一种自适应软硬件频率跟踪采样的方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法，采用软硬件结合的方式对待测信号进行测频，提高了测频的灵活性，避免单一测频方式在待测信号的幅值发生变化时导致测频精度不高，采样定时器根据测频结果实时调整采样周期，避免因采样周期样本不全而导致测频精度较低，本发明专利技术经实际测频应用，使测频精度达到0.001HZ，不仅满足实际应用，而且对测量精度还具有实质性的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及配电网
，特别是一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法。
技术介绍
在计算交流电的数值和谐波分析时广泛采用的方法是均方根算法或傅氏变换，在电网频率变化时如果采样周期固定，会导致不完整的样本数据，计算会产生误差。对于均方根算法可以通过增加样本数量来降低误差，这样会降低计算的实时性。对于傅氏变换，不完整的样本数据造成的误差是无法通过增加样本数量来弥补。而根据电网频率的变化及时调整采样同期则可以保证完整的样本数据，提高计算精度。现有的频率测量技术一般是通过软件或硬件完成，软件测频的方法是通过在信号上插值后，判断两个信号过零点之间的时间或通过在一定的时间内信号过零的次数计算出频率。硬件测频是通过设置一个闸门信号，然后计算在这个闸门信号内来了多少个脉冲计算频率，或者通过测量周期的方法测出频率。在使用软件测频法时，如果信号在过零点时被干扰会导致测量值出现较大的偏差，而硬件测频法在信号幅度较小或硬件电路出现错误时，无法灵活调整。根据现有的情况，使软件与硬件测频结合在一起，进一步提高测频的精度和灵活性，则具有十分显著的意义。 
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法，采用硬件电路测频与软件测频结合的方式对待测信号进行测频，充分提高精确度，减少误差。本专利技术解决其问题所采用的技术方案是：一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法，包括：（1）采样定时器的采样周期以设定的信号频率作为初始值，同时硬件测频电路和软件测频功能对待测信号进行信号测频；（2）进行频率跟踪，采集硬件测频电路的测频值f1、软件测频的测频值f2及信号幅值V；（3）若V大于30V，跟踪采样频率f为f1，若f1超出区间[40HZ，60HZ]时，跟踪采集频率f为f2，若f1在区间[40HZ，60HZ]，则检测f2是否在符合区间[40HZ，60HZ]，若符合，则实时进行频率变化率的计算判断，即计算Δf1和Δf2，并根据Δf1和Δf2计算                                                ,此时，跟踪采集频率f的值为f+Δf；（4）若V小于30V，跟踪采样频率f为f2，若f2符合区间[40HZ，60HZ]，则检测f1是否在符合区间[40HZ，60HZ]，若符合，则实时进行频率变化率的计算判断，即计算Δf1和Δf2，并根据Δf1和Δf2计算,此时，跟踪采集频率f的值为f+Δf。所述方法还包括：根据步骤（3）或（4）所得的跟踪采样频率f的频率值，实时调整采样定时器中的信号频率。上述实时调整采样定时器中的信号频率具体为：根据跟踪采样频率f的频率值查找定时器周期表，找出定时器周期值，依此定时器周期值调整采样定时器中的信号频率，所述定时器周期表为将电网频率范围最大误差区间[45HZ,55HZ]扩大100倍后，由最大频率值和最小频率值之间的1000个差值生成的对应的定时器周期表。其中，步骤（1）中，采样定时器的采样周期以50HZ作为设定的信号频率。其中，步骤（1）中，硬件测频电路采用等精度测频法对待测信号进行信号测频，具体包括：（11）设置两个计数器用于分别对待测信号的实际频率fx与标准信号的频率fs进行计数；（12）给出闸门预置信号，在待测信号的上升沿出现时计数器开始计数，当闸门预置信号关闭，计数器并不停止计数，在下一个待测信号的上升沿出现时停止计数；（13）采集在一次实际闸门时间τ中计数器对标准信号的计数值Ns，对待测信号的计数值Nx,，所述实际闸门时间τ与待测信号同步，为待测信号周期的整数倍；（14）计算待测信号的实际频率，其中ΔNs为在一次实际闸门时间τ内对标准信号的频率fs计数Ns的误差。其中，步骤（1）中，软件测频功能对待测信号进行信号测频是通过在待测信号上插值后，判断两个信号过零点之间的时间计算出周期然后得出频率值。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法，采用硬件电路测频与软件测频结合的方式对待测信号进行测频，充分提高精确度，减少误差，同时在得出待测信号的测频值后，根据此测频值实时调整定时器中的信号频率，以保证完整的样本数据，提高计算精度。附图说明下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术所述方法流程图；图2是本专利技术硬件测频电路测频流程图。具体实施方式参照图1所示本专利技术所述方法流程图，待测信号经过处理后，由硬件测频电路与软件测频对待测信号进行测频，采样定时器根据测频值实时调整采样周期，其具体流程包括以下步骤：（1）配电终端上电工作，采样定时器的采样周期以50HZ作为初始值，同时硬件测频电路和软件测频功能对待测信号进行信号测频；（2）进行频率跟踪，采集硬件测频电路的测频值f1、软件测频的测频值f2及信号幅值V；（3）若V大于30V，跟踪采样频率f为f1，若f1超出区间[40HZ，60HZ]时，跟踪采集频率f为f2，若f1在区间[40HZ，60HZ]，则检测f2是否在符合区间[40HZ，60HZ]，若符合，则实时进行频率变化率的计算判断，即计算Δf1和Δf2，并根据Δf1和Δf2计算,此时，跟踪采集频率f的值为f+Δf；（4）若V小于30V，跟踪采样频率f为f2，若f2符合区间[40HZ，60HZ]，则检测f1是否在符合区间[40HZ，60HZ]，若符合，则实时进行频率变化率的计算判断，即计算Δf1和Δf2，并根据Δf1和Δf2计算,此时，跟踪采集频率f的值为f+Δf。（5）根据以上所得的跟踪采样频率f的频率值查找定时器周期表，找出定时器周期值，依此定时器周期值调整采样定时器中的信号频率，所述定时器周期表为将电网频率范围最大误差区间[45HZ,55HZ]扩大100倍后，由最大频率值和最小频率值之间的1000个差值生成的对应的定时器周期表。需要指出的是，本专利技术不仅能实际应用于配电终端，也可以应用于其它相关设备。在实际测频时，测频由FPGA完成，所述FPGA为一种半定制电路，在进入FPGA之前电网来的模拟信号需经过放大、二阶带通滤波、整形处理等，以消除谐波的影响。在测频时，选择50HZ作为采样定时器的初始值，因50HZ是国家规定电网频率值，最具应用性，初始值并不限于50HZ，以其它值代替也可以。在信号幅度V变小时，会影响硬件测频的精度。在硬件测频的过程中软件实时测量信号的幅度，当信号幅度小于一定的值时用软件测频值替代硬件测频值，避免信号幅度V变化时对测量精度造成影响。本专利技术根据实际应用，选取30V作为界限值，当然，此界限值并不限于此单一数值。采样定时器中的采样周期根据软硬件测量的频率值实时进行调整，避免采样周期不全造成测量精度不高。    步骤（1）中硬件测频电路对待测信号进行信号测频，参照图2所示的流程图，包括如下步骤：设置两个计数器用于分别对待测信号的实际频率fx与标准信号的频率fs进行计数；给出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法，其特征在于，包括：（1）采样定时器的采样周期以设定的信号频率作为初始值，同时硬件测频电路和软件测频功能对待测信号进行信号测频；（2）进行频率跟踪，采集硬件测频电路的测频值f1、软件测频的测频值f2及信号幅值V；（3）若信号幅值V大于预设电压值时，跟踪采样频率f为f1，若f1超出设定区间时，跟踪采集频率f为f2，若f1没有超出设定区间，则检测f2是否符合设定区间，若符合，则实时进行频率变化率的计算判断，即计算Δf1和Δf2，并根据Δf1和Δf2计算????????????????????????????????????????????????,此时，跟踪采集频率f的值为f+Δf；（4）若信号幅值V小于预设电压值时，跟踪采样频率f为f2，若f2符合设定区间，则检测f1是否在符合设定区间，若符合，则实时进行频率变化率的计算判断，即计算Δf1和Δf2，并根据Δf1和Δf2计算,此时，跟踪采集频率f的值为f+Δf。201310289135X100001dest_path_image001.jpg,49259dest_path_image001.jpg

【技术特征摘要】
1.一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法，其特征在于，包括：
（1）采样定时器的采样周期以设定的信号频率作为初始值，同时硬件测频电路和软件测频功能对待测信号进行信号测频；
（2）进行频率跟踪，采集硬件测频电路的测频值f1、软件测频的测频值f2及信号幅值V；
（3）若信号幅值V大于预设电压值时，跟踪采样频率f为f1，若f1超出设定区间时，跟踪采集频率f为f2，若f1没有超出设定区间，则检测f2是否符合设定区间，若符合，则实时进行频率变化率的计算判断，即计算Δf1和Δf2，并根据Δf1和Δf2计算                                                ,此时，跟踪采集频率f的值为f+Δf；
（4）若信号幅值V小于预设电压值时，跟踪采样频率f为f2，若f2符合设定区间，则检测f1是否在符合设定区间，若符合，则实时进行频率变化率的计算判断，即计算Δf1和Δf2，并根据Δf1和Δf2计算,此时，跟踪采集频率f的值为f+Δf。
2.根据权利要求1所述的一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据步骤（3）或（4）所得的跟踪采样频率f的频率值，实时调整采样定时器中的信号频率。
3.根据权利要求1所述的一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法，其特征在于，所述设定区间为[40HZ，60HZ]。
4.根据权利要求1所述的一种自适应软硬件频率跟踪采集的方法，其特征在于，所述预设电压值为30V。
5.根据权利要求2所述的一种自适应软硬件频率跟踪...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦卫东，詹植振，丁子良，
申请(专利权)人：珠海许继芝电网自动化有限公司，珠海许继电气有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：