第10章_采样数据的预处理要点解析.ppt

10.1 采样数据的标度变换 SUB ZHOZI ( N, S( ), DA ) FOR I = 1 TO N－1 FOR J = I+1 TO N IF S(I) = S(J) THEN 20 T = S(I) S(I) = S(J) S(J) = T 20 NEXT J NEXT I DA = S(INT(N / 2 + 0.5)) END SUB 10.2 采样数据的数字滤波 中值滤波 适宜：去除脉动性质的干扰 不适宜：快速变化的过程参数 如流量 10.2 采样数据的数字滤波 2. 算术平均值法：应用极其广泛 什么是〞平均值滤波〞 ？ 平均值滤波 -- 寻找一个Y 作为本次采样的 平均值，使该值与本次各采 样值间误差的平方和最小。 10.2 采样数据的数字滤波 ( 10-8 ) 由一元函数求极值原理有 ( 10-9 ) 式中 Y — N次采样值的算术平均值； Xi— 第i 次采样值； N— 采样次数。 10.2 采样数据的数字滤波 入口条件：N次采样值已存于一维数组X(N)中。 出口条件：算术平均值存于Y变量中。 算术平均过程程序（Quick BASIC）清单如下： SUB PINJUN ( N, X( ), Y ) A = 0 FOR I=1 TO N A=A + X (I) NEXT I Y= A / N END SUB 10.2 采样数据的数字滤波 使用对象： 适用于对压力、流量一类信号的 平滑处理，因为这类信号在某一数值范围附近作上下波动。 对信号平滑效果 取决于N N↑ 平滑度↑ 灵敏度↓ N↓ 平滑度↓ 灵敏度↑ 通常：流量 N = 12， 压力 N = 4 10.2 采样数据的数字滤波 3. 加权平均滤波法 用下式求平均值 式中 a0、a1、… 、an均为常数且应满足下式 10.2 采样数据的数字滤波 采用加权系数法选常数a0、a1、… 、an . . . 其中 △=1+e-τ+e-2 τ+ …+e-Nτ τ-- 控制对象的纯滞后时间 10.2 采样数据的数字滤波 使用场合： 适用系统纯滞后时间常数τ较大、 采样周期较短的过程。 优点： 对以不同采样时间得到的采样值分别 给予不同的权系数，能迅速反应系统 当前所受干扰的严重程度。 缺点 ①需要测试不同过程的纯滞后时间 ②计算量大，降低了系统的处理速度。 10.2 采样数据的数字滤波 4. 一阶滞后滤波法（惯性滤波法） 在模拟量输入通道中，常用一阶低通 RC滤波器来削弱干扰。 图10.6 低通滤波器 10.2 采样数据的数字滤波 原因在于大时间常数、高精度的RC网络不易制作： ① τ↑ R↑ ② 漏电流↑ 惯性滤波法是一种以数字形式实现低通滤波的动态滤波方法。 10.2 采样数据的数字滤波 不宜用这种模拟方法对低频干扰进行滤波。 使用场合： 滤波常数要求大。 惯性滤波的表达式为 ( 10-11 ) 式中 Xn—第n次采样值； Yn-1—上次滤波输出值； Yn—第n次采样后滤波输出值； α—滤波平滑系数， τ—滤波环节的时间常数； 10.2 采样数据的数字滤波 入口条件： τ存于TAO变量中，采样周期TS 存于T变量中，采样值Xn存于X变 量中，Yn-1存在DA1变量。 出口条件： Yn存在DA2变量。 惯性滤波过程程序如下： 10.2 采样数据的数字滤波 SUB GXLBO ( TAO, T, X, DA1, DA2 ) ALF=TAO / (TAO + T) DA2= ( 1 - ALF ) * X + ALF * DA1 END SUB 该方法适用于波动频繁的被测量的滤波， 它能很好地消除周期性干扰，但也带来了相 位滞后，滞后角的大小与α的选择有关。 10.2 采样数据的数字滤波 算术平均值法不易消除脉冲干扰引起的 采样偏差，中值滤波法由于采样点数的 限制，应用范围有限。 该方法适用于波动频繁的被测量的滤波， 它能很好地消除周期性干扰，但也带来了相 位滞后，滞后角的大小与α的选择有关。 10.2 采样数据的数字滤波 5. 防脉冲干扰复合滤波法 复合滤波 -- 先用中值滤波处理因脉冲干扰 而有偏差的采样值，再把滤