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CN116303137A - 数据滤波方法、装置、电子设备及可读存储介质 - Google Patents

数据滤波方法、装置、电子设备及可读存储介质 Download PDF

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CN116303137A CN202310216757.3A CN202310216757A CN116303137A CN 116303137 A CN116303137 A CN 116303137A CN 202310216757 A CN202310216757 A CN 202310216757A CN 116303137 A CN116303137 A CN 116303137A
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Abstract

本发明实施例公开了一种数据滤波方法、装置、电子设备及可读存储介质，所述方法包括：获取新位置指令；判断所述新位置指令的数量是否等于K，其中，K为预设计数值；当所述新位置指令的数量小于或等于K时，根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，并继续获取新位置指令；当所述新位置指令的数量等于K时，根据全部新位置指令的数据值计算新缓冲值；根据所述新缓冲值更新所述目标缓冲区中对应的历史缓冲值。本发明通过缓冲值的使用，在保障算法滤波效果的同时，有效减少了数据对内存的占用。

Description

数据滤波方法、装置、电子设备及可读存储介质
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种数据滤波方法、装置、电子设备及可读存储介质。
背景技术
在位置伺服控制系统中，伺服驱动器接受来自主控制器的目标位置指令，控制电机转动相应的圈数。当主控制器发送的目标位置指令存在突变时，由于伺服驱动器控制环的带宽限制，电机实际位置无法快速跟随目标位置指令，此时电机容易产生震荡，从而造成伺服控制系统运行平稳度和加工精度的下降。
为克服由于目标位置指令突变而带来的缺点，目前常采用滑动平均滤波算法对目标位置指令进行滤波。在传统滑动平均滤波算法中，需要在单片机内消耗大量内存以实现大量位置指令的滤波处理，对于单片机的选型具有较大的限制。
因此，亟需一种能够减少单片机内存占用的数据滤波方案。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种数据滤波方法、装置、电子设备及可读存储介质，具体方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种数据滤波方法，所述方法包括：
获取新位置指令；
判断所述新位置指令的数量是否等于K，其中，K为预设计数值；
当所述新位置指令的数量小于或等于K时，根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，并继续获取新位置指令；
当所述新位置指令的数量等于K时，根据全部新位置指令的数据值计算新缓冲值；
根据所述新缓冲值更新所述目标缓冲区中对应的历史缓冲值。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述获取新位置指令之前，所述方法还包括：
申请目标缓冲区；
将原始数据队列中的N个数据依次划分为M个数据段，每个数据段均包括K个相邻数据，将M个数据段的数据和依次存储在所述目标缓冲区，其中，所述目标缓冲区存放的单个数据段的数据和所述原始数据队列中单个数据的占用内存相同，所述缓冲值为所述数据段的数据和。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，包括：
根据所述历史缓冲值及其相邻的两个缓冲值确定目标重构等差数列；
根据所述目标重构等差数列的第一数据和以及所述新位置指令的第二数据和计算各新位置指令的滤波值。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述目标缓冲区为环形缓冲区。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述根据所述历史缓冲值及其相邻的两个缓冲值确定目标重构等差数列，包括：
根据与所述历史缓冲值相邻的两个缓冲值确定所述目标重构等差数列的步长；
根据第一数据和与第三数据和相等的原则以及所述步长，确定所述目标重构等差数列的各个数据值，以得到所述重构等差数列，其中，所述第三数据和为各新位置指令的滤波值之和。
第二方面，本申请实施例提供了一种数据滤波装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取新位置指令；
判断模块，用于判断所述新位置指令的数量是否等于K，其中，K为预设计数值；
滤波模块，用于当所述新位置指令的数量小于或等于K时，根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，并继续获取新位置指令；
存储模块，用于当所述新位置指令的数量等于K时，根据全部新位置指令的数据值计算新缓冲值；
更新模块，用于根据所述新缓冲值更新所述目标缓冲区中对应的历史缓冲值。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述装置还包括：
缓冲申请模块，用于申请目标缓冲区；将原始数据队列中的N个数据依次划分为M个数据段，每个数据段均包括K个相邻数据，将M个数据段的数据和依次存储在所述目标缓冲区，其中，所述目标缓冲区存放的单个数据段的数据和所述原始数据队列中单个数据的占用内存相同，所述缓冲值为所述数据段的数据和。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述滤波模块，具体用于根据所述历史缓冲值及其相邻的两个缓冲值确定目标重构等差数列；根据所述目标重构等差数列的第一数据和以及所述新位置指令的第二数据和计算各新位置指令的滤波值。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行第一方面及第一方面任一实施方式所述的数据滤波方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行第一方面及第一方面任一实施方式所述的数据滤波方法。
本申请实施例提供了一种数据滤波方法、装置、电子设备及可读存储介质，所述方法包括：获取新位置指令；判断所述新位置指令的数量是否等于K，其中，K为预设计数值；当所述新位置指令的数量小于或等于K时，根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，并继续获取新位置指令；当所述新位置指令的数量等于K时，根据全部新位置指令的数据值计算新缓冲值；根据所述新缓冲值更新所述目标缓冲区中对应的历史缓冲值。本发明通过缓冲值的使用，在保障算法滤波效果的同时，有效减少了数据对内存的占用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请实施例提供的一种数据滤波方法的方法流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的一种数据滤波方法的应用场景示意图；
图3示出了本申请实施例提供的一种数据滤波装置的装置模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
现有滑动平均滤波算法需要在单片机中申请能够存放N个位置指令数据的缓冲区，用于存放前N个时刻的位置指令X1至XN，通过对这N个位置指令数据求平均数的方式来获得XN对应的滤波后数据XFN。
当获得最新的目标位置指令Xj时，用Xj覆盖掉缓冲区中最旧的数据Xj-N，然后计算Xj-N+1到Xj，一共N个数据的平均数，作为j时刻的采样值Xj对应的滤波后数据XFj，XFj的计算公式可表示为：
Figure BDA0004115272970000051
滑动平均滤波算法的实际滤波效果类似于低通滤波器，滤波器截止频率与缓冲区的空间大小N成反比。在实际位置伺服控制系统中，为减小电机震荡，增加伺服控制系统运行平稳度和加工精度，常常增大N的数值选择，以增强算法的滤波效果，但这会带来占用单片机内存过大，增加单片机选型成本的缺点。
本实施例提供了一种数据滤波方法，能够有效克服占用单片机内存大的缺点，并保证数据滤波算法的滤波效果。
参考图1，为本申请实施例提供的一种数据滤波方法的方法流程示意图，本申请实施例提供的数据滤波方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤S101，获取新位置指令；
具体地，本实施例提出的数据滤波方法可以用于位置伺服控制系统中，以实现对于位置指令数据的滤波处理。
本实施例中的所述新位置指令，为位置伺服控制系统中新接收的位置指令。举例来说，如图2所示，若位置伺服控制系统中已存储x1至x20的位置指令的数据值，那么x21为位置伺服控制系统接收的新位置指令。
需知的，图2中的x1至x20分别表示位置伺服控制系统在第1时刻到第20时刻接收到的位置指令。在x1至x20之间，第1时刻为最早的时刻，第20时刻为最晚的时刻。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述获取新位置指令之前，所述方法还包括：
申请目标缓冲区；
将原始数据队列中的N个数据依次划分为M个数据段，每个数据段均包括K个相邻数据，将M个数据段的数据和依次存储在所述目标缓冲区，其中，每个数据段的数据和与每个数据的占用空间相同，所述缓冲值为所述数据段的数据和。
具体地，在本实施例中，在内存中申请能够存储M个数据段的数据和的缓冲区作为所述目标缓冲区。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述目标缓冲区为环形缓冲区。当所述目标缓冲区被存满后，新输入的数据从目标缓冲区的第一个缓存开始存储新数据。若按照时间顺序将不同时刻的位置指令存入所述目标缓冲区，则当新位置指令输入时，替换最早时刻的位置指令存储所述新位置指令。
如图2所示，在传统滑动平均滤波算法对位置指令进行滤波处理时，若当前原始数据队列中包括20个数据，则需要在内存中申请20个数据的缓冲区作为所述目标缓冲区。
不同于传统滑动平均滤波算法在内存中建立大小为N的环形缓冲区，用于存放N个时刻的目标位置指令值。本实施例将原始数据队列中的N个位置指令的数据值分为M个数据段，每个数据段表示K个相邻时刻的位置指令的数据值的总和。在实际应用过程中，K为预设计数值，K的数值可以根据实际应用场景的需求进行自适应设置，K的数值为N/M。
如图2所示，N＝20，M＝5，K＝20/5＝4，y1表示X1-X4的数据和，y2表示X5-X8的数据和，依次类推。
基于本实施例提供的数据存储方式，可以有效减少位置指令在内存中的占用，若N＝20，M＝5，K＝4，相较于传统滑动平均滤波算法，本实施例提供的数据存储方式占用的内存仅为传统滑动平均滤波算法的1/4。
步骤S102，判断所述新位置指令的数量是否等于K，其中，K为预设计数值；
步骤S103，当所述新位置指令的数量小于或等于K时，根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，并继续获取新位置指令；
在具体实施例中，可以通过定义临时变量的方式，来判断新位置指令的数量是否等于K。
举例来说，定义临时变量I1和I2，在接收新位置指令前，对临时变量I1和I2进行初始化处理，以使I1和I2均为1。当接收一个新位置指令后，计算当前新位置指令的滤波值，并使I1+1，当I1小于等于4时，说明尚未接收到4个新位置指令，则在计算完当前新位置指令的滤波值后，继续获取新位置指令，并在I1大于4时，对缓冲值进行替换。当替换一个缓冲值后，使I2+1，当I2小于等于M时，说明尚未更新完目标缓冲区中的全部缓冲值，当I2大于M时，说明已更新完目标缓冲区中的全部缓冲值，此时重新从目标缓冲区的第一个缓冲值进行更新，对于算法参数进行初始化处理。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，包括：
根据所述历史缓冲值及其相邻的两个缓冲值确定目标重构等差数列；
根据所述目标重构等差数列的第一数据和以及所述新位置指令的第二数据和计算各新位置指令的滤波值。
在具体实施例中，由于缓冲值为多个相邻位置指令的数据值之和，因此，在获取一个新位置指令后，对新位置指令的滤波处理，需要得到与新位置指令对应的采样数据。本实施例通过构建与历史缓冲值对应的目标重构等差数列的方式，以得到与新位置指令对应的采样数据。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述根据所述历史缓冲值及其相邻的两个缓冲值确定目标重构等差数列，包括：
根据与所述历史缓冲值相邻的两个缓冲值确定所述目标重构等差数列的步长；
根据第一数据和与第三数据和相等的原则以及所述步长，确定所述目标重构等差数列的各个数据值，以得到所述重构等差数列，其中，所述第三数据和为各新位置指令的滤波值之和。
具体地，等差数列的步长根据与当前历史缓冲值相邻的两个缓冲值进行确定。
如图2所示，N＝20，M＝5，K＝4，以y1为例，步长的计算公式为：d＝(y2/K-y5/K)/(2*K)＝(y2/4-y5/4)/(2*4)
将y1重构为项数为4的等差数列，X’1、X’2、X’3和X’4，即以X’1-X’4来重构X1-X4，其中首项为X’1，步长为d。
然后根据传统滤波算法的数据和与本实施例提供的滤波算法的数据和相等的原则，确定首项X’1。
此时，X21-X24对应的滤波后的值XF21-XF24可以表示为：
Figure BDA0004115272970000081
Figure BDA0004115272970000091
Figure BDA0004115272970000092
Figure BDA0004115272970000093
步骤S104，当所述新位置指令的数量等于K时，根据全部新位置指令的数据值计算新缓冲值；
在具体实施例中，在计算完X21-X24对应的滤波值XF21-XF24后，通过计算X21-X24的和y6，使用y6覆盖y1，并将y2重构为项数为4的等差数列，用来参与X25-X28对应的滤波值的计算，以此类推，本实施例提供的数据滤波方法可以在完成滑动平均滤波的同时，克服算法占用内存大的缺点。
在实际应用过程中，缓冲值为全部新位置指令的数据值之和。
步骤S105，根据所述新缓冲值更新所述目标缓冲区中对应的历史缓冲值。
在具体实施例中，获取新缓冲值后，可以根据环形缓冲区的存储规则对目标缓冲区中的历史缓冲值进行实时更新。
举例来说，如图2所示，若目标缓冲区中包括y1-y5的历史缓冲值，则得到新缓冲值y6后，使用y6替换y1，即完成了对目标缓冲区的更新。得到新缓冲值y7后，使用y7替换y2即完成了对目标缓冲区的更新。
综上，本申请实施例提供了一种数据滤波方法，相比较传统滑动平均滤波算法，改进后的算法克服了传统滑动平均滤波算法存在的浪费单片机内存的缺点。同时，本申请实施例通过构建等差数列的方式，完成算法的滤波处理，保证了算法的滤波效果。有效提升了伺服位置控制系统对数据的处理效率，拓宽了单片机的选型范围。
参考图3，为本申请实施例提供的一种数据滤波装置300的装置模块示意图，本申请实施例提供的数据滤波装置300，如图3所示，所述装置包括：
获取模块301，用于获取新位置指令；
判断模块302，用于判断所述新位置指令的数量是否等于K，其中，K为预设计数值；
滤波模块303，用于当所述新位置指令的数量小于或等于K时，根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，并继续获取新位置指令；
存储模块304，用于当所述新位置指令的数量等于K时，根据全部新位置指令的数据值计算新缓冲值；
更新模块305，用于根据所述新缓冲值更新所述目标缓冲区中对应的历史缓冲值。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述装置还包括：
缓冲申请模块，用于申请目标缓冲区；将原始数据队列中的N个数据依次划分为M个数据段，每个数据段均包括K个相邻数据，将M个数据段的数据和依次存储在所述目标缓冲区，其中，所述目标缓冲区存放的单个数据段的数据和所述原始数据队列中单个数据的占用内存相同，所述缓冲值为所述数据段的数据和。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述滤波模块303，具体用于根据所述历史缓冲值及其相邻的两个缓冲值确定目标重构等差数列；根据所述目标重构等差数列的第一数据和以及所述新位置指令的第二数据和计算各新位置指令的滤波值。
另外，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行前述方法实施例中的数据滤波方法。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行前述方法实施例中的数据滤波方法。
另外，上述实施例中提到的数据滤波装置、电子设备及计算机可读存储介质的具体实施过程，可以参见上述方法实施例的具体实施过程，在此不再一一赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据滤波方法，其特征在于，所述方法包括：
获取新位置指令；
判断所述新位置指令的数量是否等于K，其中，K为预设计数值；
当所述新位置指令的数量小于或等于K时，根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，并继续获取新位置指令；
当所述新位置指令的数量等于K时，根据全部新位置指令的数据值计算新缓冲值；
根据所述新缓冲值更新所述目标缓冲区中对应的历史缓冲值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取新位置指令之前，所述方法还包括：
申请目标缓冲区；
将原始数据队列中的N个数据依次划分为M个数据段，每个数据段均包括K个相邻数据，将M个数据段的数据和依次存储在所述目标缓冲区，其中，所述目标缓冲区存放的单个数据段的数据和所述原始数据队列中单个数据的占用内存相同，所述缓冲值为所述数据段的数据和。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，包括：
根据所述历史缓冲值及其相邻的两个缓冲值确定目标重构等差数列；
根据所述目标重构等差数列的第一数据和以及所述新位置指令的第二数据和计算各新位置指令的滤波值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标缓冲区为环形缓冲区。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述历史缓冲值及其相邻的两个缓冲值确定目标重构等差数列，包括：
根据与所述历史缓冲值相邻的两个缓冲值确定所述目标重构等差数列的步长；
根据第一数据和与第三数据和相等的原则以及所述步长，确定所述目标重构等差数列的各个数据值，以得到所述重构等差数列，其中，所述第三数据和为各新位置指令的滤波值之和。
6.一种数据滤波装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取新位置指令；
判断模块，用于判断所述新位置指令的数量是否等于K，其中，K为预设计数值；
滤波模块，用于当所述新位置指令的数量小于或等于K时，根据目标缓冲区中与所述新位置指令对应的历史缓冲值，计算各新位置指令的滤波值，并继续获取新位置指令；
存储模块，用于当所述新位置指令的数量等于K时，根据全部新位置指令的数据值计算新缓冲值；
更新模块，用于根据所述新缓冲值更新所述目标缓冲区中对应的历史缓冲值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
缓冲申请模块，用于申请目标缓冲区；将原始数据队列中的N个数据依次划分为M个数据段，每个数据段均包括K个相邻数据，将M个数据段的数据和依次存储在所述目标缓冲区，其中，所述目标缓冲区存放的单个数据段的数据和所述原始数据队列中单个数据的占用内存相同，所述缓冲值为所述数据段的数据和。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滤波模块，具体用于根据所述历史缓冲值及其相邻的两个缓冲值确定目标重构等差数列；根据所述目标重构等差数列的第一数据和以及所述新位置指令的第二数据和计算各新位置指令的滤波值。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行权利要求1至5任一项所述的数据滤波方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至5中任一项所述的数据滤波方法。
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