自动控制网—学习自动控制技术电气自动化技术从这里开始!

数字信号的预处理

时间:2015-11-03 07:41来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
目的:去除混杂在有用信号中的各种干扰信号。 干扰信号有周期性干扰和随机性干扰两类。 ①典型的周期性干扰是50Hz的工频干扰,采用积分时间为20ms整数倍的双积分型A/D转换器,可有效地消除其影响。 ②对于随机性干扰,可采用数字滤波的方法予以削弱或消除。
  目的:去除混杂在有用信号中的各种干扰信号。

  干扰信号有周期性干扰和随机性干扰两类。
   ①典型的周期性干扰是50Hz的工频干扰,采用积分时间为20ms整数倍的双积分型A/D转换器,可有效地消除其影响。
  ②对于随机性干扰,可采用数字滤波的方法予以削弱或消除。

  数字滤波实质上是一种程序滤波,与模拟滤波相比具有如下优点:
  ①不需要额外的硬件设备,不存在阻抗匹配问题,可靠性高,稳定性好。
  ②可以对频率很低或很高的信号实现滤波。
  ③可根据信号的不同,采用不同的滤波方法或滤波参数。

(一)中值滤波
  中值滤波方法对缓慢变化的信号中由于偶然因素引起的脉冲干扰具有良好的滤除效果。
  原理:对信号连续进行n次采样。然后对采样值排序,并取序列中位值作为采样有效值。采样次数n一般取为大于3的奇数。
  下面的程序是n=3的中值滤波程序:
  
   本文来自www.eadianqi.com

(二)算术平均滤波
  算术平均滤波方法的原理是:对信号连续进行n次采样,以其算术平均值作为有效采样值。
  应用范围:
  对压力、流量等具有周期脉动特点的信号具有良好的滤波效果。采样次数n越大,滤波效果越好,但灵敏度也越低,一般为便于运算处理,常取n=4,8,16。
  
  

(三)滑动平均滤波
  在中值滤波和算术平均滤波方法中,只适用于信号变化慢和采样频率低的场和。
  采用循环队列作为采样数据存储器。
  原理:队列长度固定为n,每进行一次新的采样,把采样数据放入队尾,扔掉原来队首的一个数据。这样,在队列中始终有n个最新的数据,对这n个最新数据求取平均值,作为此次采样的有效值。这种方法每采样一次,便可得到一个有效采样值,因而速度快,实时性好,对周期性干扰具有良好的抑制作用。
  
  如果取n=16,以40H~4FH共16个单元作为环形队列存储器,用R0作为队尾(在环形队列里同时也是队首)指针,则可设计相应的滑动滤波程序如下:
本文来自www.eadianqi.com

  
  

(四)低通滤波
  当被测信号缓慢变化时,数字低通滤波器是用软件算法来模拟硬件低通滤波器的功能,来滤除干扰。
  
  用X替换ui,Y替换uo,并将微分方程转换成差分方程,得
  
  式中:τ滤波器的时间常数;Δt采样周期;X(n)是本次采样值;Y(n)和Y(n-1)分别是本次和上次的滤波器输出值。
  取:
  
  
  式中:α称滤波平滑系数,通常取α<<1。 滤波器的本次输出值主要取决于其上次输出值,本次采样值对滤波输出仅有较小的修正作用,因此该滤波算法相当于一个具有较大惯性的一阶惯性环节,模拟了低通滤波器的功能,其截止频率为:

自动控制网www.eadianqi.com版权所有


  
  
  
  
  
本文已影响