畢業(yè)論文電參數(shù)非同步采樣算法的研究1目錄摘要.3ABSTRACT.41緒論.51.1研究本文的目的和意義.51.2國內(nèi)外研究概況.61.3本文研究的內(nèi)容.62非同步采樣法的算法推導和誤差分析.82.1采樣計算測量法的一般表達式.82.2采樣測量算法截斷誤差F與同步誤差T的關系.122.3非同步采樣法的誤差分析.142.3.1采用復化矩形算法.142.3.2采用復化梯形算法.152.4周期非正弦信號的測量.162.4.1采用復化矩形算法.162.4.2采用復化梯形算法.193電力系統(tǒng)中非同步采樣誤差的研究.203.1緒論.203.2離散傅立葉變換的泄漏現(xiàn)象和柵欄效應.203.3從硬件角度考慮.213.3.1同時優(yōu)化N+1和TS，使T最小.213.3.2固定N+1，優(yōu)化TS，使T最小.213.3.3固定TS，優(yōu)化N+1，使T最小.213.4從軟件角度考慮.223.4.1準同步DFT法.223.4.2加窗插值FFT法.233.4.3改進FFT法.243.4.4基于相位差的相位校正.253.4.5非同步采樣數(shù)據(jù)的同步化.264硬件電路和軟件程序的設計.274.1硬件電路的設計與功能實現(xiàn).274.2主要芯片功能簡介.274.2.1主要性能.28畢業(yè)論文電參數(shù)非同步采樣算法的研究24.2.2主要引腳功能.284.3軟件的設計.294.3.1測量主程序.294.3.2測量被測信號周期子程序.304.3.3采樣、轉換、存儲子程序.315總結和展望.32鳴謝.33參考文獻.34畢業(yè)論文電參數(shù)非同步采樣算法的研究3摘要由于實際電網(wǎng)信號的頻率通常會在額定頻率附近波動，很難保證對信號的同步采樣，F(xiàn)FT算法的泄漏現(xiàn)象和柵欄效應將會導致較大的測量誤差。本論文對電參數(shù)在非同步采樣時的測量誤差進行了分析，得出一般情況下的誤差估計；針對典型算法（復化矩形算法和復化梯形算法）給出準確的誤差公式，并由此得到減小誤差的方法，從軟、硬件兩個方面綜合分析了幾種常用的預防、補償措施的優(yōu)缺點，表明這些方法提高了信號的分析精度和測量參數(shù)的可信度，這些結論可為交流采樣技術的電力參數(shù)測量儀表在設計時進行誤差分析提供參考。關鍵詞：FFT算法；測量誤差；復化矩形算法；復化梯形算法。畢業(yè)論文電參數(shù)非同步采樣算法的研究4ABSTRACTKEYWORDS:畢業(yè)論文電參數(shù)非同步采樣算法的研究51緒論1.1研究本文的目的和意義隨著科學的進步、工農(nóng)業(yè)的發(fā)展、人均生活水平的不斷提高，用電量也在不斷地增大。如何提高對電參量的準確測量一直是科研工作者冥思苦想的課題之一。由于傳感器、模擬數(shù)字轉換器(ADC)、微處理器(mP&P)、存儲器(RAM&ROM)等器件不斷地微型化、高度集成化，測量電參量的電子式儀表因其便攜、微型、高精度而倍受青睞。測量電參量的方法可分為模擬電路測量法和采樣計算測量法。模擬電路測量法準確度高、穩(wěn)定性好，但不適用于多參數(shù)測量；采樣計算測量法不僅適用于多參數(shù)測量，且其優(yōu)點與核心技術之一是誤差的補償。目前采樣計算測量法包括直流采樣法和交流采樣法。直流采樣法是先將交流量整流為直流量，測量其直流量后，通過固定公式換算為有效值。這種方法設計簡單、計算方便，但也存在整流電路參數(shù)難于調(diào)整及被測波形的影響很大的缺點。當被測信號為工頻正弦量、諧波污染較嚴重時，誤差可達10%以上。因此，這種方法已經(jīng)逐漸被交流采樣法所代替。交流采樣法是按照采樣定理對被測信號的瞬時值進行時間上的離散和幅值上的量化，再應用某種數(shù)值計算方法求得被測量。因此應用交流采樣法產(chǎn)生的誤差主要是由數(shù)值計算方法本身的算法誤差、ADC的速度、位數(shù)以及微處理器的速度來決定。當今，微電子技術的飛速發(fā)展，使微處理器和ADC無論在速度與位數(shù)上都有很大的提高，因此在硬件一定的前提下，如何尋求好的采樣方法或與硬件相配合來減小誤差，是十分必要的。采樣計算測量法一般來說分為等間隔同步采樣法、等間隔非同步采樣法、準同步采樣法。等間隔同步采樣法是1974年由美國國家標準局(NBS)的Raymond.S.Tungel首先提出的，主要采用鎖相環(huán)路技術，雖然硬件同步電路具有速度高、誤差小等特點，但當采樣路數(shù)的增加時會使設計成本成倍上升。1982年M.F.Matouka采用非同步采樣法研制出用于測量非正弦系統(tǒng)的功率、電能表，其準確度優(yōu)于0.5%，所以等間隔非同步采樣法很難達到較高的準確度。等間隔準同步采樣法是清華大學戴先中于1984年提出的，其優(yōu)點是通過適當增加算法的迭代次數(shù)和采樣數(shù)據(jù)量，可以達到較高的準確度。然而，是以更多的采樣周期和采樣點數(shù)、更大的數(shù)據(jù)量和更長的運算時間為代價的。綜上所述，針對系統(tǒng)的實際情況，合理選擇采樣方法進行數(shù)據(jù)處理是提高測量準確度的重要環(huán)節(jié)。研究一種所需硬件成本較低、準確度更高、運算時間較短的采樣計算測量法對對指導產(chǎn)品設計、提供參數(shù)、解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題和對提高數(shù)字測量理論水平、進而指導高精度電子式智能儀器的研制具有十分重要的理論和實際意義。畢業(yè)論文電參數(shù)非同步采樣算法的研究61.2國內(nèi)外研究概況一般地，設對周期為T的被測信號f(t)，在m個周期上采n個點，且采樣周期為ts，令T=nts-mT，T稱作周期偏差。在理想情況下，當T=0時，稱為等間隔同步采樣法；當T0時，稱為等間隔非同步采樣法。一般地，除硬件鎖相同步技術外，都是非同步的。因此非同步采樣法在采樣計算測量理論中有著重要地位。1982年M.F.Matouka應用非同步采樣法，并研制出用于測量非正弦系統(tǒng)的功率、電能表，其準確度優(yōu)于0.5%。1984年美國NBS的GerardN.Stenbakken等研究了等間隔非同步采法的誤差并在其基礎上設計了數(shù)字功率表，其準確度優(yōu)于0.1%。1987年新西蘭的AndrewC.Corney采用非同步采樣法研制的數(shù)字功率表在工頻范圍內(nèi)準確度達0.015%。在非同步采樣法中又分為過零起始點采樣法和非過零起始點采樣法。一般地，非過零起始點采樣法的誤差要比過零起始點采樣法減少12個數(shù)量級。1.3本文研究的內(nèi)容九十年代隨著電力工業(yè)的發(fā)展，用于電力計量領域的采樣計算測量式儀表的研制與開發(fā)及批量生產(chǎn)均較為成功，取得了明顯的社會經(jīng)濟效益。這極大地促進了對采樣計算式測量儀表的分析與研究。對各種采樣方法的改進有