CN107037759B - 一种电力电子装置用单周期固定点数采样器 - Google Patents

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Abstract

一种电力电子装置用单周期固定点数采样器，包括采样模块、乘法比较模块、第一滤波模块、PI调节模块和第二滤波模块。采样模块将采集到的采样电流信号VAD(t)送至乘法比较模块与系统内部同步信号M(t)进行乘法比较后，再经第一滤波模块进行滤波处理，得到输出的电压信号为VS(t)；输出的电压信号经PI调节模块进行PI调节，得到误差信号VPI(t)；再经第二滤波模块滤波处理，得到△e(t)。本发明实现程序简单，稳定性高，在采样对象有谐波的情况下也能得到稳定的结果。

Description

一种电力电子装置用单周期固定点数采样器
技术领域
本发明涉及一种电力电子装置用单周期固定点数采样器，属电力电子技术领域。
背景技术
随着电力电子技术的迅猛发展，采样这一环节使用的越来越多，越来越重要，采样的精度更是一个核心的环节，对数据处理结果的影响是至关重要的。
大部分的数据采样都是设置一个固定采样频率，忽视了采样信号的频率变化。这样采样的结果会不精确。
发明内容
本发明的目的是，为了能够在采样信号波动和有谐波干扰的情况下，准确在单个周期采样固定点数，便于处理器精确的对采样数据进行处理，本发明公开一种电力电子装置用单周期固定点数采样器。
本发明的技术方案如下：一种电力电子装置用单周期固定点数采样器采样方法步骤如下：
(1)将采集到的采样电流信号VAD(t)与系统内部同步信号M(t)进行乘法比较后再进行滤波处理，得到输出的电压信号为VS(t)；
(2)将VS(t)经过PI调节并且进行一次递推求平均滤波处理得到Δe(t)信号；
(3)系统计数，当计数值为Δe(t)与系统常数C之和等于系统计数值时，进行一次采样，同时也给同步输入信号一个取值信号，则在一个周期期间，即进行了单周期固定采样点数n次采样。
所述采样电流信号VAD(t)得到输出电压信号VS(t)的表达式如下：
设输入信号为：VAD(t)＝VADcos[ωit+θi(t)] (1)
式中，VAD为输入信号的振幅；ωi为输入信号角频率；θi(t)为输入信号以其ωi为参考的瞬时相位角；
控制系统内部同步信号为：M(t)＝VMsin(ω0t) (2)
式中，VM为控制系统内部同步信号的振幅；ω0为控制系统内部同步信号角频率；
控制系统内部同步信号是由系统内部的查找表获得，系统每进行一次采样，既是对外部信号的一次采样，也是通过查找表对内部同步信号进行一次取值，每次取值结果为：
t＝cnt*p/n+K1*p；
则，M(t)＝VMsinω0(cnt*p/n+K1*p)；
其中，cnt为系统在一个周期中进行过采样的次数，每采样一次，cnt加1,当cnt等于n后清零，K1为正整数，p为周期值；
动态情况下，两信号的频率不同，为简化运算，以ω0为参考频率，重新定义输入信号的瞬时相位，即：
ωit+θi(t)＝ω0t+[(ωi-ω0)t+θi(t)]＝ω0t+θ1(t) (3)
式中，
为压控振荡器的固有频差；
输入信号及控制系统内部同步信号经乘法鉴相器之后的输出电压信号Vs(t)为：
式中K为乘法器的比例系数；
由式(5)可以看出，等式右边有2ω0t的正弦项(二次谐波)，采用一个递推求平均的低通滤波器即可滤除其中的二次谐波，则乘法器中的输出电压信号可简化为：
令则式(6)写为：Vs(t)＝Vssin[θ1(t)]。
所述VS(t)经过PI调节并且进行一次递推求平均滤波处理得到被采样信号的周期偏差值的调节信号Δe(t)的步骤如下：
式中Kp为比例系数；Ki为积分系数；
再对VPI(t)进行递推求平均，求得Δe(t)：
Δe(t)＝VPI(t)+SUMFIFO(t)+FIFO(t)；
其中，SUMFIFO(t)为此周期的输入信号总和；FIFO(t)为前一个周期输入的此信号。
所述系统计数，当计数值为Δe(t)与系统常数c之和等于系统计数值时，即进行一次采样，同时也给同步输入信号一个取值信号；对同步输入信号的取值信号进行加一操作，同时也得到一个同步输入信号；则在一个周期期间，即进行了单周期固定采样点数n次采样；采样周期P为：
P＝{n*[c+Δe(t)]}/Fclk；c+Δe(t)＝Fclk*P/n；
式中，Fclk为本FPGA系统的输入时钟频率，c为系统常数。
本发明一种电力电子装置用单周期固定点数采样器，包括采样模块、乘法比较模块、第一滤波模块、PI调节模块和第二滤波模块。采样模块将采集到的采样电流信号VAD(t)送至乘法比较模块与系统内部同步信号M(t)进行乘法比较后，再经第一滤波模块进行滤波处理，得到输出的电压信号为VS(t)；输出的电压信号经PI调节模块进行PI调节，得到误差信号VPI(t)；再经第二滤波模块滤波处理，得到Δe(t)。
本发明的有益效果在于，本发明对于被采样的周期有变化的信号进单周期固定次数采样，对采样信号进行数字信号处理的时候，可以提高数字处理结果的准确度。此外本发明实现程序简单，稳定性高，在采样对象有谐波的情况下也能得到稳定的结果。
附图说明
图1是本发明实施例中电力电子装置用单周期固定点数采样器的模块框图；
图2是本发明实施例中PI调节的可视化编程逻辑框图；
图3是本发明实施例中递推求平均滤波的可视化编程逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示：本实施例一种电力电子装置用单周期固定点数采样器实现采样方法的主要流程依次为：采集电力电子装置信号、信号比较及滤波、PI调节、误差信号滤波、计数器计数及进行固定次数采样；具体步骤如下：
(1)采集电力电子装置信号：
设定程序执行计数器，对系统时钟信号进行计数，每计数到c+Δe(t)，就进行一次采样，其中c为系统固定参数，Δe(t)为求得的误差信号，其中c+Δe(t)＝Fclk*P/n。
(2)信号比较及滤波：
(3)PI调节：
如图2所示，利用比例放大器和积分环节对IS(t)信号进行比例积分调节，得到误差信号VPI(t)，
(4)误差信号滤波
如图3所示，将误差信号VPI(t)进行滤波处理，得到Δe(t)。
(5)计数器计数及进行固定次数采样。

Claims (4)

1.一种电力电子装置用单周期固定点数采样器，其特征在于，所述采样器包括采样模块、乘法比较模块、第一滤波模块、PI调节模块和第二滤波模块；采样模块将采集到的采样电流信号送至乘法比较模块与系统内部同步信号进行乘法比较后，再经第一滤波模块进行滤波处理，得到输出的电压信号为VS(t)；输出的电压信号经PI调节模块进行PI调节，得到误差信号；再经第二滤波模块滤波处理，得到Δe(t)；
所述采样器的采样方法步骤如下：
(1)将采集到的采样电流信号VAD(t)与系统内部同步信号M(t)进行乘法比较后再进行滤波处理，得到输出的电压信号为VS(t)；
(2)将VS(t)经过PI调节并且进行一次递推求平均滤波处理得到Δe(t)信号；
(3)系统计数，当计数值为Δe(t)与系统常数c之和等于系统计数值时，进行一次采样，同时也给同步输入信号一个取值信号，则在一个周期期间，即进行了单周期固定采样点数n次采样。
2.根据权利要求1所述的一种电力电子装置用单周期固定点数采样器，其特征在于，所述采样电流信号VAD(t)得到输出电压信号VS(t)的表达式如下：
设输入信号为：VAD(t)＝VADcos[ωit+θi(t)] (1)
式中，VAD为输入信号的振幅；ωi为输入信号角频率；θi(t)为输入信号以其ωi为参考的瞬时相位角；
控制系统内部同步信号为：M(t)＝VMsin(ω0t) (2)
式中，VM为控制系统内部同步信号的振幅；ω0为控制系统内部同步信号角频率；
控制系统内部同步信号是由系统内部的查找表获得，系统每进行一次采样，既是对外部信号的一次采样，也是通过查找表对内部同步信号进行一次取值，每次取值结果为：
t＝cnt*p/n+K1*p；
则，M(t)＝VMsinω0(cnt*p/n+K1*p)；
其中，cnt为系统在一个周期中进行过采样的次数，每采样一次，cnt加1,当cnt等于n后清零，K1为正整数，p为周期值；
动态情况下，两信号的频率不同，为简化运算，以ωo为参考频率，重新定义输入信号的瞬时相位，即：
ωit+θi(t)＝ω0t+[(ωi-ω0)t+θi(t)]＝ω0t+θ1(t) (3)
式中，
为压控振荡器的固有频差；
输入信号及控制系统内部同步信号经乘法鉴相器之后的输出电压信号Vs(t)为：
式中K为乘法器的比例系数；
由式(5)可以看出，等式右边有2ω0t的正弦项，2ω0t的正弦项为二次谐波，采用一个递推求平均的低通滤波器即可滤除其中的二次谐波，则乘法器中的输出电压信号可简化为：
令则式(6)写为：Vs(t)＝Vssin[θ1(t)]。
3.根据权利要求1所述的一种电力电子装置用单周期固定点数采样器，其特征在于，所述VS(t)经过PI调节并且进行一次递推求平均滤波处理得到被采样信号的周期偏差值的调节信号Δe(t)的步骤如下：
式中Kp为比例系数；Ki为积分系数；
再对VPI(t)进行递推求平均，求得Δe(t)：
Δe(t)＝VPI(t)+SUMFIFO(t)+FIFO(t)；
其中，SUMFIFO(t)为此周期的输入信号总和；FIFO(t)为前一个周期输入的此信号。
4.根据权利要求1所述的一种电力电子装置用单周期固定点数采样器，其特征在于，所述系统计数，当计数值为Δe(t)与系统常数c之和等于系统计数值时，即进行一次采样，同时也给同步输入信号一个取值信号；对同步输入信号的取值信号进行加一操作，同时也得到一个同步输入信号；则在一个周期期间，即进行了单周期固定采样点数n次采样；采样周期P为：
P＝{n*[c+Δe(t)]}/Fclk；c+Δe(t)＝Fclk*P/n；
式中，Fclk为本系统的输入时钟频率，c为系统常数。
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