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數字濾波技術

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1名詞解釋

數字濾波技術是指在軟體中對採集到的數據進行電磁兼容消除干擾的處理。一般來說,除了在硬體中對信號採取抗干擾措施之外,還要在軟體中進行數字濾波的處理,以進一步消除附加在數據中的各式各樣的干擾,使採集到的數據能夠真實的反映現場的工藝實際情況。這裡介紹介紹的是可以用於工控軟體中的一般的數字濾波技術,能夠滿足一般的數據處理需要,更為複雜得數字濾波這裡不作進一步的介紹。

2分類

1.死區處理
從工業現場採集到的信號往往會在一定的範圍內不斷的波動,或者說有頻率較高、能量不大的干擾疊加在信號上,這種情況往往出現在應用共控板卡的場合,此時採集到的數據有效值的最後一位不停的波動,難以穩定。這種情況可以採取死區處理,把波停波動的值進行死區處理,只有當變化超出某值時才認為該值發生了變化。比如編程時可以先對數據除以10,然後取整,去掉波動項。
2.算術平均值法
公式為YK =(X1+X2+X3+…+XN)/N,在一個周期內的不同時間點取樣,然後求其平均值,這種方法可以有效的消除周期性的干擾。同樣,這種方法還可以推廣成為連續幾個周期進行平均。
3.中值濾波法
這種方法的原理是將採集到的若干個周期的變數值進行排序,然後取排好順序的值得中間的值,這種方法可以有效的防止受到突發性脈衝干擾的數據進入。在實際使用時,排序的周期的數量要選擇適當,如果選擇過小,可能起不到去除干擾的作用,選擇的數量過大,會造成採樣數據的時延過大,造成系統性能變差。
4.低通濾波法
公式為YK =QXK+(1-Q)YK-1 截止頻率為f=K/2πT。這種濾波方式相當於使採集到的數據通過一次低通濾波器。來自線現場的的往往是4---20mA信號,它的變化一般比較緩慢,而干擾一般帶有突發性的特點,變化頻率較高,而低通濾波器就可以濾除這種干擾,這就是低通濾波的原理。實際使用時要選擇合理的Q值,過高過低都不能達到目的。
5.滑動濾波法
滑動濾波法是從一階低通濾波法推廣過來的,原理是信號不會出現突變,這種方法也有其局限性,所有的信號的突變都看作干擾。但這種方式可以應用在一些比較特殊的場合,使用時相應的數據處理過程也要做變化,比如PID的參數。滑動濾波法的公式是:Yn=Q1Xn+Q2Xn-1+Q3Xn-2,其中Q1 + Q2+ Q3 =1且Q1 >Q2> Q3。

3總結

在實際使用時,可能不僅僅使用一種方法,而是綜合運用上述的方法,比如在中值濾波法中,加入平均值濾波,藉以提高濾波的性能。總而言之,要根據現場的情況,靈活選用。
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