新型光栅信号数字细分技术及其误差分析

本文提出在圆光栅作为分度基准的高精度测量仪器中,利用A/D转换器和单片机,采用软件编程的方法,对光栅读数头输出的正弦波信号（sinθcosθ）进行新的构建,形成一线性函数。分别对新建函数和原函数进行过零检测并计数,实现莫尔条纹八细分,在八细分的基础上,用软件来实现对线性函数的幅度分割,采用查表的方式实现莫尔条纹十细分,本文还对采用此方法引入的细分误差进行了研究,与传统的细分法相比,硬件电路简单,细分误差小且便于误差修正,能实现高精度角度测量。     

一种新型实现高倍编码器细分的软件设计

在光栅编码器细分程序设计中的细分位移计算部分,通常使用的方法是通过把2个信号采样值相除变换为求反正切的形式,再求出角度值。介绍一种软件实现的求光栅编码器细分角度的方法,如果计算角度细分可根据直线关系算出来的话,细分计算会更加简单直观。文中特别说明了编写软件时应当注意的问题。使用该方法,可以提高细分计算的效率和精确度。并且在TI的DSP控制器TMS320F2812上实现并验证了该方法。在文中也给出了Matlab仿真结果及实验测试结果,从实际使用情况看来,同理论的假设仿真结果基本相符,因此是可行的。     

两种莫尔条纹查表细分方法的原理误差对比

为了适应科技军事领域对编码器精度的要求,广泛采用电子技术或软件技术对编码器光学最小分辨角进行细分.软件方法多采用合成函数八细分与幅值细分相结合的方法.对常用的两种合成函数法——绝对值差值法和正切函数法在信号偏离理想波形的实际情况下,引入的原理性误差进行了理论分析和软件仿真,结果表明:对于不同的莫尔条纹信号,正切函数法和绝对值差值法引入的原理性误差差别很大,根据实际莫尔条纹信号特点,选用不同的细分方法,对于修正编码器的细分误差,进一步提高码器的精度有重要意义.     

双A/D采样的跨尺度光栅微纳测量算法与实现

光栅通过细分实现高分辨率测量,光栅细分数与A/D转换位数有关。针对目前低价位A/D采样芯片存在的A/D转换位数高则采样速度低或A/D转换位数低则采样速度高的特点,提出了一种跨尺度的光栅微纳测量方法,该方法通过高速A/D采样实现光栅快速测量,通过高转换位数A/D采样实现慢速微纳测量。为解决双A/D采样与细分的跟踪问题,设计了基于双A/D采样的二路细分算法,一路为判定算法,判定算法是以高速A/D采样值作为细分采样值,另外一路为测量算法,测量算法中的细分采样值是动态分配的,当判定算法的细分值和细分增量值满足跟踪条件时,测量算法中的采样值为慢速A/D采样值,否则为高速A/D采样值。实验数据表明,采用上述测量方法,可以任意组合两种不同转换位数与采样速度的A/D芯片,以满足不同需求的跨尺度光栅测量要求。     

高精度编码器细分误差修正方法的研究

为了精密测量光电编码器在工作时的细分误差,提高编码器细分精度,提出了一种基于改进遗传算法的光电编码器光栅条纹信号细分误差测量分析方法。阐述了基本遗传算法的原理和实现方案,并进行了算法的改进与优化,利用采集到的离散信号数据,通过改进后的遗传算法对光电信号波形进行参数提取。分析了信号质量对编码器细分误差的影响,根据提取到的信号参数(直流分量,幅值,频率和相位)对光电编码器细分误差进行测量。实验结果表明,通过改进遗传算法提取的信号参数精度高,运算速度快,细分误差峰值为+2.51″和-4.52″。该方法可有效的测量光电编码器细分误差,对编码器信号的补偿与修正具有重要意义。     

光栅信号电阻链高倍细分法的误差校正的研究

常用的电阻链细分法在对光栅信号进行高倍细分时,电路结构会随着细分倍数的增加而变得很复杂。采用内部集成等值电阻链和比较器阵列的芯片LM3914代替细分电路中的电阻链和比较器阵列,可以有效地简化电路结构和提高细分倍数,但同时会引入非线性误差。本文通过对等值电阻链细分法引入的细分误差进行数学量化分析,并通过利用光栅信号合成误差校正信号将细分电路中的误差减小到0.3%以下,提高系统的精度和可靠性,实现了40倍细分。     

光栅测距及其提高分辨率的一种细分方法

本文介绍了光栅的精密测距原理及应用微机技术实现的细分方法，即用软硬件结合的方法对光栅输出的两路模拟信号进行同步采样和编码细分取代传统的硬件细分。文章阐述了细分原理，介绍了有关软硬件（同步采样电路、极性变换电路等）设计，并作了简要的误差分析。     

计量光栅莫尔信号微控制器细分技术的研究

计量光栅位移传感器输出的两种正交莫尔信号包含了位移的全部信息，通过对其进行数据采样和数据处理可以达到对莫尔信号高倍细分的目的。本文提出了一种新的细分算法，给出了以微控制器为核心的细分电路结构和工作原理，并分析了这种细分方法的分辨力。     

基于DSP与FPGA的光栅地震检波器的信号处理

光栅地震检波器是基于光栅检测技术设计的一种新型数字传感器。它将光栅地震检波技术应用于地震勘探领域,以满足地震勘探的数字化的要求。为了控制两个AD转换器对两路信号进行同步采集,本文根据硬件描述语言VHDL的并发执行特性,在FPGA中设计了双口RAM模块进程。为了完成震动信号高倍细分算法的设计,利用DSP C语言现有的库函数实现细分值的分象限计算。因此结合FPGA与DSP分别在数据采集和运算方面的优势,对震动信号进行实时、准确的处理。     

Fourier analysis assessment method for dynamic interpolation error of Moir(e) fringe

为了实现对高精度光电编码器莫尔条纹动态细分误差的评估,研究了莫尔条纹动态细分误差的傅里叶分析评估方法.首先采集光电编码器精码的莫尔条纹光电信号送入计算机;然后运用线性插值、泰勒级数等方法将时间信号还原为位置信号;最后对位置信号进行傅里叶变换,计算出莫尔条纹光电信号的波形参数,实现对光电编码器动态细分误差的评估.实验结果表明:对某24位光电编码器动态细分误差进行评估,细分误差的峰值为+0.54”和-0.18”.此方法测量速度快,测量精度高,适合在光电编码器应用现场对细分误差进行评估.     

低频采样下基于卡尔曼滤波的同步相量测量算法的研究

各种基于定间隔采样的传统相量测量算法在跟踪速度和测量精度上不能很好地统一,在低频采样情况(每周波4~8个采样点)下提出一种基于线性卡尔曼滤波技术的10状态卡尔曼滤波模型,用于实时跟踪电力系统的电压有效值、频率、频率变化率和初相角,为系统提供精确的参数。结合二元泰勒展开公式,推导出各个参数的计算公式,并依据信号模型选取合适的时间区间保证算法对突变信号的响应速度。从采样频率、数据窗持续时间和算法对突变信号的跟踪精度方面对算法进行了讨论,结果表明使用该算法可以在低频采样下获得较高的参数估计精度。     

无功补偿滤波控制器的设计

在含有谐波源的系统中兼顾无功补偿和谐波治理,将二者归于一个控制器控制之下.为了减少硬件复杂度和保证采样精度,系统选择准同步采样法来采样和计算电网参数.设计了一套合适的算法,达到了滤波和无功补偿的要求.     

基于DSP的自适应电流速断保护中系统参数实时计算的实现

提出了基于DSP的自适应电流速断保护中系统参数实时计算的实现方法,同时给出了硬软件的设计。在系统发生故障时采用带补偿的全波傅氏算法,实时计算出系统的等值内电抗,然后再利用记忆在计算机存储器中的故障前的测量电压、电流采样值来计算系统等值内电势的相电势幅值。分析表明该方法能够满足数据的实时处理和精度要求。     

基于余弦自卷积窗的高精度介质损耗角测量算法

介质损耗角(dielectric loss angle,DLA)是高压电容器件预防性试验的重要组成部分,实现DLA的精准测量对电力系统稳定运行具有重要意义。在非同步采样和非整数周期截断情况下,利用加截断窗插值算法来提高快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)检测DLA的精度;在分析余弦窗函数频谱特性的基础上,提出通过卷积运算并以8项余弦窗为母窗构造余弦自卷积窗(cosine self-convolution window,CSCW)函数;再基于双谱线插值算法原理,推导出2阶CSCW函数的双线插值校正公式,并由此提出了高精度DLA测量方法,精度对比实验表明,该算法能高精准地提取信号相位参数。最后,将加CSCW双谱线插值FFT算法应用于电容型器件的DLA测量,验证了算法的有效性和高精度。     

莫尔条纹信号正切法细分精度分析

阐述了莫尔条纹信号正切法细分原理和细分信号的质量特点,分别计算出信号相位不正交、存在直流电平、正余弦信号幅值不等及三次谐波分量对细分精度的影响,定性定量给出了为达到一定细分精度要求,莫尔条纹信号的四大技术指标需满足的条件,为有效提高莫尔条纹信号质量和细分精度提供理论依据。     

介损角测量中非同步采样算法的研究

介绍了基波相位分离法测量介质损耗角的原理,指出了目前的软件同步采样措施难以实现真正的同步采样,并通过推导得出非同步采样条件下的基波相位分离法的算法。使用本算法,在测量时可以以固定采样率进行采样,不必根据电网频率调整采样间隔。仿真结果表明,该算法具有很高的精度。     

基于互乘法窗函数的谐波分析方法

为了提高谐波分析的精度,加窗插值算法经常用用在非整周期和非同步采样的傅里叶变换中,以改善频谱泄露和栅栏效应。本文提出了一种互乘法窗函数的构造方法,并验证了基于互乘法窗函数的三谱线插值FFT的谐波高精度分析方法。以三种窗函数为例,根据每种窗函数在乘法窗的权值构造新的窗函数,分析新的窗函数的性能,将其应用到三插值FFT算法中。通过有/无噪声仿真实验说明:在三插值情况下,构造出的互乘法窗函数比常规窗函数在谐波参数测量中具有更高的精度。在实际工程中可根据需要选择所构造的窗函数。     

加窗相位差校正算法在电网频率测量中的应用

电力系统的频率时刻处于波动状态,采样不可能做到完全同步,基于离散傅立叶变换（DFT）的算法不可避免的存在频谱泄露和栅栏效应,导致测量的精度无法满足电力系统参数的精度要求。介绍了一种改进的DFT频率测量算法,通过选择合适的窗函数和相位差校正的方法来提高频率测量的精度。仿真分析表明,该算法达到了电网频率测量的标准,具有一定的可行性和有效性。     

DVR电压波形跟踪无差拍控制方法

针对动态电压恢复器DVR(Dynamic Voltage Restorer)电压补偿信号的不确定性,根据选择的DVR逆变电路进行了无差拍控制算法研究。对于任意负载模型。利用系统的状态方程和状态变量的信息,结合状态观测器和电压、电流预测算法,推算出下一采样周期的逆变器开关控制量,使输出电压跟踪参考电压。实现了对不确定电压补偿分量的跟踪补偿控制。提出了一个具体的实现方案,仿真结果验证了算法的正确性和可行性。     

一种任意整数次谐波电压实时检测方法

基于瞬时无功功率理论提出了一种任意整数次谐波电压的实时检测方法.该方法在检测中另加标准电流信号,可使电网中实际电流的畸变不会影响检测精度,检测结果也能及时反映频率偏移的变化.为了加快动态响应速度,文中提出了反馈补偿算法并进行了详细的分析.仿真结果表明：反馈补偿算法能有效地加快动态响应速度;反馈补偿大小对响应速度和检测精度也有较大的影响;电网电压频率偏移不影响检测效果.