CN108761353A - 一种基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法，采用固定采样周期的方法，通过仿真计算得到不同频率下的可能采样点数及其对应的误差；通过过零点来判别实际信号周期，同时得到一个信号周期的实际采样点数及实际有效值；永磁励磁机线电压整形为同频率方波，经捕获计算出实际信号频率；由仿真数据得到该频率下可能的采样点数及其误差；进而得到实际采样点数下的误差，计算出校正后的信号有效值。本发明提出的基于误差校正的航空变频交流信号采样方法采用固定采样周期的方法，使得采样中断相对于其他中断具有固定性，便于调压、保护、自检和通讯等功能的实现；同时减小变频带来的有效值计算误差，提高发电系统稳态性能。

Description

一种基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法

技术领域

本发明公开了一种基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法，属于航空变频发电系统的数字采样技术领域。

背景技术

变频电源系统以其结构简单、重量轻、体积小、效率高等优点越来越受重视，其将成为今后大中型飞机电源系统的重要发展方向之一。由于变频交流电源额定频率一般为360～800Hz，较恒频交流调压系统、高低压直流调压系统，变频交流调压系统变频交流信号的采样可能会存在较大误差。

对于交流发电系统，需要采样三相电压、电流的有效值。在变频交流发电系统里面，电压、电流频率是变化的，因此要实现整周期采样必须跟随频率的变化。可以通过改变采样间隔周期或采样计算点数实现整周期计算。但是系统一般包含调压、保护、自检和通讯等功能。改变采样间隔周期的方法使得采样中断的间隔时间跟随频率在变化，采样中断相对于其他中断具有不固定性，这对整体系统的中断管理影响比较大，不便于对整体软件的实现，一般不采用该种方式。而固定采样周期的方法一般会有计算误差。

可以看出，需要一种改进的方法来使有效值计算更加精准，在采用固定采样周期的方法下，减小一个周期频率变化带来的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法，在采用固定采样周期的方法下，减小一个周期初始采样点变化和频率变化带来的误差，使得有效值计算更加精准。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法包括如下步骤：

1.一种基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A.1)，在固定采样周期f_s下，对不同频率f信号进行有效值仿真计算，得到在每个信号周期中不同采样点数下的偏差，将其保存为为数组；

步骤A.2)，根据过零点来判断一个信号周期的开始与结束，通过计数得到一个信号周期内的实际采样点数N，并求得这些点采样值的平方和S_m；

步骤A.3)，永磁励磁机的输出线电压经过调理整形电路变为同频率的方波，送到DSP捕获口计算得到永磁励磁机频率f_PMG；

步骤A.4)，然后根据永磁励磁机频率f_PMG与主发电机频率f的关系，计算得到主发电机交流信号的频率f，计算得到可能的实际采样点数N_c；

步骤A.5)，根据步骤A.2)累加得到的采样点数N和步骤A.4)计算得到的可能实际采样点数N_c，查数组得到该交流信号周期的有效值计算偏差；

步骤A.6)，由平方和S_m计算得到有效值，然后根据步骤A.5)计算的偏差校正得到该交流信号周期准确的有效值；

2.根据权利要求1所述的计算每个信号周期中不同采样点数下的偏差，其特征在于，计算每个信号周期中不同采样点数下的偏差具体步骤如下：

步骤B.1)，根据频率f、采样周期f_s、和采样点数N推导得到：

其中T_s＝2πf·1/f_s，为采样间隔(弧度值)；U_rms为理论有效值；U`_rms为计算有效值。

步骤B.2)，通过仿真计算，在某一频率下，计算的有效值误差只与采样点数N有关；在采样点数相同的情况下，不同初始采样位置α计算的有效值误差近似相等。

步骤B.3)，仿真计算得到不同频率下的可能采样点数N_fmax和N_fmin(一个信号周期内最多2种可能采样点数)及其对应的误差。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明提出的基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法采用固定采样周期的方法，使得采样中断相对于其他中断具有固定性，便于调压、保护、自检和通讯等功能模块的实现；

2.本发明提出的基于误差校正的航空变频交流信号采样方法可以减小变频带来的有效值计算误差，提高发电系统稳态性能。

附图说明

图1为常用航空变频交流采样系统框图；

图2为一次定时器中断的有效值计算流程；

图3为不同初始采样位置α下采样点数；

图4为不同初始采样位置α下计算的有效值；

图5为相同初始采样位置α不同信号频率下计算的有效值；

图1常用航空变频交流采样系统硬件电路主要由永磁励磁机信号处理电路、采样预处理电路、数字信号处理器DSP2812组成；其软件主要由AD采样及校正部分、永磁励磁机频率捕获计算部分、三相电压电流有效值计算部分组成。图3为不同初始采样位置α下采样点数，横坐标表示初始采样位置α，纵坐标表示采样点数N；图4为不同初始采样位置α下计算的有效值大小，横坐标表示初始采样位置α，纵坐标表示计算的有效值大小；图5为相同初始采样位置α＝0下，不同信号频率下计算的有效值，横坐标表示信号频率，纵坐标表示计算的有效值大小。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开了一种基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法，采用固定采样周期的方法，通过仿真计算得到不同频率下的可能采样点数N_fmax和N_fmin及其对应的误差，将其保存为数组；然后根据永磁励磁机得到的采样信号频率f计算得到可能采样点数，将其与实际采样点数对比，根据误差数组计算得到有效值计算误差，具体包括如下步骤：

步骤A.1)，在固定采样周期f_s下，采样信号的离散表达式如式(1)所示，对不同频率400Hz～641Hz交流信号进行有效值仿真计算，得到在每个信号周期中不同采样点数下的偏差，将其保存为为二维数组；二维数组包含5列，分别为信号频率、大值采样点数N_max、大值采样点数误差、小值采样点数N_min和小值采样点数误差；

步骤A.2)，根据过零点来判断一个信号周期的开始与结束，通过计数得到一个信号周期内的实际采样点数N，并求得这些点采样值的平方和S_m，其表达式如式(1)：

步骤A.3)，永磁励磁机的输出线电压经过调理整形电路变为同频率的方波，送到DSP捕获口计算得到永磁励磁机频率f_PMG；

步骤A.4)，然后根据永磁励磁机频率f_PMG与主发电机频率f的关系，计算得到主发电机交流信号的频率f，根据数组第一列频率大小找到采样信号f所在的一行或者两行。对于频率f介于两行之间的情况，则需要对比四种可能采样点数，将相同采样点数的误差取平均值，综合得到可能的实际采样点数N_c；

步骤A.5)，根据步骤A.2)累加得到的采样点数N和步骤A.4)计算得到的可能实际采样点数N_c，查数组得到该交流信号周期的有效值计算偏差C；

步骤A.6)，由平方和S_m计算得到有效值，然后根据步骤A.5)计算的偏差校正得到该交流信号周期准确的有效值；

2.根据权利要求1所述的计算每个信号周期中不同采样点数下的偏差，其特征在于，计算每个信号周期中不同采样点数下的偏差具体步骤如下：

步骤B.1)，根据频率f、采样周期f_s、和采样点数N推导得到：

其中T_s＝2πf·1/f_s，为采样间隔(弧度值)；U_rms为理论有效值；U_rms为计算有效值。

步骤B.2)，通过仿真计算，在450Hz频率下，改变初始采样位置α，可能的采样点数如图2所示(23个或22个)，图3为初始采样位置α下计算的有效值，由图2和图3可以发现计算的有效值大小只与采样点数N有关；在采样点数相同的情况下，不同初始采样位置α计算的有效值误差近似相等。在相同初始采样位置α不同信号频率下，得到如图4所示的有效值，可以发现随着频率的变化，有效值的误差也在改变。

步骤B.3)，综上，在一个信号周期内的实际采样点数和信号频率的大小会影响固定采样周期下有效值的计算误差。通过仿真计算得到400Hz～641Hz频率下的可能采样点数N_max和N_min(一个信号周期内最多2种可能采样点数)及其对应的误差。对于500Hz，只有一种采样点数，则将其采样点数和误差保存两次。

本发明公开了一种基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法，采用固定采样周期的方法，通过仿真计算得到不同频率下的可能采样点数及其对应的误差；然后根据永磁励磁机得到的采样信号频率计算得到可能采样点数，将其与实际采样点数对比，根据误差数组计算得到有效值计算误差，根据误差进行有效值校正。本发明提出的基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法，使得采样中断相对于其他中断具有固定性，便于调压、保护、自检和通讯等功能模块的实现；同时可以减小变频带来的有效值计算误差，提高发电系统稳态性能。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于误差校正的航空宽变频电源信号有效值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A.1)，在固定采样周期f_s下，对不同频率信号进行有效值仿真计算，得到在每个信号周期中不同采样点数下的偏差，将其保存为为数组；

步骤A.2)，根据过零点来判断一个信号周期的开始与结束，通过计数得到一个信号周期内的实际采样点数N，并求得这些点采样值的平方和S_m；

步骤A.3)，永磁励磁机的输出线电压经过调理整形电路变为同频率的方波，送到DSP捕获口计算得到永磁励磁机频率f_PMG；

步骤A.4)，然后根据永磁励磁机频率f_PMG与主发电机频率f的关系，计算得到主发电机交流信号的频率f，计算得到可能的实际采样点数N_c；

步骤A.5)，根据步骤A.2)累加得到的采样点数N和步骤A.4)计算得到的可能实际采样点数N_c，查数组得到该交流信号周期的有效值计算偏差；

步骤A.6)，由平方和S_m计算得到有效值，然后根据步骤A.5)计算的偏差校正得到该交流信号周期准确的有效值。

2.根据权利要求1所述的计算每个信号周期中不同采样点数下的偏差，其特征在于，计算每个信号周期中不同采样点数下的偏差具体步骤如下：

步骤B.1)，根据频率f、采样周期f_s、和采样点数N推导得到：

其中T_s＝2πf·1/f_s，为采样间隔(弧度值)；U_rms为理论有效值；U`_rms为计算有效值。

步骤B.2)，通过仿真计算，在某一频率下，计算的有效值误差只与采样点数N有关；在采样点数相同的情况下，不同初始采样位置α计算的有效值误差近似相等。

步骤B.3)，仿真计算得到不同频率下的可能采样点数N_fmax和V_fmin(一个信号周期内最多2种可能采样点数)及其对应的误差。