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計算機控制系統的數字濾波方法

2015-4-3 06:58| 編輯:電工學習網| 查看: 3647| 評論: 0

摘要:   軟件濾波器與硬件模擬濾波器相比,具有如下優點:  .不需要增加硬件設備,因而系統的可靠性高,不存在阻抗匹配問題;  .一般采用模擬濾波器時,需要給每個模擬輸入通道配備一個硬件濾波器,系統造價較高, ...
  軟件濾波器與硬件模擬濾波器相比,具有如下優點:
  .不需要增加硬件設備,因而系統的可靠性高,不存在阻抗匹配問題;
  .一般采用模擬濾波器時,需要給每個模擬輸入通道配備一個硬件濾波器,系統造價較高,而數字濾器不存在這一問題;
  .截止頻率極低的模擬濾波器實現困難而且造價極高,數字濾波則很容易實現;
  .可以根據需選擇不同的濾波方法和濾波器參數,使用靈活、方便。
  當然,數字濾波器也存在缺點,如存在計算延遲、不能對信號連續濾波、由于數據采用有限字長表示而引入舍入或截斷誤差等。特別地,數字濾波不能解決連續信號中有頻率高于奈奎斯特頻率ωN的分量所引起的混淆問題,它只適用于對0~ωN的頻率段的信號進行濾波(請參見2.6節有關內容)。因此,數字濾波器不能完全取代硬件模擬濾波器,往往在模擬量信號輸入通道配置硬件濾波器,同時在軟件中采取數字濾波處理。
  下面介紹幾種常用的數字濾波方法。
  1.限幅濾波方法
  限幅濾波方法用于因隨機干擾和誤檢測或者變送器不穩定而引起采樣信號嚴重失真的場合,其基本思想是:根據生產經驗,確定相連兩次采樣輸入信號可能出現的最大變化量ε;每次采樣輸入值均與上次采樣值比較,若變化量大于ε則認為存在干擾而放棄,若變化量小于ε則認為是正常信號而留用。該方法對變化比較緩慢的輸入量如溫度、液位信號的濾波效果較好。
  2.中值濾波方法
  中值濾波方法在kT時刻進行n(一般為奇數)次連續采樣,得到采樣序列,按大小進行排序(升序或降序),最后取中間值作為在kT時刻的采樣值r(kT)送給控制程序。
  該方法對于濾除脈動性質的干擾較有效,但對快速變化的過程參數(如流量)則不宜采用。一般來說,n越大濾波效果越好,但n過大會導致采樣與濾波時間增加,故一般n取值5~9較合適。
  3.算術平均濾波方法
  類似中值濾波,算術平均濾波時,在采樣時刻kT進行n次連續采樣,得到采樣序列,并以其算術平均值作為在kT時刻的采樣值送給控制程序。
  該方法主要對壓力、流量等周期脈動的采樣值進行平滑處理,平均次數n取決于平滑度和靈敏度要求。隨著n增大,平滑度提高,而靈敏度下降,采樣、濾波時間也增加。
  4.一階滯后濾波方法
  對變化比較緩慢的參數,為提高濾波效果,一般采用一階滯后濾波方法處理,對第k次采樣值的濾波算法為
                 (1)
  其中,表示濾波值;r表示采樣值;為濾波常數;T是采樣周期。
  5.復合濾波方法
  為了進一步提高濾波效果,還可把兩種以上的濾波方法結合使用,稱為復合濾波。這里不做過多討論。

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