數(shù)據(jù)處理技術(shù)教學(xué)課程(編輯修改稿)
2025-02-10 16:36 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 轉(zhuǎn)換后的 10位輸出值 為： 00。 這種處理方法的優(yōu)點(diǎn)在于構(gòu)成的 10位數(shù)接近 10位A/D轉(zhuǎn)換器的 滿刻度值 ，其誤差在 10位數(shù)字量的 3個(gè)步長(zhǎng)電壓之內(nèi) 。2．輸入位數(shù)小于輸出位數(shù)當(dāng)輸入器件的分辨率比輸出器件低時(shí)，如采用 8位 A/D轉(zhuǎn)換器采樣，而通過(guò) 10位 D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸出，就會(huì)出現(xiàn)輸入位數(shù)小于輸出位數(shù)的情況 數(shù)字濾波方法 數(shù)字濾波 ，就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)采樣多次，然后用某種計(jì)算方法進(jìn)行數(shù)字處理，以削弱或?yàn)V除干擾噪聲造成的隨機(jī)誤差，從而獲得一個(gè) 真實(shí)信號(hào) 的過(guò)程。這種濾波方法是根據(jù)預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序，實(shí)質(zhì)上是 一種程序?yàn)V波 。因而可靠性高，穩(wěn)定性好，修改濾波參數(shù)也容易，而且一種濾波子程序可以被多個(gè)通道所共用，因而成本很低。另外，數(shù)字濾波可以對(duì)各種干擾信號(hào)，甚至極低頻率的信號(hào)進(jìn)行濾波。它的不足之處是需要占用 CPU的機(jī)時(shí) 。 總之，數(shù)字濾波與硬件濾波器相比優(yōu)點(diǎn)甚多，因此得到了普遍的應(yīng)用。常用的數(shù)字濾波方法有：限幅濾波、限速濾波、中值濾波 、 平均值濾波 (算術(shù)平均值、加權(quán)平均值、去極值平均值、滑動(dòng)平均值 )等。 限幅濾波 經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，生產(chǎn)過(guò)程中許多物理量的變化需要一定的時(shí)間，因此相鄰兩次采樣值之間的變化幅度應(yīng)在一定的限度之內(nèi)。 限幅濾波 就是把兩次相鄰的采樣值相減，求其增量的絕對(duì)值，再與兩次采樣所允許的最大差值 ?X進(jìn)行比較，如果小于或等于 ?X，表示本次采樣值 ? X(n)是真實(shí)的，則取 X(n)為有效采樣值；反之， X(n)是不真實(shí)的， 則取上次采樣值 X(n?1)作為本次有效采樣值。當(dāng) | X(n)?X(n?1)|? ? ?X 時(shí)，則取 Y(n)=X(n) ?????????????????????????當(dāng) | X (n)?X (n?1)|?X時(shí)，則取 Y(n)=X(n1) 式中： X(n)──t=nT時(shí)的采樣值； X(n1) ──t=(n1)T時(shí)的采樣值； ?X──相鄰兩次采樣值所允許的 最大偏差 ，其大小取決于控制系統(tǒng)采樣周期 T和信號(hào) X的正常變化率。限幅濾波 對(duì)隨機(jī)干擾或采樣器不穩(wěn)定引起的失真 有良好的濾波效果。當(dāng) | X(n)?X(n?1)|? ? ?X 時(shí)，則取 Y(n)=X(n) ??????????????????? 當(dāng) | X (n)?X (n?1)|?X時(shí)，則 X(n) 不用，但先保留，再取第三次采樣值 X(n+1) （ 1）若 | X(n+1)?X(n)|? ? ?X， 則取Y(n)=X(n+1)（ 2）若 | X(n+1)?X(n)|?X， 則取Y(n)=[X(n+1)+ X(n) ]/2，即以折中值作為數(shù)值濾波器的輸出。 中（位）值濾波 中值濾波是將信號(hào) X的連續(xù) k次采樣值按大小進(jìn)行排序，取其中間值作為本次的 有效采樣值 。本算法為取中值，故采樣次數(shù) k應(yīng)為奇數(shù)，一般 3~9次。 編制中值濾波的算法程序，首先把 k個(gè)采樣值從小到大（或從大到?。┻M(jìn)行排隊(duì)，這可采用幾種常規(guī)的排序算法如 冒泡算法 ，然后再取中間值。 中值濾波對(duì) 緩變過(guò)程中的 偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效，而對(duì)快速變化過(guò)程 (如流量 )的信號(hào)采樣則不適用。 平均值濾波就是 對(duì)多個(gè)采樣值 進(jìn)行 平均算法 ，這是 消除隨機(jī)誤差 最常用的方法。具體又可分為如下幾種。1. 算術(shù)平均濾波 算術(shù)平均濾波是在采樣周期 T內(nèi)，對(duì)測(cè)量信號(hào) X 進(jìn)行 N次采樣， 把 N個(gè)采樣值相加后的算術(shù)平均值作為本次的有效采樣值 Y，即 采樣次數(shù) N值決定了信號(hào)的平滑度和靈敏度。提高 N的值，可提高平滑度，但系統(tǒng)的靈敏度隨之降低，采樣次數(shù) N的取值隨被控對(duì)象的不同而不同。一般情況下， 流量信號(hào) 可取 10左右 ， 壓力信號(hào) 可取 4左右，溫度、成分等緩變信號(hào)可取 2甚至不進(jìn)行算術(shù)平均。 在編制算法程序時(shí) ,N一般取 8等 2的整數(shù)冪，以便于用移位來(lái)代替除法求得平均值。 這種算法適用于對(duì) 周期性干擾 的 信號(hào)濾波 2. 加權(quán)平均濾波 算術(shù)平均濾波 和 去極值平均濾波 都存在 平滑性 和 靈敏度的矛盾 。采樣次數(shù)太少則平滑效果差，次數(shù)太多則靈敏度下降，對(duì)測(cè)量參數(shù)的變化趨勢(shì)不敏感。為協(xié)調(diào)兩者關(guān)系，可采用 加權(quán)平均濾波 。 加權(quán)平均濾波是對(duì)每次采樣值不以相同的權(quán)系數(shù)而以增加新鮮采樣值的權(quán)重相加。 式中，第 ? m? 次為最新值， C C … 、 Cm 為加權(quán)系數(shù)，先小后大，且均為小于 1但總和等于 1的小數(shù)，即滿足下式 C1 + C2 + … + Cm = 1Cm Cm1 … C1 0C C … 、 Cm 的取值應(yīng)視具體情況選取 ,并通過(guò)調(diào)試確定。如 ,某純滯后
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