一种基于非同步采样的谐波分析方法技术

本发明专利技术涉及信号谐波检测技术领域内的一种基于非同步采样的谐波分析方法，包括如下步骤：１）将预设的若干与信号频率一一对应的权系数依次存入存储器中；２）对谐波用恒定不变的采样周期进行采样，采样信号经模数转换后输出给数字信号处理器；３）数字信号处理器中将从多路模数转换器来的数字信号进行处理，根据其频率，确定其从存储器中所需要调用的权系数的位置；４）在数字信号处理器中，将从存储器中调用的相应的权系数与输入的数字信号相乘后进行ＦＦＴ处理；５）将ＦＦＴ处理的结果进行显示或打印。该方法克服了谐波分析时的同步偏差问题，获得了实时、高精度谐波分析信号。可应用于机械、电力、信息、地质、水文等领域的信号进行谐波分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号谐波分析方法，它适用于频率变化的'近似周期信 号，(比如电力信号)的谐波分析。技术背景机械、电力、信息、地质、水文等领域常常要对信号(或波形)进行谐 波分析，能完成谐波分析的仪器称为谐波分析仪(或谐波分析仪)。谐波分析方法的主要工作包括对连续时间信号采样和ADC (多路模数转换器) 得到采样序列、对采样序列进行FFT (快速富里叶变换)得到谐波分析结果(各次谐波的幅值和相位信息)、谐波分析结果的显示和传送(通信)等。 谐波分析仪的精度主要取决于两方面 一是ADC的精度，二是采样的'同步'程度——最好是采样周期乘采样点数刚好等于整数个信号周期—— 即'同步采样'。实际上，同步采样是很难实现的，因为信号(比如电力信 号)的频率始终是变化的，并且数字信号处理器(即DSP)的定时器总是有 最小分辨率的。为了在信号频率变化时维持采样的同步或近似同步，大多数谐波分析方 法都设置了 '同步环节'，同步环节的作用就是根据信号频率的变化实时调 整采样周期的长短。同步环节只能在一定程度上减小同步偏差，不可能实现真正的同步采样，因为(1) 同步环节基于频率跟踪，频率跟踪总是有时延的；(2) DSP的定时器有最小分辨率，调整采样周期的精度受最小分辨率 的限制；(3)高档的谐波分析仪采样频率很高(几KHz到几十KHz)——采样周期很短(微秒级)，由DSP来精确调整采样周期是很困难的； (4)实际工程中信号的频率无时无刻不在变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种克服同步偏差的新方法一一一种基于非同步 采样的谐波分析方法，以提高谐波分析的精度。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种基于非同步采样的谐波分析方 法，包括如下步骤1) 将预设的若干与信号频率一一对应的权系数依次存入存储器中；所述权系数是指在一定的范围内将信号频率细分为《个离散值/;,/2,—,力，针对每一个离散值厶代入方程FWG =1^+1中，并离线解出对应的权系数W , "=1,2,…，《)；2) 对谐波用恒定不变的采样周期进行采样，采样后得到的模拟信号送 入多路模数转换器(ADC)中进行模数转换，再将模数转换后得到的采样序 列(数字信号)输出给数字信号处理器(DSP);3) 数字信号处理器中将从多路模数转换器来的数字信号进行处理，根 据其频率，确定其从存储器中所需要调用的权系数的位置；4) 在数字信号处理器中，将从存储器中调用的相应的权系数14与输入 的数字信号相乘后进行FFT处理；5) 将FFT处理的结果通过数字信号处理器的通讯接口输出给显示设备 或打印设备进行显示或打印。本专利技术中，权系数是预先设定并存入存储器中的；根据连续等间隔采集 的W个采样数据y(l),X2),...,;<iV)，计算出当前信号频率/，当前信号频率满 足厶-^/s/;，就从W表中取出Wp再对这7V个采样数据分别'加权'，对 加权后的个数据进行标准FFT处理，从FFT处理的结果求出各次谐波参数^和&。该方法是一种全新的、实时、高精度谐波分析方法，其结构上的显著特点是没有'同步环节'，DSP控制ADC用恒定不变的采样周期r。进 行采样；该方法可应用于机械、电力、信息、地质、水文等领域的信号进行 谐波分析，例如对电网的电压、电流进行谐波分析，提高了谐波分析精度， 减小了同步误差；能够实现快速、实时处理。 附图说明图1为本专利技术应用于三相电网谐波分析的工作原理图。具体实施方式下面结合附图具体介绍一种基于非同步采样的三相电网的谐波分析方 法，其步骤如下1) 将预设的若干与信号频率一一对应的权系数依次存入存储器中；所述权系数是指在一定的范围内将信号频率细分为《个离散值H…,A，针对每一个离散值A代入方程FWG =1^+1中，并离线解出对应的权系数W, ("1,2,…，尺)；2) 对谐波用恒定不变的采样周期进行采样，对三相电压Ua、 Ub、 Uc 以相应的电压互感器Pta、 PTb、 PTc进行采样，对三相电流Ia、 Ib、 Ic以电 流互感器Cta、 CTb、 CTc进行采样，采样后得到的信号送入多路模数转换 器中进行模数转换，再将模数转换后得到的采样序列输出给数字信号处理 器；3) 数字信号处理器中将从多路模数转换器来的数字信号进行处理，根 据其频率，确定其从存储器中所需要调用的权系数的位置；4) 在数字信号处理器中，将从存储器中调用的相应的权系数W 4与输入 的数字信号相乘后进行FFT处理；5) 将FFT处理的结果通过数字信号处理器的通讯接口输出给显示设备 或打印设备进行显示或打印。下面对上述步骤进行进一步阐述 本专利技术提出， y = 2sin2画 2sin1cos(Mr) cos(2Mt)0sin(Mr) sin(2Mr)1 co扭-l)r] sin sin ， W个实数w(")(w = l,2,...,AO称为一组权系数。公式(2)的过程就是从存储器中调用权系 数的过程。然后，对加权序列y进行FFT处理-X = #(7) (3) 进而，从iV维复向量X就可以求出信号各次谐波的幅值和相角的估计值。然 后，进行显示或打印。这种基于非同步采样的谐波分析方法运行时，DSP对采样控制和信号处理的步骤是(1) 控制ADC用恒定不变的采样周期进行采样， 一次连续采样W点；(2) —次采样结束后测出当时的信号频率/;(3) 査权系数表读出当前的权系数，如果当前信号频率满足/w < / ^ /t ， 按预定规则从权系数表中读出相应的^(") (" = 1,2，一，A0;(4) 对AT个采样数据加权，即列")-^(")x;;(") ("d,2,…，A0;(5) 对加权后的N个数据贝l)、贝2)... (A0执行FFT。(6)从FFT结果求出各次谐波幅值和相位。步骤(1) ~ (6)反复循环执行。显然，权系数的频率细分越密、测频 精度越高，谐波分析精度越高。仿真表明如果频率细分间隔为0.5他、测 频精度为0.1%，谐波分析精度将优于0.1%。总结起来，本专利技术提出的基于非同步采样的谐波分析方法，有如下特点-1) 方法简单、易实现；2) 采样控制既简单又精确——可以不受DSP定时器的最小分辨 率的影响并且采样周期恒定不变；3) 谐波分析的精度很高——几乎完全消除了同步误差； 与标准FFT相比，DSP增加的数据处理工作量不大一一与传统的'加窗' 差不多——能够实现快速、实时处理。本专利技术并不局限于上述实施例，该谐波分析方法还可以应用到其他领域 对相应的其他谐波进行实时分析。权利要求1、，包括如下步骤1)将预设的若干与信号频率一一对应的权系数依次存入存储器中；所述权系数是指在一定的范围内将信号频率细分为K个离散值f1，f2，…，fk，针对每一个离散值fk代入方程FWG＝I2M+1中，并离线解出对应的权系数Wk(k＝1，2，…，K)；2)对谐波用恒定不变的采样周期进行采样，采样后得到的模拟信号送入多路模数转换器中进行模数转换，再将模数转换后得到的采样序列输出给数字信号处理器；3)数字信号处理器中将从多路模数转换器来的数字信号进行处理，根据其频率，确定其从存储器中所需要调用的权系数的位置；4)在数字信号处理器中，将从存储器中调用的相应的权系数Wk与输入的数字信号相乘后进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非同步采样的谐波分析方法，包括如下步骤：　１）将预设的若干与信号频率一一对应的权系数依次存入存储器中；所述权系数是指在一定的范围内将信号频率细分为Ｋ个离散值ｆ↓［１］，ｆ↓［２］，…，ｆ↓［ｋ］，针对每一个离散值ｆ↓［ｋ］代入方程ＦＷＧ＝Ｉ↓［２Ｍ＋１］中，并离线解出对应的权系数Ｗ↓［ｋ］（ｋ＝１，２，…，Ｋ）；　２）对谐波用恒定不变的采样周期进行采样，采样后得到的模拟信号送入多路模数转换器中进行模数转换，再将模数转换后得到的采样序列输出给数字信号处理器；３）数字信号处理器中将从多路模数转换器来的数字信号进行处理，根据其频率，确定其从存储器中所需要调用的权系数的位置；　４）在数字信号处理器中，将从存储器中调用的相应的权系数Ｗ↓［ｋ］与输入的数字信号相乘后进行ＦＦＴ处理；５）将ＦＦＴ处理的结果通过数字信号处理器的通讯接口输出给显示设备或打印设备进行显示或打印。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王柏林，
申请(专利权)人：江苏中凌高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]