С развитието на технологията за силова електроника различни нелинейни натоварвания се използват широко в промишленото и селскостопанското производство и оборудването за предаване, което прави изкривяването на вълновата форма на електрическата мрежа, тоест хармоничните смущения, все по-сериозни. Изкривяването на формата на вълната на електрическата мрежа ще доведе до много вреди, като увеличаване на загубите на двигатели, трансформатори, реактори и т.н., смущения в комуникационните линии и причиняване на частична или дори парализа на цялата електрическа мрежа. За да се потиснат по-добре хармониците, е необходимо точно да се анализира хармоничната интерференция на електрическата мрежа. В процеса на вземане на проби и дискретизиране на периодични сигнали обикновено се използват два метода. Единият е квази-синхронно вземане на проби, което изисква повече вълнови форми и използва квази-синхронни алгоритми за извършване на голям брой итеративни операции, което не е подходящо за измерване на динамични сигнали; другото е едното е синхронно вземане на проби, което е разделено на хардуерно синхронно вземане на проби и синхронно вземане на проби от софтуер. Хардуерното синхронно вземане на проби използва фазово заключена верига, която обикновено е сложна по дизайн и ниска надеждност; софтуерното синхронно вземане на проби не изисква допълнителни хардуерни вериги и методът му за изпълнение е гъвкав. Използва се широко при измерване на периодични сигнали. Тъй като AC сигналът е специален периодичен сигнал, неговият спектър е линеен спектър, разпределен върху основната вълна и нейните цели кратни на честота. Необходимо е да се гарантира, че сигналът за вземане на проби и оригиналният сигнал са стриктно синхронизирани, т.е. произвежда грешки при тестване и влияе върху точността на хармоничния анализ. Поради малките колебания в честотата на електрическата мрежа е неизбежно горното явление да се случи, когато честотата на дискретизация е фиксирана. Поради тази причина местни и чуждестранни учени са предложили много методи за намаляване на влиянието на изтичането на спектъра върху точността на измерването.
Изтичане на спектър
Така нареченото изтичане на спектъра се отнася до взаимното влияние между различните спектрални линии в спектъра на сигнала, което води до отклонение на резултата от измерването от действителната стойност и в същото време се появява на други честотни точки от двете страни на спектралната линия Някои фалшиви спектри с по-малки амплитуди. Просто казано, причината за изтичане на спектъра е, че честотата на вземане на проби не е синхронизирана с честотата на сигнала, което води до прекъсване на фазата на сигнала за периодично вземане на проби в началото и в края.
Така нареченото изтичане на спектъра е взаимното влияние между различните спектрални линии в спектъра на сигнала, което кара резултата от измерването да се отклонява от действителната стойност. Фалшив спектър. Използвайки FFT за анализиране на хармониците в електроенергийната система, е невъзможно да се избегне проблемът с изтичането на спектъра. Това се дължи главно на присъщата нелинейност, случайност, разпределение, нестационарност и сложност на влияещите фактори. Честотата не винаги е постоянна стойност на номиналната мощност, тя ще се променя в диапазон около номиналната мощност, така че не може да се гарантира, че честотата в реално време е цяло число, кратно на основната честота, и синхронното вземане на проби не може да се постигне. .
Методи за потискане на изтичането на спектъра, предложени у нас и в чужбина
Най-прякото въздействие на изтичането на спектъра е неточността на хармоничния анализ, което от своя страна води до неточно измерване на електрически параметри въз основа на хармоничен анализ. прецизен. Увеличаването на броя на точките за вземане на проби от данни може да намали изтичането, чиято същност е да се намали ширината на главния лоб на правоъгълния прозорец. Увеличаването на честотата на семплиране на сигнала също може да намали изтичането. В сравнение с увеличеното количество обработка на данни, горните два метода имат изключително ограничено подобрение в изтичането. Литературата предлага прозоречни функции и техники за интерполация. Основният принцип за избор на функция на прозореца е да се изисква тесен основен лоб и малък страничен лоб, така че тези две изисквания да могат да бъдат взети предвид възможно най-много, и обикновено се избира прозорецът на Ханинг. От времевата област, добавянето на прозореца на Ханинг всъщност прави фазата на началната точка и крайната точка на периодичния сигнал за вземане на проби равна на 0, което преодолява явлението, че фазата на сигнала за вземане на проби е прекъсваща в началото и в края поради флуктуации на честотата , но която и да е функция на прозореца не може да разреши грешката, причинена от отклонението на нулевата точка в главния лоб, така че намаляването на изтичането също е ограничено. Технологията за интерполация може почти напълно да елиминира влиянието на изтичане, но обемът на обработка на данни на този алгоритъм е твърде голям и е трудно да се гарантира производителността в реално време. В литературата се предлага алгоритъм за намаляване на изтичането на спектъра. Неговото ядро е, че когато произведението от периода на вземане на проби и броя на точките на вземане на проби е равно на цяло число, кратно на периода на сигнала, дискретната последователност, получена от алгоритъма, е последователността на вземане на проби на сигнала. В противен случай алгоритъмът автоматично ще коригира вземането на проби. последователност. Симулацията доказва, че алгоритъмът подобрява изтичането на спектъра по-очевидно, когато флуктуацията на честотата на сигнала не е голяма, а точността на алгоритъма е по-ниска, когато флуктуацията на честотата на сигнала е голяма. Общата характеристика на горния алгоритъм е да коригира последователността на вземане на проби или честотния спектър, без да решава основната причина за изтичането на спектъра. Това определя, че горният алгоритъм или ефект не са значими или производителността в реално време е лоша. Основната причина за изтичането на спектъра е fs≠Nf0. Само чрез регулиране на fs в реално време, за да стане fs=Nf0, изтичането на спектъра може да бъде ефективно разрешено. Въз основа на горната цел е предложен алгоритъм за адаптивно регулиране на честотата на дискретизация и симулацията доказва ефективността на алгоритъма.
Основният фактор, който влияе върху скоростта на този алгоритъм е FFT. През последните години, с появата на DSP чипове, които са особено подходящи за обработка на данни и техните приложения в периодичен анализ на сигнали, FFT операциите стават все по-бързи и по-бързи. Използването на VC5402 за извършване на 1024-точкови сложни FFT операции отнема само 40 μs, което е напълно задоволителен. Системни изисквания в реално време. Следователно този алгоритъм има силна практическа стойност в системата, базирана на измерване на AC сигнал. В момента алгоритъмът се прилага при проектирането на система за мониторинг на водноелектрически централи.
Изтичане на спектър в профилометрия с преобразуване на Фурие
Профилометрията с трансформация на Фурие (FTP) е често използван метод за измерване на триизмерна повърхност. Неговият принцип на работа се състои от следните три части: 1) Формата на повърхността на триизмерния обект, който се тества, пространствено модулира структурираното светлинно поле на решетката, така че деформираното структурирано светлинно поле носи информацията за разпределението на височината на трите -дименсионална форма на повърхността; 2) За непрекъснато разпределение Деформираното структурирано светлинно поле се пробва, за да се получи дискретна информация за лесна компютърна обработка; 3) Компютърът извършва трансформация на Фурие върху получената дискретна информация, избира подходящ филтърен прозорец, за да филтрира компонента на основната честота от спектъра, и обръща основния честотен компонент. Преобразуването на Фурие възстановява разпределението на височината на измерената повърхност.
Когато преобразуването на Фурие се извършва върху дискретно деформирано структурирано светлинно поле, алгоритъмът за дискретно преобразуване на Фурие изисква периодично разширяване на деформираното структурирано светлинно поле в пространствената област. Удължаването на периода може да причини изтичане на спектъра, така че ще бъдат въведени грешки в профилометричното измерване на трансформацията на Фурие, но малко хора го обсъждат теоретично. За да се намали изтичането на спектъра, причинено от разширяването на периода, хората често избират подходяща прозоречна функция (като прозорец на Ханинг), за да претеглят деформираното светлинно поле, така че деформираното светлинно поле, взето от CCD, да се обработва от прозоречната функция и интензитетът на ръба на прозореца е 0, а след това трансформация на Фурие. Въпреки това, след като сигналът бъде обработен от функцията на прозореца, част от информацията ще бъде загубена, което е еквивалентно на намаляване на изтичането на спектъра, като същевременно се внасят грешки. Тази статия анализира проблема с изтичането на спектъра на деформирано светлинно поле с ограничено пространство. Връзката между удължения период и изтичането на спектъра на оптичното поле на деформираната структура е теоретично изведена и са дадени методът за изчисление и количественият анализ на грешката. Посочва се, че само когато периодът на разширение е равен на цяло число, кратно на периода на решетката, разширените ивици са непрекъснати и трансформацията на Фурие не причинява изтичане на спектъра; когато периодът на разширение не е равен на цяло число, кратно на периода на решетката, разширените ивици са прекъснати. Особено когато има разлика от 0,5 периода на решетка между периода на разширение и цялото число, кратно на деформирания период на решетка на светлинното поле, счупването на ресните е най-сериозно след разширяването и изтичането на спектъра е най-голямо. Следователно, когато измервате с профилометрия с преобразуване на Фурие, опитайте се да изберете периода на разширение, равен на цяло число, кратно на периода на сигнала, за да намалите грешката на измерване, причинена от изтичане на спектъра. Ако това не е възможно, може да се използва итеративен метод за екстраполиране на ивици за генериране на нови ивици от двете страни на ефективното зрително поле, за да се разшири грешката на изтичане извън ефективното зрително поле и да се намали грешката на изтичане по ръба.