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1、提高同步采樣精度的一種改進(jìn)算法梅永(河海大學(xué)電氣工程學(xué)院南京)摘要本文討論了幾種交流采樣方法的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了同步采樣法。由于同步采樣在實(shí)際情況中很難實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步，當(dāng)采樣信號(hào)與待測(cè)信號(hào)不嚴(yán)格同步時(shí)，必將產(chǎn)生頻譜泄漏誤差和截?cái)嗾`差。為了克服同步采樣法的這一缺點(diǎn)，本文給出一種改進(jìn)算法，其基本思想是修改采樣序列使之接近理想采樣序列。仿真研究表明，改進(jìn)算法提高了測(cè)量精度，計(jì)算量較少，實(shí)時(shí)性也有所提高。關(guān)鍵詞：交流采樣同步采樣有功功率測(cè)量ANewAlgorithmforImprovingtheAccuracyofS
2、ynchronizeSamplingAbstractInthispaper,severalcurrentsamplingmethodsaredescribedandsynchronizesamplingisintroducedchiefly.Digitalperiodicsignalanalysisoftenrequiressynchronizedsamplingwiththesignalbeinganalyzed.Incertainpracticalsituation,however,thiscondi
3、tionisdifficulttosatisfy.Asaresult,anumberofundesirableeffectssuchasthespectralleakageandthetruncationerrorsareproduced.Anewapproachwhichattemptstoremedytheunderlyingproblemsisdeveloped.Thebasicideaoftheproposedmethodismodifythesampledsequencetodesiredseq
4、uence.Thismethodreducecomputationalburdenandmakesitsuitableforreal-timesignalprocessing.Simulationresultsshowthatthisalgorithmiscapableofreducingboththespectralleakageandthetruncationerrors.Keywords:ACSampleMethodSynchronizeSamplingActivePowerMeasurement1
5、幾種交流采樣方法的比較[1][2][3]對(duì)含有諧波的周期信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理主要有三步：首先，模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，即把連續(xù)信號(hào)離散化。第二，獲取一段時(shí)間內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)。最后對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理如（DFT）得到所要的結(jié)果。目前所用的采樣方法主要是交流采樣法.交流采樣法，即是按一定規(guī)律對(duì)被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣,再用一定的數(shù)值算法求得被測(cè)量,它與直流采樣的差別是用軟件功能代替硬件功能。交流采樣法包括同步采樣法、準(zhǔn)同步采樣法、非整周期采樣法、非同步采樣法等幾種。同步采樣法是指采樣時(shí)間間隔Ｔs與
6、被測(cè)交流信號(hào)周期Ｔ及一個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)Ｎ之間滿足關(guān)系式Ｔ＝Ｎ·Ｔs。同步采樣法又被稱(chēng)作等間隔整周期采樣或等周期均勻采樣。同步采樣法需要保證采樣截?cái)鄥^(qū)間正好等于被測(cè)連續(xù)信號(hào)周期的整數(shù)倍。同步采樣法的實(shí)現(xiàn)方法有兩種:一是硬件同步采樣法;二是軟件同步采樣法。1971年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的R.S.Turgel博士將計(jì)算機(jī)采樣數(shù)值計(jì)算用于精密測(cè)量領(lǐng)域,研制出第一臺(tái)同步采樣計(jì)算式功率表。從對(duì)周期信號(hào)的復(fù)原與頻譜分析角度考慮,當(dāng)采樣頻率和信號(hào)基頻不同步時(shí),模擬信號(hào)用離散信號(hào)代替會(huì)出現(xiàn)泄漏誤差。為此,常采用鎖相環(huán)來(lái)構(gòu)成頻率跟
7、蹤電路實(shí)現(xiàn)同步等間隔采樣。如目前研制出的一種應(yīng)用數(shù)字鎖相環(huán)路（DPLL）原理,基于倍頻器的同步采樣脈沖發(fā)生裝置,它能產(chǎn)生完全同步于被測(cè)信號(hào)基頻的采樣脈沖,當(dāng)信號(hào)基頻發(fā)生漂移時(shí),裝置還能自動(dòng)跟蹤信號(hào)基頻并產(chǎn)生新的同步于信號(hào)基頻的脈沖,這樣從根本上消除了泄漏誤差產(chǎn)生的根源。軟件同步采樣法該方法省去了硬件環(huán)節(jié),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但由于信號(hào)的頻率是在一定范圍內(nèi)變化,對(duì)其周期Ｔ不能準(zhǔn)確測(cè)量,按不準(zhǔn)確的周期Ｔ計(jì)算的采樣間隔進(jìn)行Ｎ次采樣后,不能與實(shí)際信號(hào)的周期同步,即存在同步誤差。為減少同步誤差,可采用“準(zhǔn)同步采樣法”和“加窗
8、函數(shù)法”,其中“加窗函數(shù)法”是把時(shí)域被測(cè)函數(shù)與某種低旁瓣特性的函數(shù)相乘之后,再進(jìn)行所需的數(shù)據(jù)運(yùn)算或處理。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是采樣周期不要求與被測(cè)信號(hào)周期嚴(yán)格同步,但它以較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間為代價(jià),而且也會(huì)帶來(lái)有效頻率加寬或變模糊等不良后果。另外,用軟件方法很難得到理論上的采樣間隔。這是因?yàn)椴蓸娱g隔由單片機(jī)定時(shí)器控制,其時(shí)鐘周期Td取決于晶振頻率的限制,由定時(shí)器給出的采樣間隔與理論計(jì)算所得采樣值相比將存在著截?cái)嗾`差,該誤差積累Ｎ點(diǎn)后,
