LABVIEW3交流電路參數(shù)測量

虛擬儀器及LabVIEW

基礎(chǔ)交流電路參數(shù)的測量1.概述：一般是指在正弦穩(wěn)態(tài)激勵條件下對線性電路中各種參數(shù)的測量。如電壓、電流的有效值或幅值，頻率、相關(guān)正弦量之間的相位差、功率（P、Q、S，cosφ）若則電路的平均功率交流電路參數(shù)的測量數(shù)據(jù)采集：離散的采樣點數(shù)值積分：可以抑制隨機干擾和噪聲；整數(shù)周期采樣。信號的頻率測量是非常重要的。2.雙路正弦信號源子VISamplinginfo外循環(huán)內(nèi)循環(huán)：參數(shù)動態(tài)變化STOP：停止內(nèi)外循環(huán)局部變量3.影響測量精度的因素3.1通道間的延時由于大多數(shù)通用采集卡的多個模入通道共用一個ADC，因而多通道的數(shù)據(jù)采集在切換通道時是有延時的。取決于硬件。PCI-MIO-16E-4采集卡－10us。頻率越高，引起的相位誤差越大。50Hz，1度的延時＝1/50*106/360=55.56us1000Hz,1度的延時＝1/1000*106/360=2.78us通道間的延時不影響U、I、S的測量－自相關(guān)計算但影響P的計算。相位差修正。3.影響測量精度的因素3.2采樣率和樣本數(shù)采樣率越高，樣本數(shù)越多測量精度越高？經(jīng)驗表明：樣本數(shù)覆蓋的周期不應(yīng)過少。過高的采樣率和過多的樣本數(shù)并不會帶來明顯的效果。3.影響測量精度的因素3.3噪聲噪聲的功率不為零。整數(shù)倍周期可以有效抑制噪聲。3.4非整周期采用應(yīng)通過測量頻率，重新設(shè)定采樣率，轉(zhuǎn)換為整數(shù)周期采樣。2.雙路正弦信號源測量P、Q、S，cosφ4.頻率測量頻率測量和頻率跟蹤是重要問題。測得頻率后，才能實現(xiàn)整周期采樣。最基本的方法：周期計數(shù)。但在數(shù)據(jù)采集環(huán)境中，采樣率通常為信號的20～30倍，且只提供10個周期左右的樣本。計數(shù)方法不太適用。4.1時域方法多周期的平均計數(shù)方法求解多個周期的采樣信號，以其平均值作為頻率測量值。假定采樣頻率Fs，采集m個周期信號，用計數(shù)的方法找到各個周期的樣本數(shù)，分別為N1，N2，…，Nm?？紤]m個周期的均值：非整數(shù)周期采樣，N＝n1和n1+1，對應(yīng)的周期數(shù)為m1和m2,相對測量誤差<1/mn1程序框圖采樣整數(shù)周期/非整數(shù)周期4.1時域方法線性插值法非整數(shù)周期偏差插值頂點相連，連線與橫軸的交點為過零點近似周期。-45~+45之間插值效果較好。

y1y2x2x1程序框圖4.1時域方法三點法：建立在三角函數(shù)變換基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)擬合方法。假設(shè)被測函數(shù)是正弦函數(shù)，在等間隔采樣的前提下（包括非整周期采樣）可以利用相鄰3個數(shù)據(jù)樣本，導(dǎo)出求解信號頻率的線性方程，進而擬合出方程系數(shù)，最后求出頻率。N個樣本，最小二乘法擬合可以得到一個較準確的cosθ函數(shù)：LinearFitCoefficients4.1時域方法4.2頻域方法基于FFT。頻率的分辨率：Δf＝Fs/#s。整周期采樣：譜線在頻率的刻度線上。非整周期采樣：泄露和柵欄效應(yīng)F=50Hz，F(xiàn)s＝500，#s＝100F=51Hz，F(xiàn)s＝500，#s＝1004.2頻域方法解決方法：插值，對Δf細化找到盡可能接近真實值的頻率。Δf＝Fs/#s準整周期采樣：樣本數(shù)是信號頻率的整數(shù)倍。改善柵欄效應(yīng)：改變樣本數(shù)ΔfFFT一般需要加窗，要考慮到窗的影響。4.2頻域方法能量矩平衡法功率譜powerspectrum：19世紀末，Schuster提出用傅立葉級數(shù)的幅度平方作為函數(shù)中功率的度量，并將其命名為“周期圖”（periodogram

）用DFT的幅度平方作為信號中功率的度量。1930年，著名控制理論專家Wiener在他的著作中首次精確定義了一個隨機過程的自相關(guān)函數(shù)及功率譜密度，并把譜分析建立在隨機過程統(tǒng)計特征的基礎(chǔ)上，即，“功率譜密度是隨機過程二階統(tǒng)計量自相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換”，這就是Wiener—Khintchine定理。該定理把功率譜密度定義為頻率的連續(xù)函數(shù)，而不再像以前定義為離散的諧波頻率的函數(shù)。功率譜的概念是針對功率有限信號的(能量有限信號可用能量譜分析),所表現(xiàn)的是單位頻帶內(nèi)信號功率隨頻率的變換情況。4.2頻域方法能量矩平衡法首先進行頻譜分析，從理論上推導(dǎo)常用離散窗譜函數(shù)的能量重心，由此得到重心法校正頻率公式。4.2頻域方法4.2頻域方法能量矩平衡法(1)頻譜分析的能量重心校正方法,可大大提高離散頻譜的分析精度,為精確測量信號的參數(shù)提供了一種有效的手段。(2)校正精度與窗函數(shù)有關(guān)。加Hanning

窗時具有較高的校正精度,由于矩形窗譜的能量泄漏嚴重,校正精度較低。(3)校正精度與參與校正的點數(shù)有關(guān)。點數(shù)越多,對單頻率成分的校正精度越高,但要求相鄰兩個譜峰的頻率間隔越大。(