CN103267896A - 周期信号初相角的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种周期信号初相角的测量方法，其包括以下步骤：S1、等间隔采样被测周期信号W个采样数据{f(i),i=0,1,…,W-1}；S2、采用谐波分析方法获取被测周期信号的m次谐波的谐幅值Ak和谐相角
S3、根据谐幅值Ak和谐相角
计算周期信号的初相角
。本发明获得高精度的初相角测量结果，从而提高基于初相角理论的电力设备状态监测、信号采集与分析、通信、自动控制等领域仪器设备的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量方法，特别是涉及一种周期信号初相角的测量方法。
背景技术
所谓周期信号初相角，指的是对于一周期信号f(t)＝f(t+kT)，其中：k∈Z为整数，T为周期。初相角
其中：t0为离原点最近的过零点。
周期信号初相角的测量在电力设备状态监测、信号采集与分析、通信、自动控制等领域有着重要的意义。常用的初相角测量方法有过零时间法和电压法等。过零时间法是检测周期信号从测量起点到过零点的时间差，该方法需要精确确定过零点时间和高精度计时装置，但常规的确定过零点的方法往往存在较大误差。电压法是测量正弦波在测量起点附近的电压然后通过正弦关系来计算相位差，在有谐波情况下，使用电压法测量得到的相位角和电压幅值是各次谐波矢量叠加波形的相位角和电压幅值，并不符合正弦特性，也就带来较大的测量误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种周期信号初相角的测量方法，其获得高精度的初相角测量结果，从而提高基于初相角理论的电力设备状态监测、信号采集与分析、通信、自动控制等领域仪器设备的质量。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种周期信号初相角的测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、等间隔采样被测周期信号W个采样数据{f(i),i=0,1,…,W-1}；
S2、采用谐波分析方法获取被测周期信号的m次谐波的谐幅值Ak和谐相角
S3、根据谐幅值Ak和谐相角
计算周期信号的初相角
。
优选地，所述步骤S1的等间隔采样是根据进行初相角测量的信号的周期T和频率f，在一个周期内采样N点，即采样频率为fs=Nf，且N≥64。
优选地，所述步骤S1采样W个采样点数据是根据所选择的谐波分析方法而作相应选择，理论上m不应小于被测周期信号离散频谱的最高谐波次数。优选地，所述步骤S3根据谐幅值Ak和谐相角
解初相角方程
计算周期信号的初相角
，k∈Z为整数。
优选地，所述初相角方程中最高谐波分析次数m由被测周期信号的最高谐波次数和所要求的分析精度而作相应选择。
优选地，所述初相角方程的求解通过牛顿迭代法来实现，其步骤为：
S31、取
（基波初相角）；
S32、代入
计算
S33、代入计算
S34、用计算获得的
计算新的
；
S35、重复步骤S32、S33、S34直至
收敛或者满足精度要求。
本发明的积极进步效果在于：（1）全数字的测量过程：本发明所述的初相角测量方法在测量过程中只需要根据采样频率fs对被测周期信号进行采样，然后按照谐波分析方法和初相角方程进行运算就可以获得初相角
。测量过程中不需要添加其它的硬件电路，全数字实现。（2）高精度的测量结果：本发明所述的初相角测量方法测量精度由周期内采样点数N和所选择的谐波分析方法决定，运算过程一般不带来测量误差，可以获得极高精度的测量结果。
附图说明
图1为本发明周期信号初相角的测量方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明周期信号初相角的测量方法包括以下步骤：
S1、等间隔采样被测周期信号W个采样数据{f(i),i=0,1,…,W-1}；等间隔采样是根据进行初相角测量的信号的周期T和频率f，在一个周期内采样N点，即采样频率为fs=Nf，且N≥64。采样W个采样点数据是根据所选择的谐波分析方法而作相应选择。如离散傅里叶变化（DFT）法或快速傅里叶变化（FFT）法时W=nN（n为采样的周期数）；准同步谐波分析法由积分方法决定，常用的积分方法有复化梯形积分方法W=nN、复化矩形积分方法W=n(N-1)、复化辛普森积分方法W=n(N-1)/2等。本发明不特定某一种谐波分析方法。
S2、采用谐波分析方法获取被测周期信号的m次谐波的谐幅值Ak和谐相角
S3、根据谐幅值Ak和谐相角
计算周期信号的初相角。根据谐幅值Ak和谐相角
解初相角方程
计算周期信号的初相角
。初相角方程中最高谐波分析次数m由被测周期信号的最高谐波次数和所要求的分析精度而作相应选择，理论上m不应小于被测周期信号离散频谱的最高谐波次数。
初相角方程的求解通过牛顿迭代法来实现，其步骤为：
S31、取
（基波初相角）；
S32、代入计算
；
S33、代入
计算
S34、用计算获得的
计算新的
；
S35、重复步骤S32、S33、S34直至
收敛或者满足精度要求。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。
Claims (6)
1.一种周期信号初相角的测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、等间隔采样被测周期信号W个采样数据{f(i),i=0,1,…,W-1}；
S2、采用谐波分析方法获取被测周期信号的m次谐波的谐幅值Ak和谐相角
S3、根据谐幅值Ak和谐相角
计算周期信号的初相角。
2.如权利要求1所述的周期信号初相角的测量方法，其特征在于，所述步骤S1的等间隔采样是根据进行初相角测量的信号的周期T和频率f，在一个周期内采样N点，即采样频率为fs=Nf，且N≥64。
3.如权利要求1所述的周期信号初相角的测量方法，其特征在于，所述步骤S1采样W个采样点数据是根据所选择的谐波分析方法而作相应选择。
4.如权利要求1所述的周期信号初相角的测量方法，其特征在于，所述步骤S3根据谐幅值Ak和谐相角
解初相角方程
计算周期信号的初相角
，k∈Z为整数。
5.如权利要求4所述的周期信号初相角的测量方法，其特征在于，所述初相角方程中最高谐波分析次数m由被测周期信号的最高谐波次数和所要求的分析精度而作相应选择，理论上m不应小于被测周期信号离散频谱的最高谐波次数。
6.如权利要求4所述的周期信号初相角的测量方法，其特征在于，所述初相角方程的求解通过牛顿迭代法来实现，其步骤为：
S31、取
（基波初相角）；
S32、代入
计算
；
S33、代入
S34、用计算获得的计算
；
计算新的
；
S35、重复步骤S32、S33、S34直至
收敛或者满足精度要求。
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