中值滤波库

发布时间：2015/5/18　已被查看518次

•  

                               作 者： 凌飞翼（张建设）

   

  洁能公司技术部历经数月的努力，在西门子论坛众多同仁的协助下，于2010年11月研发成功中值滤波库。

   

  中值滤波库适用于PID回路反馈控制信号的滤波处理，减少受控设备在运行过程中的抖动【特别适用于以调节阀为执行器的调节回路】。由于避免了调节过程中尖峰干扰，受控回路可以更快靠近设定值，大幅节约预备运行时间。

   

  以往的数学平均值滤波、移动平均滤波、加权平均滤波，都有一个无法回避的缺陷：那就是有了稳定，就有了滞后、有了偏差。中值滤波库的设计目的，就是在保证精度的同时，不损失响应速度。是一个适用于各种不同类型模拟量的通用滤波方案。通过调节表长，可以改变滤波输出的响应速度。

   

  中值滤波程序运行步骤详解如下：

        读数——需要滤波的数据（数据类型为整型，取值范围是-32000~32000）

        表长——参与滤波计算数据区的数据个数（数据类型为长整型，取值范围4~64）

        最大值——存储在数据区内的最大值

        最小值——存储在数据区内的最小值

        输出——数据区内去除最大值和最小值后的平均值       

        输出=（总和—最大值—最小值）／（表长—2）

        前值——前一次的输出值

        读入存储区特征单元16B。

        读数大于数据区最大值时，如果最大值标志位=0，直接舍弃，令最大值标志位=1，直接输出前值。

        读数大于数据区最大值时，如果最大值标志位=1，记入数据区。

        读数小于数据区最小值时，如果最小值标志位=0，直接舍弃，令最小值标志位=1直接输出前值。

        读数大于数据区最小值时，如果最小值标志位=1，记入数据区。

        记入数据： 读数写入当前指针指向的数据单元。

        最小值标志位、最大值标志位复位。

        将当前值传递给最大值、最小值寄存器（实现最大值、最小值寄存器的初始化，该值在下面将要进行的比较、替换操作结束后得到数据区的最大值和最小值）。

        当前指针如果已经是表尾，令当前指针指向数据区开始单元，否则下移。

        累加数据区数据，同时与最大值、最小值寄存器比较，找出最大值、最小值。

        从累加器减掉当前最大值，减掉当前最小值之后，用（数据个数—2）去除，得到平均值。

        刷新存储区的特征单元16B。

   

  中值滤波库使用提示【以西门子S7-200为例】：

      中值滤波库使用时，需要一个与表长相关的存储区，这里的首地址就是该区域的开始位置。比如该存储区在VB1000开始，表长为15的话，你必须保证从VB1000开始到“16B（表头）+2*15B（数据区）=46B”即VB1045。

   

      注意：这个区间为该滤波器独享。

   

      首地址，可以是存有地址指针值的VDnn或直接是获取指针值的操作符&VBnn。

  

   

  这是一个从VB0开始的表长为7的滤波回路表。

   

  

   

  此中值滤波库已在工程项目中使用验证，效果良好。经验数据（在系统块中，模拟量输入滤波样本数选16）：

   

  l      用于压力反馈，建议表长=6～10；

  l      用于流量、温度反馈建议表长=4～6。

   

  滤波效果测试：

       由系统产生一个正弦曲线，随机在曲线上叠加干扰脉冲，观察传统滤波算法与中值滤波算法的区别。

      图中，绿色——未滤波曲线，蓝色——中值滤波曲线，红色——仿西门子滤波曲线。由图可以看出，中值滤波后的曲线较仿西门子滤波后的曲线毛刺明显减少，与实际值的偏差也明显减小。