微型计算机控制技术教案.ppt

微型计算机控制技术教案
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数据处理
进行数字滤波和处理的必要性
存在外部干扰
采样系统多次转换信号会掺杂噪声
直接测得数据可能不可用
数字滤波
在计算机中利用某种计算方法对原始输入数据进行数学处理 值接近 ，则用 作为滤波器输出，否则，就以 作为滤波器输出。
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1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法 ——程序判断滤波
是相邻两个采样值的最大允许增量，其数值可根据 的最大变化速率 及采样间隔 确定，即
实现本算法的关键是设定被测参量相邻两次采样值的最大允许误差 。要求准确估计 和采样间隔 。
适用于：
变化较慢的参数，对抑制带有随机性的干扰较有效。
注意：
该滤波方法的关键在于最大允许偏差 的确定，往往需经大量的观测和实验才能确定。
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1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法
中值滤波（又称防脉冲干扰平均滤波法）
基本思路：
对某一个被测参数连续采样n次（n为奇数，且一般取3～9），然后按大小顺序排列，从中选取一个大小居中的采样值作为滤波的输出。
算法算式 ：若n=3时，则
适用于：
滤去由于偶然因素引起的波动或由采样开关或A/D转换器等工作不稳定造成的误码所引起的脉冲干扰。对变化缓慢的被测参数，如温度、液位、成分等，能收到很好的滤波效果。
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1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法
基于拉依达准则的奇异数据滤波法（剔除粗大误差）拉依达准则(3σ准则) ：
当测量次数N足够多且测量服从正态分布时，在各次测量值中，若某次测量值X i 所对应的剩余误差Vi＞3σ，则认为该X i 为坏值，予以剔除。
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1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法 ——基于拉依达准则的奇异数据滤波法
拉依达准则法实施步骤（1）求N次测量值X 1至X N的算术平均值 （2）求各项的剩余误差V i （3）计算标准偏差σ  （4）判断并剔除奇异项V i＞3σ，则认为该X i为坏值，予以剔除。依据拉依达准则净化数据的局限性（1）该准则在样本值少于10个时不能判别任何奇异数据；（2）3σ准则是建立在正态分布的等精度重复测量基础上，而造成奇
异数据的干扰或噪声难以满足正态分布。
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1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法
基于中值数绝对偏差的决策滤波法
中值绝对偏差估计的决策滤波器能够判别出奇异数据，并以有效性的数值来取代。采用一个移动窗口：
利用m个数据来确定的有效性。如果滤波器判定该数据有效，则输出，否则，如果判定该数据为奇异数据，用中值来取代。
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1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法 ——基于中值数绝对偏差的决策滤波法
①确定当前数据有效性的判别准则用中值绝对偏差构造一个尺度序列，设 中值为Z，则给出了每个数据点偏离参照值的尺度。令{d(k)}的中值为D， ， 可以代替标准偏差σ。对3σ法则的这一修正有时称为“Hampel标识符”。
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1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法 ——基于中值数绝对偏差的决策滤波法
② 实现基于L*MAD准则的滤波算法建立移动数据窗口
计算出窗口序列的中值Z（排序法）计算尺度序列的中值d（排序法）令
计算　如果 则， ； 否则
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1. 克服大脉冲干扰的数字滤波法 ——基于中值数绝对偏差的决策滤波法
可以用窗口宽度 m和门限L这两个参数调整滤波器的特性。m影响滤波器的总一致性，m值至少为7。门限参数L直接决定滤波器主动进取程度，L值增大，将 判定为奇异数据并用值中取代的可能性减少。当L＝0时，滤波