CN116614130B - 一种供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟方法 - Google Patents

一种供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟方法,涉及供热系统数字模拟转换技术领域,数字电路部分为信号处理单元提供可变采样时钟,按照可变采样时钟进行数模转换,产生模拟域的信号;接收指示产生模拟域的信号阶跃调整的触发信号,读取模拟域的信号的输出样本,实时监测多个模拟域的离散输出信号的累积偏差值,当其超过上限阈值时,则判断模拟域的离散输出信号是否产生了温度漂移、压力漂移和流量漂移,确定漂移数据并计算出漂移量,对漂移数据进行校正。

Description

一种供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟方法
技术领域
本发明涉及供热系统数字模拟转换技术领域,具体涉及一种供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟方法。
背景技术
集中供热系统主要由3个部分组成,包括热源、热网和用户。热源作为一次网主要是产生热量,锅炉房和发电厂通过燃烧煤、天然气等材料产生大量热量,还有的为了可持续发展,燃烧垃圾材料。用户相当于二次网,主要进行热量的使用和消耗。热网作为一二次网的管网,起连接作用,主要有热水管网和蒸汽管网,一般布置成树枝状,用于民用和公用的暖通。
运用数字模拟转换技术的供热站控制系统,采用人机交互设备,通过数字模拟转换器的数据采集、监控模块等接口设备进行一级网、二级网运行状态的监测,当数字模拟转换器完成一级、二级网的供水温度、压力与流量采集后,需要运用微数字处理器、程序存储器等,对供热站的电动阀门、变频器、水泵等设备的运行参数进行调节,以控制介质水的循环量及吸放热量,实现供热站控制,本发明主要用于解决供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提出了一种供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟方法,包括如下步骤:
S1、数字电路部分为信号处理单元提供可变采样时钟,按照可变采样时钟进行数模转换,产生模拟域信号;
S2、接收指示产生模拟域信号阶跃调整的触发信号;当接收触发信号时,读取模拟域信号中对应多个模拟域的离散输出信号;
S3、实时监测多个模拟域的离散输出信号的累积偏差值,当累积偏差值超过上限阈值时,则判断多个模拟域中的最后一个模拟域的离散输出信号产生了漂移现象;
S4、对最后一个模拟域的离散输出信号的温度数据、压力数据和流量数据进行提取,并与标准数据进行比较,确定漂移数据并计算出漂移量,并对产生漂移的数据进行校正;
S5、对产生漂移的模拟域的离散输出信号之后的2N个模拟域的离散输出信号的稳定性进行验证。
进一步地,步骤S1中:
在模拟域信号的正弦波中,单个正弦波的频率fa的相位在时间内变化/>,则单个正弦波的频率fa的相位角以速度/>旋转:
进一步地,在数字域,等于采样时钟频率fs的倒数,数字域的时钟频率fs与模拟域的单个正弦波频率fa的关系如下:
进一步地,步骤S3中,
设第i个模拟域的离散输出信号V(i)相比于第i-1个模拟域的离散输出信号V(i-1)的差分值D(i)为:
其中L是模拟域的离散信号跃迁宽度,
k个模拟域的离散输出信号的累积偏差值I(k)表达式为:
进一步地,步骤S5中,
对第k个模拟域之后的第k+1、k+3、…、k+2N-1个模拟域的离散输出信号进行采样,计算N个奇数位置上的模拟域的离散输出信号的累积偏差值I(N)是否小于上限阈值,其表达式为:
进一步地,第n+2个模拟域的离散输出信号V(n+2)相比于第n个模拟域的离散输出信号V(n)的差分值D(n+2)为:
若累积偏差值I(N)小于上限阈值,则证明对漂移数据的校正准确,第k个模拟域之后的2N个模拟域的离散输出信号稳定。
进一步地,步骤S1中,通过多路选择器选择需要输入的参考时钟;通过数字芯片内部的锁相环PLL电路对参考时钟进行锁相倍频,将参考时钟的频率扩大到预定频率;通过数字芯片内部的数字控制振荡器将预定频率的参考时钟作为工作参考时钟,生成预定范围内的可变采样时钟信号。
相比于现有技术,本发明具有如下有益技术效果:
数字电路部分为信号处理单元提供可变采样时钟,按照可变采样时钟进行数模转换,产生模拟域的信号;接收指示产生模拟域的信号阶跃调整的触发信号,读取模拟域的信号的输出样本,实时监测多个模拟域的离散输出信号的累积偏差值,当其超过上限阈值时,则判断模拟域的离散输出信号是否产生了温度漂移、压力漂移和流量漂移,确定漂移数据并计算出漂移量,对漂移数据进行校正。解决供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟的准确性,以及根据动态模拟后的数据校正的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟系统结构示意图。
图2为本发明的供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟方法流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在本发明的具体实施例附图中,为了更好、更清楚的描述系统中的各元件的工作原理,表现所述装置中各部分的连接关系,只是明显区分了各元件之间的相对位置关系,并不能构成对元件或结构内的信号传输方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。
如图1所示为供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟系统结构示意图,数据动态模拟系统包括:信号发生单元和信号处理单元。
信号发生单元包括数字电路部分和模拟电路部分。
数字电路部分为信号处理单元提供可变采样时钟,按照可变采样时钟进行数模转换,产生模拟域的信号。
具体地,数字电路部分由可编程门阵列FPGA构成,包括:多路选择器、数字芯片、数模转换单元。
通过多路选择器选择需要输入的参考时钟;通过数字芯片内部的锁相环PLL电路对参考时钟进行锁相倍频,将参考时钟的频率扩大到预定频率;通过数字芯片内部的数字控制振荡器将预定频率的参考时钟作为工作参考时钟,生成预定范围内的可变采样时钟信号。
数模转换单元按照可变采样时钟信号将数字信号转化为模拟域的信号。
模拟电路部分包括数据发生模块和调制模块。
数据发生模块接收指示产生模拟域的信号阶跃调整的触发信号;当接收触发信号时,读取模拟域的信号的输出样本,其中模拟域的信号的输出样本具有对应于多个模拟域的离散输出信号。
调制模块实时监测多个模拟域的离散输出信号的累积偏差值,当其超过上限阈值时,则判断模拟域的离散输出信号是否产生了温度漂移、压力漂移和流量漂移。
信号处理单元用于分析温度数据、压力数据和流量数据的漂移量,并进行数据校正及验证。
信号处理单元包括:存储部、运算部、校正部和验证部。
存储部对产生了数据漂移的模拟域的离散输出信号中的温度数据、压力数据和流量数据进行提取并存储。
运算部对温度数据、压力数据和流量数据进行运算,将上述三种数据与标准数据进行比较,确定漂移数据并计算出漂移量。
校正部基于由运算部计算出的漂移量,对漂移数据进行校正。
在对漂移数据进行校正之后,需要对发生漂移的模拟域的离散输出信号之后多个离散输出信号的稳定性进行验证。
验证部,对发生漂移的第k个模拟域的第奇数个模拟域的离散输出信号进行采样,即第k+1、k+3、…、k+2n-1个模拟域的离散输出信号进行采样,计算2n-1个模拟域的离散输出信号的累积偏差值I(n)是否小于上限阈值,若累积偏差值I(n)小于上限阈值,则证明对漂移数据的校正准确,发生漂移的第k个模拟域之后多个离散输出信号的稳定。
本发明还提出了一种供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟方法,如图2所示,包括如下步骤:
S1、数字电路部分为信号处理单元提供可变采样时钟,按照可变采样时钟进行数模转换,产生模拟域信号。
具体地,在模拟域信号的正弦波中,单个正弦波的频率fa的相位在时间内变化,则单个正弦波的频率fa的相位角以速度/>旋转:
相位角相对于时间的变化与正弦波的频率呈线性关系,在每个正弦波周期结束时相位角为0。
在数字域,上述方程式中的等于采样时钟频率fs的倒数,因此数字域的时钟频率fs与模拟域的单个正弦波频率fa的关系如下:
S2、接收指示产生模拟域信号阶跃调整的触发信号;当接收触发信号时,读取模拟域信号中对应多个模拟域的离散输出信号。
S3、实时监测多个模拟域的离散输出信号的累积偏差值,当累积偏差值超过上限阈值时,则判断模拟域的离散输出信号是否产生了漂移现象。
离散输出信号实际的曲线不是理想的阶梯型,它的步长不相等,失调误差会引起输出信号在水平方向上发生偏移,增益误差会引起输出关系发生旋转偏移。
差分值D和累积偏差值I这两个指标表示静态的非线性,用来度量实际转移曲线与理想的转移曲线的偏移程度。差分值D跟单个离散输出信号的非线性有关,而累积偏差值I跟多个离散输出信号累积后的非线性相关。
设第i个模拟域的离散输出信号V(i)相比于第i-1个模拟域的离散输出信号V(i-1)的差分值D(i)为:
其中L是模拟域的离散信号跃迁宽度。
累积偏差值定义为实际输出曲线与理想输出曲线的差。为校正增益和失调误差之后的曲线。实际上累积偏差值可以通过差分值的积分获得。k个模拟域的离散输出信号的累积偏差值I(k)表达式为:
.
当k个模拟域的离散输出信号的累积偏差值I(k)超过上限阈值时,则证明第k个模拟域的离散输出信号产生了漂移现象,如温度漂移、压力漂移和流量漂移。
S4、对第k个模拟域的离散输出信号的温度数据、压力数据和流量数据进行提取,并与标准数据进行比较,确定漂移数据并计算出漂移量,并对产生漂移的数据进行校正。
具体地,对产生了数据漂移的第k个模拟域的离散输出信号V(k)中的温度数据、压力数据和流量数据进行提取并存储。对温度数据、压力数据和流量数据进行运算,将上述三种数据与标准数据进行比较,判断具体是哪个数据发生了漂移,确定漂移数据并计算出漂移量。基于计算出的漂移量,对第k个模拟域的离散输出信号V(k)的漂移数据进行校正。
S5、对第k个模拟域之后的2N个模拟域的离散输出信号进行验证。
具体地,对2N个模拟域的离散输出信号中的第奇数个模拟域的离散输出信号进行采样,判断N个奇数位置上的模拟域的离散输出信号的累积偏差值是否小于上限阈值。
对第k个模拟域之后的第k+1、k+3、…、k+2N-1个模拟域的离散输出信号进行采样,计算N个奇数位置上的模拟域的离散输出信号的累积偏差值I(N)是否小于上限阈值,其表达式为:
第n+2个模拟域的离散输出信号V(n+2)相比于第n个模拟域的离散输出信号V(n)的差分值D(n+2)为:
若累积偏差值I(N)小于上限阈值,则证明对漂移数据的校正准确,第k个模拟域之后的2N个模拟域的离散输出信号稳定。
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质,(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质(例如,固态硬盘(solid state disk,SSD))等。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种供热系统数字模拟转换器的数据动态模拟方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、数字电路部分为信号处理单元提供可变采样时钟,按照可变采样时钟进行数模转换,产生模拟域信号;
S2、接收指示产生模拟域信号阶跃调整的触发信号;当接收触发信号时,读取模拟域信号中对应多个模拟域的离散输出信号;
S3、实时监测多个模拟域的离散输出信号的累积偏差值,当累积偏差值超过上限阈值时,则判断多个模拟域中的最后一个模拟域的离散输出信号产生了漂移现象;
S4、对最后一个模拟域的离散输出信号的温度数据、压力数据和流量数据进行提取,并与标准数据进行比较,确定漂移数据并计算出漂移量,并对产生漂移的数据进行校正;
S5、对产生漂移的模拟域的离散输出信号之后的2N个模拟域的离散输出信号的稳定性进行验证。
2.根据权利要求1所述的数据动态模拟方法,其特征在于,步骤S1中:
在模拟域信号的正弦波中,单个正弦波的频率fa的相位在时间内变化/>,则单个正弦波的频率fa的相位角以速度/>旋转:
3.根据权利要求2所述的数据动态模拟方法,其特征在于,在数字域,等于采样时钟频率fs的倒数,数字域的时钟频率fs与模拟域的单个正弦波频率fa的关系如下:
4.根据权利要求3所述的数据动态模拟方法,其特征在于,步骤S3中,
设第i个模拟域的离散输出信号V(i)相比于第i-1个模拟域的离散输出信号V(i-1)的差分值D(i)为:
其中L是模拟域的离散信号跃迁宽度,
k个模拟域的离散输出信号的累积偏差值I(k)表达式为:
5.根据权利要求4所述的数据动态模拟方法,其特征在于,步骤S5中,
对第k个模拟域之后的第k+1、k+3、…、k+2N-1个模拟域的离散输出信号进行采样,计算N个奇数位置上的模拟域的离散输出信号的累积偏差值I(N)是否小于上限阈值,其表达式为:
6.根据权利要求5所述的数据动态模拟方法,其特征在于,第n+2个模拟域的离散输出信号V(n+2)相比于第n个模拟域的离散输出信号V(n)的差分值D(n+2)为:
若累积偏差值I(N)小于上限阈值,则证明对漂移数据的校正准确,第k个模拟域之后的2N个模拟域的离散输出信号稳定。
7.根据权利要求1所述的数据动态模拟方法,其特征在于,步骤S1中,通过多路选择器选择需要输入的参考时钟;通过数字芯片内部的锁相环PLL电路对参考时钟进行锁相倍频,将参考时钟的频率扩大到预定频率;通过数字芯片内部的数字控制振荡器将预定频率的参考时钟作为工作参考时钟,生成预定范围内的可变采样时钟信号。
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