Измерение параметров периодических процессов находит чрезвычайно широкое применение при контроле и испытаниях электромеханических систем, электротехнического оборудования, в системах учета и контроля качества электроэнергии и системах автоматизированного управления.
В подавляющем числе случаев периодические процессы различной физической природы преобразуются в электрические сигналы, удобные для измерения и обработки.
Важнейшую роль играют гармонические сигналы, которые широко используются в измерительной технике для анализа и синтеза измерительных сигналов.
В настоящее время успешно развивается направление, связанное с разработкой методов и средств измерения интегральных характеристик по отдельным мгновенным значениям гармонических сигналов, не связанным с периодом входного сигнала [1]. Это обеспечивает существенное сокращение времени измерения параметров за счет того, что интегральные преобразования, связанные с длительностью периода сигнала, заменяется арифметическими операциями с отдельными мгновенными значениями сигналов.
Реализация такого подхода предусматривает два способа разделения мгновенных значений сигналов: во времени и в пространстве [2].
В последнем случае используется формирование дополнительных сигналов, сдвинутых относительно входных на определенный угол. При этом общее время измерения интегральных характеристик гармонических сигналов (ИХГС) обычно уменьшается [3].
Упрощение алгоритма определения ИХГС и сокращение аппаратурных затрат обеспечивают методы, в которых в качестве дополнительных сигналов используются ортогональные составляющие входных [4].
В статье исследуется новый метод определения ИХГС, реализация которого обеспечивает дальнейшее сокращение времени измерения.
Метод основан на том, что формируют дополнительные сигналы напряжения и тока, сдвинутые относительно входных на 90°; в момент равенства входного и дополнительного напряжений одновременно измеряют мгновенные значения входного напряжения, входного и дополнительного сигналов тока и определяют ИХГС по измеренным значениям [5].
Временные диаграммы, поясняющие метод, представлены на рисунке 1.
Средство измерения (СИ), реализующее метод представлено на рисунке 2.
В состав СИ входят: первичные преобразователи напряжения ППН и тока ППТ; аналого-цифровые преобразователи АЦП1, АЦП2 и АЦП3; фазосдвигающие блоки ФСБ1 и ФСБ2, осуществляющие сдвиг входных сигналов на 90°; компаратор КОМ; контроллер КНТ, шины управления ШУ и данных ШД.
Одним из существенных недостатков СИ, реализующих данный метод и использующих мгновенные значения как входных, так и дополнительных сигналов, является погрешность по напряжению (погрешность по модулю) ФСБ.
Анализ (10) показывает, что выражение для погрешности определения СКЗ тока зависит от начальной фазы α2. При не превышает 0,1%.
Из (11) следует, что приведенные погрешности определения АМ и РМ зависят только от погрешности по модулю.
Другим видом погрешности, которая может возникнуть при реализации метода, является частотная погрешность ФСБ. Если при анализе влияния частотной погрешности фазосдвигающих блоков на погрешность результата измерения ИХГС считать, что углы сдвига фазы ФСБ1 и ФСБ2 отклоняются от 90º на одинаковый угол Δβ, то дополнительные сигналы примут вид:
Список литературы:
- Мелентьев В.С., Батищев В.И. Аппроксимационные методы и системы измерения и контроля параметров периодических сигналов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011.–240с.
- Melent’ev V.S., Ivanov Yu.M., Lychev A.O. A method of measuring integral characteristics from the instantaneous values of signals separated in time and space // Measurement Techniques. 2014. V. 57, No. 9. P. 979-984.
- Мелентьев В.С., Иванов Ю.М., Муратова В.В. Сокращение времени определения параметров за счет пространственного разделения мгновенных значений гармонических сигналов / Измерения, контроль, информатизация: матер. XVI междунар. науч.-техн. конф. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2014. С. 61-63.
- Мелентьев В.С., Иванов Ю.М., Синицын А.Е. Синтез методов измерения интегральных характеристик по мгновенным значениям ортогональных составляющих гармонических сигналов // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. 2012. № 3 (35). С. 84-89.
- Мелентьев В.С., Иванов Ю.М., Рудаков Д.В. Синтез аппроксимационных методов и систем оперативного анализа периодических сигналов на основе сравнения мгновенных значений, распределенных в пространстве / Проблемы моделирования и управления в сложных системах: Труды XV междунар. конф. Самара: Самарский научный центр РАН. 2013. С. 670-675.
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 13-08-00173-а).[schema type=»book» name=»ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПО МГНОВЕННЫМ ЗНАЧЕНИЯМ ОРТОГОНАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ*» description=»Для оперативного измерения и контроля интегральных характеристик сигналов, близких к гармоническим, широко используют методы, которые обеспечивают определение параметров по отдельным мгновенным значениям напряжения и тока за время, менее периода входного сигнала. Дальнейшее сокращение времени измерения производится за счет формирования дополнительных сигналов, сдвинутых относительно входных по фазе, и определении информативных параметров по мгновенным значениям входных и дополнительных сигналов. Целью работы является теоретическое исследование нового метода измерения параметров гармонических сигналов. Предлагается функциональная схема средства измерения, реализующего метод. Приводятся результаты анализа погрешности по модулю и частотной погрешности фазосдвигающих блоков, осуществляющих формирование дополнительных сигналов.» author=»Мелентьев Владимир Сергеевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-07″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.15_08(17)» ebook=»yes» ]