電機(jī)微機(jī)測(cè)試中軟件同步采樣的誤差及其抑制
馬宏忠 （南京建教中心210003）
胡虔生 （東南大學(xué) 南京210018）
1引言
電機(jī)微機(jī)測(cè)試中通常采用同步采樣法，其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)滿足一定的采樣要求時(shí)，理論上沒有測(cè)量方法誤差。但在實(shí)際的同步采樣測(cè)量中，由于鎖相環(huán)路跟蹤誤差的存在，總存在著同步誤差，同步誤差已限制了同步采樣系統(tǒng)準(zhǔn)確度的進(jìn)一步提高。近年來，人們?cè)谕讲蓸拥幕A(chǔ)上提出了準(zhǔn)同步采樣的采樣測(cè)量方法，它通過增加采樣周期數(shù)（一般需采樣3～5個(gè)周期）并采用新的數(shù)據(jù)處理方法，較好地解決了同步誤差對(duì)測(cè)量精度的影響。
在電機(jī)微機(jī)測(cè)試中，堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)往往采用動(dòng)態(tài)測(cè)試法進(jìn)行，即測(cè)試電機(jī)得電起動(dòng)瞬間的電流電壓有效值以及平均功率代替電機(jī)實(shí)際堵轉(zhuǎn)時(shí)的數(shù)值。小功率電機(jī)起動(dòng)的過渡過程一般很短，有的只有幾個(gè)周波，且電流衰減很快，準(zhǔn)同步采樣顯然不能適用。為此本文采用軟件同步采樣技術(shù)，并對(duì)軟件同步采樣在實(shí)施過程中的誤差進(jìn)行分析，力求減小或消除測(cè)量的方法誤差，保證測(cè)量精度。
2 軟件同步采樣的誤差及其抑制
2.1同步誤差
電機(jī)微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中被測(cè)參量多為50hz（或60hz）周期電信號(hào)，軟件實(shí)現(xiàn)同步采樣首先需測(cè)取被測(cè)信號(hào)的周期丁，該周期除以一周采樣患數(shù)ⅳ（n≥3的正整數(shù)）得到采樣間ts，然后依次按此采樣間隔采樣n點(diǎn)。但是在實(shí)際微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)中，因?yàn)槭芪⑻幚砥骶д耦l率的限制，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)周期不能無限小，而信號(hào)周期和采樣間隔均以計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)周期的倍數(shù)表示，其計(jì)數(shù)值為正整數(shù)，這樣就會(huì)產(chǎn)生舍入誤差，從而引起同步誤差△t，同步誤差定義為：
本文以目前測(cè)試系統(tǒng)中常用的mcs-51系列單片機(jī)為例進(jìn)行分析。在以mcs-51系列單片機(jī)為核心的智能測(cè)試系統(tǒng)中一般采用ale信號(hào)4分頻作計(jì)數(shù)脈沖來測(cè)被測(cè)信號(hào)的周期。設(shè)被測(cè)信號(hào)的頻率為fr,-周采樣n點(diǎn)，機(jī)器的晶振頻率，則可以推得同步誤差（用角度表示為：
同步誤差產(chǎn)生的本質(zhì)是由于微處理器的晶振頻率不能無限高，分辨率不能無限小所引起的，由式(2)可見，同步誤差的大小與被測(cè)信號(hào)的頻率、采樣點(diǎn)數(shù)及所用微機(jī)的晶振頻率三者有關(guān)。如果它們滿足
同步誤差為零。式(3)稱同步采樣的無差條件。微機(jī)定型后:為一確定的常數(shù)，因此當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率恒定不變時(shí)，可選擇采樣點(diǎn)數(shù)使同步誤差為零或近似為零。但當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率有波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)很難不斷調(diào)整一周采樣點(diǎn)數(shù)以滿足式(3)，但用式(2)可以進(jìn)行誤差分析，計(jì)算出被測(cè)信號(hào)頻率波動(dòng)范圍內(nèi)****可能的同步誤差。例如當(dāng)f=12mhz時(shí)，若一周采樣50點(diǎn)，對(duì)工頻信號(hào)在±百分之1的頻率波動(dòng)范圍內(nèi)，****同步誤差為0. 89。
2.2電壓電流有效值和平均功率測(cè)量誤差的數(shù)學(xué)模型
2.2.1正弦波電壓電流有效值
設(shè)被測(cè)信號(hào)u(t) =umsin(ωt)，其有效值為專導(dǎo)，一周等間隔采樣n+l點(diǎn)，第一個(gè)采樣點(diǎn)在α處，最后一個(gè)采樣點(diǎn)在27π+β處（見圖1），如果β≠α，則存在同步誤差，實(shí)際采樣間隔為；
根據(jù)此采樣間隔采樣，單片機(jī)將一周ⅳ個(gè)采樣值用復(fù)化梯形積分形式計(jì)算電壓有效值：
將上述計(jì)算結(jié)果與實(shí)際電壓有效值相比較，****誤差：
設(shè)被測(cè)信號(hào)按文中所討論的軟件同步采樣復(fù)化梯形算法計(jì)算電壓有效值的方法進(jìn)行仿 |
