的一种数字滤波算法。xydtdyTfRCTf2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 一阶惯性滤波算法为（一阶惯性滤波算法为（离散化后动态方程，离散化后动态方程， 为采样周期）为采样周期）ny1

36、_)1 (nnnyayayny1nynya= =未经滤波的第未经滤波的第n n次采样值次采样值= =上次滤波输出值上次滤波输出值= =本次滤波输出值本次滤波输出值 常用常用2 2的负幂次方，这样计算的负幂次方，这样计算 只要把只要把 向右移若干位即可，向右移若干位即可， 可加快计算速度。可加快计算速度。 由实验确定，只要使被检测的信号不产生明显的纹波即可。由实验确定，只要使被检测的信号不产生明显的纹波即可。 , , 称为滤波系数。称为滤波系数。)/(TTTaffT10a2. 抑制小幅度高频噪声的平均滤波法抑制小幅度高频噪声的平均滤波法 一阶惯性滤波算法对周期性干扰具有良好的抑制作用，适一阶惯性滤波算法对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频繁的参数滤波。用于波动频繁的参数滤波。 其不足之处是带来了相位滞后，灵敏度低。滞后的程度取其不足之处是带来了相位滞后，灵敏度低。滞后的程度取决于决于a a值的大小。值的大小。 它不能滤除频率高于采样频率二分之一它不能滤除频率高于采样频率二分之一( (称为奈奎斯特频称为奈奎斯特频率率) )的干扰信号。的干扰信号。 例如：采样频率为例如：采样频率为100Hz100Hz，则它不能滤去，则它不能滤去50Hz50Hz以上的以上的 干扰信号。对于高于奈奎斯特频率的干扰信干扰信号。对于高于奈奎斯特频率的干扰信 号，应该采用模拟滤