DD201161A1

DD201161A1 - METHOD AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE PROCESS OF AN UNKNOWN QUASIPERIODIC FUNCTION

Info

Publication number: DD201161A1
Application number: DD22940581A
Authority: DD
Inventors: Juergen Schwarz
Original assignee: Juergen Schwarz
Priority date: 1981-04-22
Filing date: 1981-04-22
Publication date: 1983-07-06

Abstract

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Verlaufes einer unbekannten quasiperiodischen Funktion mittels korrelierender Messwertabtastung unter Verwendung einer Frequenzvervielfacherschaltung, die das abzutastende und/oder ein weiteres mit diesem korrelierendes Signal auswertet und mit seinem Ausgangssignal ein Abtasthalteglied steuert.Method and circuit arrangement for determining the course of an unknown quasi-periodic function by means of correlated measured value sampling using a frequency multiplier circuit which evaluates the signal to be sampled and / or another correlated signal and controls with its output signal a sample-and-hold element.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Verlaufes einer unbekannten quasi-periodischen Funktion.Method and circuit arrangement for determining the course of an unknown quasi-periodic function.

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Verlaufes einer unbekannten quasi-periodischen Funktion und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung ist insbesondere zur Messung und Bestimmung der Fourier-Koeffizienten, zur Phasen-Winkel- und Maximalwertbestimmung sowie zur Auswertung und Bestimmung des Oberwellengehaltes von in Stromrichteranlagen oder Stromversorgungsanlagen auftretenden Spannungen oder Strömen vorgesehen.The invention relates to a method for determining the course of an unknown quasi-periodic function and a circuit arrangement for carrying out the method. The invention is intended in particular for the measurement and determination of the Fourier coefficients, for phase-angle and maximum value determination and for the evaluation and determination of the harmonic content of voltages or currents occurring in power converter systems or power supply systems.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Bestimmung des Verlaufes einer unbekannten quasiperiodischen Funktion ist es bekannt, diese Funktion zu beliebigen äquidistanten Zeitpunkten abzutasten, diese Information in einem A/D-Wandler umzuformen und sie digital abzuspeichern· Nachteilig hierbei ist, daß vor einer aufwendigen und umfangreichen mathematischen Auswertung eine Bestimmung der Frequenz derTo determine the course of an unknown quasiperiodic function, it is known to scan this function at arbitrary equidistant times, to transform this information in an A / D converter and to store it digitally. The disadvantage here is that before a complex and extensive mathematical evaluation, a determination of Frequency of

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Grundwelle, und evtl. eine Interpolation zu erfolgen hat. Diese Meßmethode ist ungenau und erfordert einen erheblichen Zeitaufwand,,Fundamental wave, and possibly an interpolation has to take place. This measurement method is inaccurate and requires a considerable amount of time,

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik und zielt auf die Schaffung einer genaueren und weniger zeitaufwendigen Meßmethode hin·The invention aims at avoiding the disadvantages of the prior art and aims to provide a more accurate and less time-consuming measuring method.

Darlegung des V/esens der ErfindungStatement of the invention

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wirdThe technical problem which is solved by the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Verlaufes einer unbekannten quasi-*-periodischen Funktion, insbesondere zur Bestimmung des Oberwellengehaltes von in Stromrichtern auftretenden Spannungen oder Strömen zu schaffen.The invention is based on the object of providing a method and a circuit arrangement for determining the course of an unknown quasi-periodic function, in particular for determining the harmonic content of voltages or currents occurring in power converters.

Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe verfahrensmäßig in der Weise gelöst, daß die unbekannte, quasi-periodische Punktion mit einer mehrfrequenten Abtastfunktion zu äquidistanten Zeitpunkten korrelierend abgetastet wird. Gemäß weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abtastfunktion insbesondere aus der abzutastenden Punktion gebildet. Als Abtastfunktion wird vorzugsweise eine sinusförmige Spannung verwendet. Die Schaltungsanordnung zur Durchführung desAccording to the invention the object is procedurally achieved in such a way that the unknown, quasi-periodic puncture is scanned correlated with a multi-frequency sampling function at equidistant times. According to a further embodiment of the method according to the invention, the scanning function is formed in particular from the puncture to be scanned. As a sampling function, a sinusoidal voltage is preferably used. The circuit arrangement for carrying out the

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erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeich-r net, daß das unbekannte quasi-periodische Signal an ein Abtasthalteglied, dessen Ausgangssignal für eine Weiterverarbeitung vorgesehen ist, angeschaltet ist und eine zur Ansteuerung des Abtasthaltegliedes dienende Prequenzvervielfacherschaltung, die mit dem gleichen Signal beaufschlagt ist, vorgesehen ist. Gemäß weiterer Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist die Prequenzvervielfacherschaltung zur.direkten Taktung und Ansteuerung des Abtasthaltegliedes und eines dem Abtasthalteglied nachgeschalteten A/D-Umsetzers, dessen Ausgangsgröße für eine weitere Verarbeitung herangezogen wird, vorgesehen. Die Prequenzvervielfacherschaltung ist zur direkten Taktung und Ansteuerung des Abtasthaltegliedes, des A/D-Umsetzers und eines dem A/D-Umsetzer nachgeschalteten Schreib-Lese-Speichers vorgesehen. Die Prequenzvervielfacherschaltung ist mit Adressenbus-Ausgängen ausgerüstet· Zur Störbefreiung des Eingangssignales ist der Prequenzvervielfacherschaltung eine Impulsformersehaltung vorgeschaltet. Zur Taktung und Ansteuerung des Abtasthaltegliedes, des A/D-Umsetzers .und des Schreib-Lese-Speichers ist der Prequenzvervielfacherschaltung eine Takterzeugerstufe nachgeschaltet. Das unbekannte quasi-periodische Signal ist an das Abtasthalteglied und das Bezugssignal an die Prequenzvervielfacherschaltung bzw. der, der Prequenzvervielfacherschaltung vorgeschalteten Impulsformerstufe angeschaltet. Als Prequenzvervielfacherschaltung ist eine PLL-Schaltung (phase-locked-loop-Schaltung) oder Phasenkopplungsschaltung vorgesehen. Die PLL-Schaltung ist aus einer Reihenschaltung eines Phasendiskriminators, eines Tiefpasses und eines apannungsgesteuerten Oszillators und einer weiteren Reihenschaltung einer, vorzugsweise mit Adressenbus-The method according to the invention is characterized in that the unknown quasi-periodic signal is connected to a sample holder whose output signal is intended for further processing, and a pre-pulse multiplier circuit serving to drive the sample-and-hold element, which is supplied with the same signal, is provided. According to another embodiment of the circuit arrangement according to the invention, the Prequenzvervielfacherschaltung zur.direkten timing and control of the Abtasthaltegliedes and the Abtasthalteglied downstream A / D converter whose output is used for further processing, is provided. The Prequenzvervielfacherschaltung is provided for directly clocking and driving the Abtasthaltegliedes, the A / D converter and a the A / D converter downstream read-write memory. The Prequenzvervielfacherschaltung is equipped with address bus outputs · To eliminate interference of the input signal of the Prequenzvervielfacherschaltung is connected upstream of a Pulse Maker. For clocking and driving the Abtasthaltegliedes, the A / D converter .and the read-write memory of the Prequenzvervielfacherschaltung a clock generator stage downstream. The unknown quasi-periodic signal is connected to the Abtasthalteglied and the reference signal to the Prequenzvervielfacherschaltung or the upstream of the Prequenzvervielfacherschaltung pulse shaping stage. As a Prequenzvervielfacherschaltung a PLL circuit (phase-locked loop circuit) or phase-locking circuit is provided. The PLL circuit is composed of a series connection of a phase discriminator, a low-pass filter and an oscillation-controlled oscillator and a further series connection of one, preferably with address bus

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Ausgängen versehenen Frequenzteilerschaltung und einas weiteren Irapulsformers gebildet, wobei die Ausgangsspannung des spannungsgesteμerten Oszillators über die Frequenzteilerschaltung und den weiteren Impulsformer auf den Phasendiskriminator zurückgeführt ist. Zur Steuerung des Schreib-Lese-Speichers ist ein Mikrorechner vorgesehen·Outputs provided frequency divider circuit and a further Irapulsformers formed, wherein the output voltage of the voltage-controlled oscillator via the frequency divider circuit and the further pulse shaper is fed back to the phase discriminator. For controlling the read-write memory, a microcomputer is provided ·

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird an Hand der Fig· 1 und 2 näher erläutert·The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung in einer erweiterten Form, Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer PLL-Schaltung zum Einsatz in einem Oberschwingungsanalysator·FIG. 2 shows the circuit arrangement according to the invention with a PLL circuit for use in a harmonic analyzer. FIG.

Nach Fig. 1 wird das abzutastende unbekannte, quasiperiodische Signal S in einer Impulsformerschaltung IF auf seine Grundwelle zurückgeführt, z.B₀ Abtrennen des Gleichanteiles mit einem Kondensator und Auswertung des Restsignales in einem Schwellwertschalter. Dieses Signal wird einer Frequenzvervielfacherschaltung FV zugeführt, an deren Ausgang ein Signal mit der n-fachen Frequenz der. Grundschwingung der überlagerten Wechselspannung des Signales S anliegt. In der Takterzeugerstufe TE wird daraus ein Signal zur Taktung und Steuerung des Abtasthaltegliedes AHG abgeleitet. Die Ausgangssignale des Abtasthaltegliedes AHG v/erden in dem A/D-Umsetzer ADU in digitale Werte umgesetzt, die wiederum in den digitalen Schreib-Lese-Speicher RAM gespeichert werden, wo sie zur weiteren Verarbeitung, z.B. in einem Mikroprozessorsystem zur Verfügung stehen1, the unknown, quasi-periodic signal S to be sampled is fed back to its fundamental wave in a pulse shaper circuit IF, for example ₀ separation of the DC component with a capacitor and evaluation of the residual signal in a threshold value switch. This signal is supplied to a Frequenzvervielfacherschaltung FV, at whose output a signal with the n-times the frequency. Fundamental vibration of the superimposed AC voltage of the signal S is present. In the clock generator stage TE, a signal for timing and control of the Abtasthaltegliedes AHG is derived. The output signals of the Abtasthaltegliedes AHG v / erden converted in the A / D converter ADU into digital values, which in turn are stored in the digital random access memory RAM, where they are available for further processing, for example in a microprocessor system

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei das Fig. 2 shows another embodiment, wherein the

abzutastende, unbekannte, quasi-periodische Signal S ein Abbild des N_etzstromes eines netzgelöschten Stromrichters oder eines anderen oberschwingungsbehafteten netζsynchrones Signales sein soll· Zur Durchführung einer harmonischen Analyse (Runge-Verfahren) muß die in einer Fourier-Reihe zu entwickelnde Funktion im Intervall (0, 3?) an η äquidistanten Stellen bekannt sein, wobei η zweckmäßig zu einem ganzzahligen Vielfachen von 4 gewählt wird.scanned, unknown, quasi-periodic signal S to be an image of the N _e tzstromes a network deleted power converter or any other affected by harmonics netζsynchrones signal · For performing a harmonic analysis (Runge) method has to be developed in a Fourier series function in the interval ( 0, 3?) At η equidistant points, where η is expediently chosen to be an integer multiple of 4.

Das Bezugssignal I wird in einer Impulsformerschaltung IF an den Phasendiskriminator PD angepaßt und das Ausgangssignal des Phasendiskrirainators PD nach Abschneiden des Oberschwingungsgehaltes in einem Tiefpaß TP zur Frequenzsteuerung des spannungsgesteuerten Oszillators VF verwendet. Die Ausgangsspannung des spannungsgesteuerten Oszillators dient einerseits zur Steuerung des Abtasthaltegliedes AHG und andererseits nach Teilung in der Frequenzteilerschaltung FT und nach Impulsformung in der zweiten Impulsformerstufe IF 2 zur Ansteuerung des Phasendiskriminators PD. Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators VF ist nach der Einschwingzeit das η-fache der Netzfrequenz. Das unbekannte quasi—periodische Signal S wird somit mit der η-fachen ITetzfrequenz abgetastet und kann somit bis zur ⁿ/2-fachen Oberwelle ausgewertet werden.The reference signal I is adapted to the phase discriminator PD in a pulse shaper circuit IF, and the output signal of the phase discrete generator PD is used after cutting off the harmonic content in a low-pass filter TP for frequency control of the voltage-controlled oscillator VF. The output voltage of the voltage controlled oscillator serves on the one hand to control the Abtasthaltegliedes AHG and on the other hand after division in the frequency divider circuit FT and after pulse shaping in the second pulse shaper IF 2 for driving the phase discriminator PD. The frequency of the voltage-controlled oscillator VF after the settling time is η times the mains frequency. The unknown quasi-periodic signal S is thus sampled with the η-fold ITetzfrequenz and can thus be evaluated up to ⁿ / 2-fold harmonic.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere in einer Verkürzung der Auswertezeit bei der Ermittlung des Verlaufes einer unbekannten quasi-periodischen Spannung, in einer Erhöhung der Genauigkeit sowie in einer wesentlich weniger aufwendigen Meß- und Auswerteanordnung zu sehen. Außerdem ist durch die Einsparung von Speicherplätzen die Verwendung eines relativ einfachen und deshalb billigen Speichers möglicheThe advantages of the invention can be seen in particular in a shortening of the evaluation time in determining the course of an unknown quasi-periodic voltage, in an increase in accuracy and in a much less expensive measurement and evaluation arrangement. In addition, the saving of memory locations makes it possible to use a relatively simple and therefore cheap memory

Claims

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Erfinduhgsanspruch

Method for determining the course of an unknown quasi-periodic puncture, characterized in that the unknown, quasi-periodic puncture is scanned correlated with a multi-frequency sampling function at equidistant time points.

2. Method according to item 1, characterized in that the sampling function is formed, in particular, from the probing puncture;

3. The method according to item 1 and 2, characterized in that a sinusoidal voltage is preferably used as the sampling function.

4. Circuit arrangement for carrying out the method according to item 1 to 3, characterized in that the unknown quasi-periodic signal (S) to a Abtasthalteglied (AHG) whose output signal is provided for further processing, is connected to the sampling and one, for driving the Sample Suppression (AHG) serving Prequenzvervielfacherschaltung (PV), which is acted upon by the same signal (S) is provided.

-5. Circuit arrangement according to item 4, characterized in that the frequency multiplier circuit iFV) is provided for directly clocking and driving the Abtasthaltegliedea (AHG) and the Abtasthalteglied (AHG) downstream A / D converter (ADU) whose output is used for further processing ₀

6. Circuit arrangement according to item 4 and 5 », characterized in that the Frequenzvervielfacherschaltung (FV) for direct control and clocking of the Abtasthaltegliedes (AHG) of the A / D converter (ADU) and the A / D converter (ADU) downstream write Read-only memory (RAM) is provided.

7. Circuit arrangement according to item 4 to 6, characterized in that the Frequenzvervielfacherschaltung (FV) is equipped with address bus outputs ·

8. Circuit arrangement according to items 4 to 7, characterized in that the Frequenzvervielfficherschaltung (FV) is preceded by a "pulse shaper circuit (IF), in particular for noise immunity of the input signal

Circuit arrangement according to items 4 to 8, characterized in that for the timing and control of the Abtasthaltegliedes (AHG), the A / D converter (ADU) and the read-write memory (RAM) of the Frequenzvervielfacherschaltung (FV) a clock generator stage (TE) is downstream.

10. Circuit arrangement according to items 4 to 9, characterized in that the unknown quasi-periodic

dical signal (S) to the sample holder (AHG)
and the reference signal (N) is connected to the frequency multiplier circuit (FV) or to the pulse shaping stage (IF) connected upstream of the frequency multiplier circuit (FV).

1.1. Circuit arrangement according to items 4 to 10, characterized in that the frequency multiplier circuit (FV) is a PLL circuit (phase-locked loop) or phase-locked circuit
is provided.

12. The circuit arrangement according to item 4 to 11, characterized in that the PLL circuit of a series circuit of a phase discriminator (PD), a low pass (TP) and a voltage controlled oscillator (VF) and another series circuit one, 'preferably with address bus outputs formed frequency divider circuit (FT) and another pulse shaper (IF 2) is formed, wherein the output voltage of the voltage controlled oscillator (VF) via the frequency divider circuit (FT) and the further pulse shaper (IF 2) on the phase discriminator (PD)
is traced back

13o circuit arrangement according to item 4 to 12, characterized in that for controlling the read-write memory (RAM), a microcomputer is provided.

For this 2 sheets of drawings