LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Цифрові перетворювачі енергетичних характеристик на основі малохвильового перетворення сигналів

набагато нижчий ніж корисного сигналу, так і оцінювати значення активної потужності безпосередньо в даній області. Згадане фільтрування сигналів напруги та струму може здійснюватися шляхом порогування, тобто відкидання частини малохвильових коефіцієнтів, рівень яких менший від наперед заданого, або ж квантування малохвильових коефіцієнтів з наступним їх ентропійним кодуванням. Проведення таких операцій одночасно дає можливість усувати надлишковість інформації і може ефективно використовуватися для компресії сигналів, що розглядаються.

З метою отримання певних якісних характеристик в роботі проведене комп'ютерне моделювання процесу вимірювання активної потужності з використанням малохвильового перетворення сигналів на основі прикладного пакету MATLAB 6.0.

Моделювання процесу вимірювання періодичних сигналів проводилось на основі розробленої схеми комп'ютерного моделювання при зміні рівня активної потужності в широких межах на частоті вхідних сигналів 50 Гц. Імітовані вхідні сигнали і мали першу, п'яту і сьому гармоніки, причому їх рівень змінювався для п'ятої від 0,3 до 1, а сьомої від 0,05 до 0,5. Результати досліджень показали, що похибка вимірювання запропонованим способом відрізняється від прийнятого зразкового на соті долі процента у всьому динамічному діапазоні зміни вхідних сигналів.

При моделюванні процесу вимірювання активної потужності синусоїдальних та періодичних сигналів з накладанням завад проводились дослідження впливу завад на результат вимірювання активної потужності, які накладалися на вхідні сигнали напруги та струму і представляли білий шум з гауссівським та рівномірним розподілом. На імітовані вхідні сигнали і безпосередньо, одночасно накладалися різні типи шумів, рівень яких змінювався від 15% до 50% від рівня максимальної амплітуди сигналу. З цією метою розроблена схема комп'ютерного моделювання даного процесу. На рис. 2 наведена залежність похибки вимірювання активної потужності від процентного вмісту корельованого шуму з гауссівським розподілом у максимальних вхідних сигналах і 93%-ному порогуванні.



Загалом результати комплексних досліджень даного процесу показують, що запропонована схема вимірювання активної потужності забезпечує на порядок вищу завадостійкість порівняно з традиційною схемою, особливо в тих випадках, коли завади є корельованими. Результати вимірювань практично не залежать від типу завад в усьому динамічному діапазоні зміни вхідних періодичних сигналів, а лише залежать від рівня порогування малохвильових коефіцієнтів. Оскільки при порогуванні пропускається лише частина перетвореного сигналу (в даному випадку 7%), то кількість обчислень суттєво зменшується, а значить зростає швидкодія вимірювань.

Аналогічні дослідження проводились при вимірюванні миттєвої потужності і енергії неперіодичних сигналів. Результати моделювання показали подібність їх якісних характеристик до тих, які були отримані при перетворенні періодичних сигналів.

В роботі одержано вираз для визначення реактивної потужності сигналу в малохвильовій області, який по відношенню до масштабу і малохвильових рівнів, має наступний вигляд [3]

,

де і представляють масштабні і малохвильові коефіцієнти квадратурної напруги відповідно на рівнях і та часі .

Для вимірювання реактивної потужності використовуються ланки -го фазоповертання, на виходах яких формуються квадратурні напруги і синфазні струми . Порівняно з аналоговими ланками цифрові ланки фазоповертання звичайно забезпечують більшу точність, оскільки їх цифрові коефіцієнти не змінюються від температури або дрейфу. В роботі розглядаються основні методи побудови цифрових ланок фазоповертання стосовно забезпечення низького рівня фазової похибки в широкому діапазоні частот.

Для моделювання процесу вимірювання реактивної потужності з малохвильовим перетворенням сигналів також розроблена схема комп'ютерного моделювання процесу вимірювання. Аналогічно як і при моделюванні процесу вимірювання активної потужності в даному випадку розглядаються два типи вимірювань, а саме моделювання процесу вимірювання реактивної потужності періодичних сигналів та процесу вимірювання синусоїдальних та періодичних сигналів з накладанням завад. Отримані результати досліджень показують, що запропонована схема вимірювання реактивної потужності має завадостійкість більш ніж на порядок вищу в порівнянні з традиційною схемою, а її точність може сягати сотих часток відсотка у всьому динамічному діапазоні зміни вхідних сигналів. При цьому зміна рівня вищих гармонічних складових у вхідних сигналах мало впливає на точність вимірювання навіть коли їх значення сягає 100% для п'ятої та 50% для сьомої гармонік.

В четвертому розділі проведено аналіз похибок дискретного малохвильового перетворювача. Оскільки основними структурним елементами такого перетворювача є ЦФ, то в роботі проаналізовані першочергово їх похибки. Показано, що основними складовими похибки ЦФ є: похибки, обумовлені квантуванням сигналів (скінчене число розрядів); похибки, обумовлені квантуванням коефіцієнтів фільтра; похибки, обумовлені обмеженим числом розрядів процесора, тобто округленням результатів арифметичних операцій. На основі проведеного аналізу отримана математична модель результуючої похибки малохвильового перетворювача, яка має наступний вигляд

, (4)

де – похибка квантування вихідного сигналу, яка зумовлена квантуванням вхідного сигналу ЦФ; – похибка обумовлена квантуванням коефіцієнтів ЦФ; – похибка округлення, яка зумовлена обмеженим числом розрядів процесора; – число рівнів малохвильового перетворення.

Виходячи з отриманих результатів теоретичних досліджень можна стверджувати, що на точність перетворення активної потужності з використанням малохвильового перетворення сигналів найбільшою мірою впливають рівень вхідних сигналів, число розрядів двійкових кодів сигналів, що перетворюються, та кількість рівнів малохвильового перетворення. Саме за цими показниками в роботі проводились відповідні випробування і аналізувались отримані результати. Експериментальні дослідження перетворювача активної потужності на основі малохвильового перетворення сигналів показали, що зведена похибка перетворення не перевищує 0,05% при виконанні перетворень сигналів з 4 десятковими розрядами в усьому динамічному діапазоні зміни вхідних сигналів.

На основі проведених теоретичних і практичних досліджень розроблено макет завадостійкого вимірювача активної потужності з малохвильовим перетворенням сигналів, експериментальні дослідження якого показали, що його зведена похибка не перевищує 0,1% при виконанні перетворень сигналів з 12 - ма двійковими розрядами в усьому динамічному діапазоні зміни вхідних сигналів, а зведена похибка вимірювання потужності при і 30% вмісті корельованого шуму не перевищує 0,4%. Сформульовані вимоги до основних функціональних вузлів схеми і вказані особливості їх побудови, які враховані при розробленні.

В роботі наведені основні вимоги до метрологічного забезпечення завадостійкого цифрового