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计算机控制系统的数字滤波方法

2015-4-3 06:58| 发布者: admin| 查看: 2081| 评论: 0

摘要:   软件滤波器与硬件模拟滤波器相比,具有如下优点:  .不需要增加硬件设备,因而系统的可靠性高,不存在阻抗匹配问题;  .一般采用模拟滤波器时,需要给每个模拟输入通道配备一个硬件滤波器,系统造价较高, ...
  软件滤波器与硬件模拟滤波器相比,具有如下优点:
  .不需要增加硬件设备,因而系统的可靠性高,不存在阻抗匹配问题;
  .一般采用模拟滤波器时,需要给每个模拟输入通道配备一个硬件滤波器,系统造价较高,而数字滤器不存在这一问题;
  .截止频率极低的模拟滤波器实现困难而且造价极高,数字滤波则很容易实现;
  .可以根据需选择不同的滤波方法和滤波器参数,使用灵活、方便。
  当然,数字滤波器也存在缺点,如存在计算延迟、不能对信号连续滤波、由于数据采用有限字长表示而引入舍入或截断误差等。特别地,数字滤波不能解决连续信号中有频率高于奈奎斯特频率ωN的分量所引起的混淆问题,它只适用于对0~ωN的频率段的信号进行滤波(请参见2.6节有关内容)。因此,数字滤波器不能完全取代硬件模拟滤波器,往往在模拟量信号输入通道配置硬件滤波器,同时在软件中采取数字滤波处理。
  下面介绍几种常用的数字滤波方法。
  1.限幅滤波方法
  限幅滤波方法用于因随机干扰和误检测或者变送器不稳定而引起采样信号严重失真的场合,其基本思想是:根据生产经验,确定相连两次采样输入信号可能出现的最大变化量ε;每次采样输入值均与上次采样值比较,若变化量大于ε则认为存在干扰而放弃,若变化量小于ε则认为是正常信号而留用。该方法对变化比较缓慢的输入量如温度、液位信号的滤波效果较好。
  2.中值滤波方法
  中值滤波方法在kT时刻进行n(一般为奇数)次连续采样,得到采样序列,按大小进行排序(升序或降序),最后取中间值作为在kT时刻的采样值r(kT)送给控制程序。
  该方法对于滤除脉动性质的干扰较有效,但对快速变化的过程参数(如流量)则不宜采用。一般来说,n越大滤波效果越好,但n过大会导致采样与滤波时间增加,故一般n取值5~9较合适。
  3.算术平均滤波方法
  类似中值滤波,算术平均滤波时,在采样时刻kT进行n次连续采样,得到采样序列,并以其算术平均值作为在kT时刻的采样值送给控制程序。
  该方法主要对压力、流量等周期脉动的采样值进行平滑处理,平均次数n取决于平滑度和灵敏度要求。随着n增大,平滑度提高,而灵敏度下降,采样、滤波时间也增加。
  4.一阶滞后滤波方法
  对变化比较缓慢的参数,为提高滤波效果,一般采用一阶滞后滤波方法处理,对第k次采样值的滤波算法为
                 (1)
  其中,表示滤波值;r表示采样值;为滤波常数;T是采样周期。
  5.复合滤波方法
  为了进一步提高滤波效果,还可把两种以上的滤波方法结合使用,称为复合滤波。这里不做过多讨论。

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