数字滤波技术

JournalofChifengCollege(NaturalScienceEdition)Vol.21No.6Dec.2005

数字滤波技术

李　妍

(渤海船舶职业学院,辽宁　葫芦岛　125005)

　　摘　要:工业系统遇到干扰时,会出现不稳定的问题,对此探讨了几种用数字滤波技术对信号进行处理的方法,即

算术平均值法、中值滤波法、低通滤波法、滑动滤波法.

关键词:数字滤波;中值滤波;低通滤波;滑动滤波中图分类号:TN713+.7文献标识码:A文章编号:1673-260X(2005)06-0075-01　　在工业生产中,干扰信号经常会使系统不稳定,有时问题很严重.如果要消除干扰,可用数字滤波技术对信号进行处理.数字滤波技术是指在软件中对采集到的数据进行消除干扰的处理.一般来说,除了在硬件中对信号采取抗干扰措施之外,还要在软件中进行数字滤波的处理,以进一步消除附加在数据中的各式各样的干扰,使采集到的数据能够真实地反映现场的工艺实际情况.这里介绍的是可以用于工控软件中的一般的数字滤波技术,能够满足一般的数据处理需要.1　死区处理

从工业现场采集到的信号往往会在一定的范围内不断的波动,或者说有频率较高、能量不大的干扰叠加在信号上,这种情况往往出现在应用共控板卡的场合,此时采集到的数据有效值的最后一位不停的波动,难以稳定.这种情况可以采取死区处理,把不停波动的值进行死区处理,只有当变化超出某值时才认为该值发生了变化.比如编程时可以先对数据除以10,然后取整,去掉波动项.2　算术平均值法

在一个周期内的不同时间点取样,然后求其平均值,这种方法可以有效地消除周期性的干扰,同样,这种方法还可以推广成为连续几个周期进行平均.

我们取测定点前后某一范围的测定值的平均值,作为该点的值.如图1为N个数字信号测试点的序列{f1,f2,f3,...,fn},即:{fi,i=1,2,3,…,N}

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(fi-2+fi-1+fi+fi+1+fi+2)

gi=

图1

图2

此时,i点的值取为包括其前后各K个点的平均值,即i点的新值gi,用包括这个点在内的2K+1点的平均值所代替,我们称它为平滑值:

1(fgi=+f+…+fi+…+fi+k)

2k+1i-ki-k+1

k

1gi=∑fi+j

2k+1j=-k

由于在横轴的两端产生不能计算平滑值的部分,要注意i的取值范围:i=1+K,2+k,3+K,…,N+K.

从图2可知,若给出的参考点的范围,即K值取的越大,波形就变得越平滑.K值取的过小平滑效果较差,若取的过大就变成了平坦的波形.所以,K值的大小要根据频率的不同而变化.

算术平均值数字滤波法,对频率较高与幅值不大的噪声,可在一定程度上降低干扰.但对干扰成分较多,频率不太高的干扰,算术平均值滤波法就没有效果了.3　中值滤波法

这种方法的原理是将采集到的若干个周期的变量值进行排序,然后取排好顺序的值得中间的值,这种方法可以

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流可以细微调节等要求外,还有一个重要的特殊要求,即高空载电压.因为微束等离子弧的电流小,电弧气体介质质点的电离、发射作用弱,为便于引弧和稳弧,就需要提高空载电压来加强场致发射作用,所以微束等离子弧焊的电源需要特制专用.微束等离子弧焊电源使用时是采用正极接法,即将焊枪钨极接电源负端,电源的另端通过接触器开关接焊枪的喷嘴.同时,电源的正极端还要并联一个电路,即通过接触器并联到工件上.(3)隋性气体源在等离子枪的电弧室里,电弧柱是在三个压缩效应(机械压缩效应、热收缩效应和磁压缩效应)的作用下形成等离子弧的.三个效应中有两个是惰性气体所为.微束等离子弧所使用的惰性气体,一般都是氩气,使用工业用瓶装压缩氩气即可.使用时要接装减压表和流量计,以便能精细地调节压力和流量这两个参数.

焊缝的熔宽和熔深取决于熔池受到的电弧吹力,而离子气流量的大小对电弧吹力起决定性的作用.离子气流量越大,焊缝的熔宽及熔深也就越大;反之亦然.离子气流过大时,容量造成切割效应,因电流不稳定,流量过小时,穿透能力下降,焊缝表面粗糙,降低了缝的外观质量.在环缝焊接中可以通过焊缝成形.随着科学技术的发展,焊接波纹管的应用领域正在日趋扩大.焊接波纹管的主要用途是:作为控制机构、变速器或调节器的检测元件,也可作温度、压力和液位的测量元件,还可以作各种密封以及能量传递元件等.

超薄壁管子的微束等离子弧焊接在许多工业部门中有着广泛的应用,可用来制造金属软管、波纹管、扭力管、

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热交换器的换热管、仪器仪表的谐振筒等,有时在高温高压、复杂振动和交变载荷下用来输送各种腐蚀性介质.用焊接工艺制造超薄壁有缝管是把带材卷成圆管,然后焊接起来.这种方法工艺简单、生产率高、成本低.

采用焊接工艺制造的焊接波纹管,可以根据使用需要设计出各种波形膜片,选择较大的内外径差,为采用新型弹性材料制造波纹管开辟了一条新途径.

波纹膜片通常采用微束等离子弧焊接,只有被套焊的波纹膜片厚度大于0.2mm时才用小功率钨极氩弧焊.其中包括内圆焊接和外圆焊接.在内圆焊接前,要求清洗波纹膜片,除去油污和氧化膜.清洗后的波膜片要用无水乙醇浸泡,取出后立即烘干或吹干,此后不能用手触摸,用金属镊子夹取.在焊接时,使用固定装置,保证待焊波纹片与转轴同心,调整等到离子焊枪的位置,然后引弧,待等离子弧稳定后,将维弧打出喷嘴并对准波纹膜片的内径,启动焊机转轴旋转,一切正常之后,进行焊接.在外圆焊时,同样要求固定装置,调整好焊枪的位置,启动焊机.观察被焊波纹片是否偏心和彼此贴紧状况是否良好.若同心度不好,则焊缝将出现锯齿状,外形不美观,密封达不到要求.

用微束等离子弧焊接波纹膜片时,应注意:a)钨极对中要好,b)经常清理喷嘴.喷嘴是等离子弧的通道,经过一段工作时间后它的内缝会留下一些杂质,要及时清理,以免堵塞喷嘴.

总之,等离子弧焊接和微束等离子弧焊接的应用渗透到各个领域,得到广泛应用.

有效地防止受到突发性脉冲干扰的数据进入.在实际使用时,排序的周期的数量要选择适当,如果选择过小,可能起不到去除干扰的作用,选择的数量过大,会造成采样数据的时延过大,造成系统性能变差.4　低通滤波法

公式为Yk=QXk+(1-Q)Yk-1,其中Q为电路的品质因数.

πT.这种滤波方式相当于使采集截止频率为f=K/2

到的数据通过一次低通滤波器.来自现场的信号往往是4—20mA信号,它的变化一般比较缓慢,而干扰一般带有突发性的特点,变化频率较高,而低通滤波器就可以滤除这种干扰,这就是低通滤波的原理.实际使用时要选择合理的Q值,过高过低都不能达到目的.5　滑动滤波法

滑动滤波法是从一阶低通滤波法推广过来的,原理是信号不会出现突变,这种方法也有其局限性,所有的信号

突变都看作干扰.但这种方式可以应用在一些比较特殊的场合,使用时相应的数据处理过程也要做变化,比如PID的参数.滑动滤波法的公式是:Yn=Q1Xn+Q2Xn-1+Q3Xn-2,其中Q1+Q2+Q3=1且Q1>Q2>Q3.

在实际使用时,可能不仅仅使用一种方法,而是综合运用上述的方法,比如在中值滤波法中,加入平均值滤波,籍以提高滤波的性能.总而言之,要根据现场的情况,灵活选用.

参考文献:

[1]任克强,刘晖.微机控制系统的数字滤波算法[J].

现代电子技术,2003,3:15-18.

[2]陈慰曾.加减速控制算法及其对数控加工的影响

[J].制造材料,2000,11:36-37.

[3]郝好和.微机控制系统中的数字滤波算法[J].自动

化仪表,1989,10(12):24-27,33.

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