1、山東科學第13卷第1期Vol113No112000年3月Mar12000SHANDONGSCIENCE文章編號:100224026(2000)0120062203實際應用中的一種數字濾波方式紀曉(山東省科學院,)摘要:,結合實際應用中碰到的問題給出了一種新的解決方法,有效地達到了數字濾波的目的:;干擾;構造函數中圖分類號:TN713文獻標識碼:B在實際生產過程中,通過模擬量通道采集的各種物理參數的原始數據中往往混雜了干擾噪聲,干擾的來源是多方面的,抑制干擾的方法不外乎以軟件和硬件兩方面來考慮。本文主要從軟件方面即數字濾波的方法來探討一下抑制干擾的問題。所謂數字濾波是在計算機中用某種計算方法對輸

2、入的信號進行數字處理,以便減少干擾在有用信號中的比重,提高信號的真實性。這種方法不需增加硬設備,只需在相應的采集模塊編制相應的程序即可。幾種常用的數字濾波方法有:1平均值濾波法此方法是對信號Y的m次測量進行算術平均作為n時刻的輸出即:m() Yn=1 my(n-i),m值決定了信號平滑度和靈敏度。i=1此方法一般適用于具有周期性干擾噪聲的信號,對于尖脈沖干擾的濾波效果不理想。2中值濾波法原理是將被測參數連續采樣m次(m3),并按大小排序,從首尾去掉1 3個大數和小數,再將剩余的1 3個大小居中的數據進行算術平均作為本次采樣的有效數據。此法對脈沖干擾信號有良好的濾波效果。3限副濾波法此法對于明顯

3、不實際值進行舍序限副:y(n)yH時取y(n)=yH(上限值),第1期紀曉彤:實際應用中的一種數字濾波方式63y(n)yL時取y(n)=yLyHy(n)yL時取(下限值),y(n);限速:y(n)-y(n-1) y0時,取y(n),y(n)-y(n-1) >y0時,取y(n-1)。4慣性濾波法通過RC濾波器的傳遞函數:(f),Y(s) X(s)=1寫出差分方程: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)為濾波系數。其中:a=Tf此法適用于高頻及低頻的干擾信號。上述四

4、種方法分別采用應根據具體情況而定,或采用單一方法或幾種方法同時采用。筆者在工程安裝過程中碰到一些物理參數本身變化難以用函數描述,在采集時伴有大量干擾,干擾的特性不好判斷,很難用上述方法處理,同時此類參數對采集反應時間要求不是十分苛刻,對此提出了下面一種數字濾波方法。考察采集物理量實際是對連續系統的數值進行提取工作,即有:y(n)=y(n-1)+y,對于理想對象,y(n)的值實際是對dy dt=f(t,y)的一階微分求解過程,即:tk+1()()()=+ytk+1ytkft,y dt,tk其中:y=tk+1tkf(t,y) dt,即有:y(tk+1)=y(tk)+y。這樣在采集數據時,只要考慮y

5、的取值即可。具體取值時可如下:r Yhy(tk+1)>y(tk),y(tk+1)=y(tk),y(tk+1)<y(tk),y=0-r Yh(1)其中:r為權重,Yh為滿量程值或上限制,根據要求取r和Yh的值,可以得到平穩光滑的數值曲線,r和Yh代表采集數據的靈敏度和反應時間。但在實際中由于強干擾的存在,y的值并不能如此簡單地取得。此時對于tk+1時刻的值不僅要考慮tk時刻的數值,還要考慮tk時刻以前的數值,通過多次數據的考察來判斷采集物理量的變化趨勢是否正確。為此對(1)式進行修正:64r Yh山東科學2000年y(tk+1)>y(i),y(tk+1)=a或y(tk+1)&g

6、t;b,同時y(tk+1)<c,y(tk+1)<y(i),y=0-r Yh(2)其中i為tk,tk-1,tk-m;a、b、c為y(tk-m)至y(tk)這m次采集數值中的任一值。在(1)式中只是對采集數據的變化速度進行了處理,而(2)式中對采集數據的變化趨勢也進行了處理,這樣對各類干擾進行了剔除,能夠得到正確的采集量)式中存在三個參數量:r、Yh和m、r、Yh及m參數的值,就得到較好的數字濾波效果。y(k)=y(r Yh(+1)k)=a或y(tk+1)>b,同時y(tk+1)<c,y(tk+1)<y(i),+(3)(4)y=0-h其中i為tk、1、tk-m;a、b

7、、c為y(tk-m)至y(tk)這m次采集數值中的任一值。從上述中可以看到,此種方法不僅對周期性干擾、尖端脈沖,并且對低頻高頻干擾信號也有較好的抑制,只要合理選擇r、Yh和m這三個參數值就能得到較理想的采集數據。因為此種方法具備了前述四種方法的功能,對于各種情況下的不合理數據都有較好的抑制,所以在實際應用中取得了較理想的濾波效果,比較適用被測對象變化緩慢的系統。(上接第49頁)AnimprovementonOPS5interpretertosupportmulti-windows12ZHANGLi2qun,YANGZhan2min(11Dept1ofComputerScience,ShandongUniv1ofTechnology,Jinan250061;21Dept1ofComputerScience,ShandongUniv1,Jinan250100,China)Abstract:OPS5isanexpertsystemtool1WeimprovedOPS5interpreterinodertosupportMulti2Windows1Inth