廣州大學(xué) 莫 靖

廣東理工學(xué)院 陳波鳴

廣州商學(xué)院 陳馬源

本文主要從電器試驗(yàn)的角度出發(fā)，對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)檢測與處理技術(shù)展開研究，分析計(jì)算機(jī)電壽命試驗(yàn)裝置的工作原理以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)，與此同時(shí)還介紹了電壓頻率以及功率因數(shù)的計(jì)算方式，意在提高計(jì)算機(jī)技術(shù)在電器試驗(yàn)中的利用率，充分發(fā)揮其作用，希望對(duì)相關(guān)工作人員具有一定參考價(jià)值。

近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用得越來越廣泛，各行各業(yè)的發(fā)展均離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)，尤其是在電器試驗(yàn)中，更加需要使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行邏輯控制、數(shù)據(jù)分析處理以及數(shù)據(jù)顯示等，該技術(shù)可以顯著提升電器試驗(yàn)工作的質(zhì)量和效率。目前將計(jì)算機(jī)技術(shù)與電器試驗(yàn)結(jié)合起來，已經(jīng)是該領(lǐng)域工作人員研究的主要內(nèi)容，本文從交流接觸試驗(yàn)設(shè)備的角度出發(fā)，分析計(jì)算機(jī)監(jiān)測技術(shù)以及電壓頻率的具體計(jì)算方式。

1 電器試驗(yàn)裝置中的電壽命裝置分析

對(duì)接觸器進(jìn)行電壽命試驗(yàn)，主要目的就是判斷接觸器在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，無需修理就可以承受的最大次數(shù)操作，因此，為了令其可以使用不同的條件，在對(duì)接觸器進(jìn)行通斷電試驗(yàn)操作的過程中，需要符合不同的接通以及分?jǐn)嘞碌呢?fù)載條件，而為了實(shí)現(xiàn)這些負(fù)載條件，必須要控制好計(jì)算機(jī)的閉合系統(tǒng)。通常試驗(yàn)裝置主要由以下幾方面構(gòu)成，第一是電阻以及由電感構(gòu)成的模擬負(fù)載，一般而言，其是可調(diào)節(jié)的，主要是用來調(diào)節(jié)功率因數(shù)以及裝置最大的承載電流。第二是觸電，技術(shù)人員通過切換觸點(diǎn)，即可獲取額定電流，現(xiàn)階段華研586138MB的工業(yè)控制機(jī)在計(jì)算機(jī)試驗(yàn)中應(yīng)用得較多，其采樣點(diǎn)主要是額定電壓、試品觸點(diǎn)之間的電壓以及回路電流，其中PLC720作為數(shù)字被量輸出板，然后通過固態(tài)繼電器是實(shí)現(xiàn)對(duì)觸點(diǎn)的控制。該裝置的主要工作原理是由于試品的勵(lì)磁線圈分為交流和直流線圈兩種，在直流固態(tài)繼電器的輸出端上還可以安裝上整流橋，通過此種方式，不僅可以令計(jì)算機(jī)能夠有效控制直流線圈，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流線圈的有效控制。

2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)的具體分析

為了更加精確地描述50以及60 Hz條件下電壓以及電流的波形，采樣周期最好應(yīng)控制在1 ms左右，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的采樣周期就為1 ms，也就是說計(jì)算機(jī)每隔1 ms即會(huì)中斷一次，由于中斷服務(wù)程序的核心作用為數(shù)據(jù)采樣以及邏輯控制，一般來說令計(jì)算機(jī)中斷的手段有很多，本文主要分析一種無須使用任何外界資源，只需要利用計(jì)算機(jī)內(nèi)部資源的一種方式。由于計(jì)算機(jī)的內(nèi)部往往安裝了具有定時(shí)計(jì)數(shù)功能的芯片8253，因此計(jì)數(shù)器0的輸出會(huì)連接到內(nèi)部8253中的終端控制器，而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，則通過填寫8253計(jì)數(shù)器的初始值，令計(jì)算機(jī)每55 ms即可以出現(xiàn)INT8h的中斷。該裝置最主要的作用就是修改計(jì)算機(jī)內(nèi)部的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作。具體的實(shí)踐方式就是，技術(shù)人員首先取出INT8h的中斷矢量，然后令其重新指向系統(tǒng)，確保其不利用中斷。其次，修改8253計(jì)數(shù)器上的初始值，令I(lǐng)NT8h可以從每55 ms就中斷一次變?yōu)? ms才會(huì)中斷，每次中斷后技術(shù)人員的主要任務(wù)就是采樣與控制，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最后，為了盡可能減少對(duì)原系統(tǒng)的干擾，令I(lǐng)NTT8h每執(zhí)行55次就運(yùn)行一次INT60h，利用此種方式，保障INT8h的中斷服務(wù)仍舊可以每55ms就可以運(yùn)行一次。

3 電網(wǎng)頻率的運(yùn)行方式分析

當(dāng)前計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)檢測技術(shù)主要的主要頻率為50或者是60 Hz，技術(shù)人員如何利用計(jì)算機(jī)收集到的電壓信號(hào)計(jì)算出電網(wǎng)頻率，是電器試驗(yàn)裝置的核心技術(shù)，傅里葉變換就為轉(zhuǎn)換信號(hào)時(shí)域以及頻域的提供了良好的方法，利用此種方式，技術(shù)人員可以用其求出視域信號(hào)的視覺頻譜，與此同時(shí)通過信號(hào)的頻譜，還可以重現(xiàn)時(shí)域信號(hào)。即利用以下公式：

該公式中h(t)表示的是時(shí)域信號(hào)，H(f)則表示的是與其相對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)，H(f)通常表示的是一個(gè)復(fù)函數(shù)，其主要包括實(shí)部以及虛部，即，該數(shù)據(jù)也可以利用幅度以及相位表示，即，其中，，從其運(yùn)行的情況上來分析，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣的過程中，經(jīng)常是在有限的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的，這一時(shí)間區(qū)間被稱之為時(shí)間窗，技術(shù)人員需要在有限的時(shí)間內(nèi)，收集采樣數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的對(duì)應(yīng)譜。從上述幾個(gè)特征量來分析其時(shí)間間隔，譜的給定的分量周期用1/f0表示，時(shí)間窗口的周期可以用1/fw，采樣周期則為1/fs，上述頻域的特征值主要有譜峰頻率f0，譜峰的寬度用表示fw，譜的周期重復(fù)間隔為fs。一旦被觀測信號(hào)的初始相角為0，其正弦信號(hào)為單色信號(hào)，一旦存在f0=Nfw，此種狀態(tài)下，譜的單色性最佳，否則就會(huì)出現(xiàn)形狀為sin(f) /f的譜分布方式，此種情況被稱之為譜泄露，由于被觀測信號(hào)其初始相位0以及N屬于整數(shù)，但是在實(shí)際操作中難以有效控制。因此，為了盡可能減少譜泄露對(duì)整個(gè)譜分析過程造成的干擾，因此為了確保試驗(yàn)結(jié)果，可以適當(dāng)?shù)匮娱L觀測時(shí)間，然后利用標(biāo)準(zhǔn)正弦波計(jì)算通過時(shí)間窗而造成的譜泄露出現(xiàn)的頻譜。另外，根據(jù)直接傅里葉的變換運(yùn)算方式，技術(shù)人員需要對(duì)N個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行N2的運(yùn)算，運(yùn)行速度較慢，而根據(jù)快速傅里葉變換，可以將計(jì)算次數(shù)降低到(N/2)log2N，顯著提升了計(jì)算速度，為數(shù)字信號(hào)的處理提供了較大的便利。除此之外，根據(jù)傅里葉變換公式，計(jì)算頻率的具體方式為，將電壓采樣的N個(gè)數(shù)據(jù)放入到數(shù)組X(N)中，然后利用公式對(duì)其進(jìn)行變換，最終將結(jié)果實(shí)部放在數(shù)組x(n)中，計(jì)算出實(shí)部以及虛部絕對(duì)值最大位置相對(duì)應(yīng)的n，從而利用以下公式即可以求出計(jì)算電網(wǎng)的頻率f0=nfs/N，從該公式可以看出，采樣數(shù)據(jù)N直接影響著電網(wǎng)頻率的計(jì)算精確度，因此，為了確保計(jì)算結(jié)果的精確性，技術(shù)人員應(yīng)盡可能多收集一些采樣數(shù)據(jù)。

4 功率因數(shù)的具體計(jì)算方式分析

由于電壓以及電流相位差的余弦值被稱之為功率因數(shù)，因此，技術(shù)人員只需要對(duì)電壓以及電流進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，就可以計(jì)算出其具體的相位，然后令相位相減，則可以根據(jù)減法后的余弦值，也就是功率因數(shù)。現(xiàn)階段大部分設(shè)備中使用的供電電源均為50或者是60Hz的余弦值，然后信號(hào)的相角即可以被確定為，當(dāng)對(duì)上述公式進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，一旦觀測的譜峰寬度為fw無法符合f0=Mfw，在計(jì)算初始相角時(shí)，可以假設(shè)tw=Mt0+tΔ，θ=2πf0tΔ，則：

5 計(jì)算機(jī)檢測與處理技術(shù)的算法仿真以及應(yīng)用分析

在對(duì)上述裝置進(jìn)行仿真研究的過程中，首先需要假設(shè)電壓以及電流的信號(hào)，分別為，采樣點(diǎn)數(shù)可以用N=28，即為256表示，而次奧洋頻率f則為200 Hz，當(dāng)電網(wǎng)的頻率設(shè)計(jì)為50Hz時(shí)，則可以計(jì)算求出電網(wǎng)頻率約為50.23 Hz，一旦將其進(jìn)行取整，則可以計(jì)算出裝置電壓取角α=-30.00055°，則電流的初始角通過計(jì)算約為α=-60.00055°，而當(dāng)電網(wǎng)的頻率設(shè)置為f=60 Hz時(shí)，則可以計(jì)算得出整個(gè)頻率約為60.44 Hz，將其取整數(shù)后，則電壓的初始角為α=-29.98834°，電流的初始角約為α=-59.988°，為了確保數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性，可以盡量多選取一些采樣點(diǎn)數(shù)，但是一旦其增加，計(jì)算任務(wù)以及計(jì)算時(shí)間就會(huì)相應(yīng)增加，降低頻率以及功率因數(shù)的計(jì)算效率，由此可以看出，上述裝置用來采樣的點(diǎn)數(shù)以及采樣頻率可以用的以上公式計(jì)算出來，基本上能夠滿足相關(guān)的要求，但是如果還需要進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，則必須額外添加DSP該一技術(shù)正處于不斷的研究中。

6 DSP系統(tǒng)在數(shù)據(jù)檢測以及處理技術(shù)中的應(yīng)用分析

DSP系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中涉及的內(nèi)容較多，該系統(tǒng)具有初始化數(shù)據(jù)的功能，一旦其從外部獲取到了數(shù)據(jù)信息，則可以對(duì)其展開加速度計(jì)，然后將陀螺輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，最終結(jié)合實(shí)際要求從而計(jì)算出角速度以及加速度等數(shù)據(jù)，利用該系統(tǒng)，還可以整個(gè)各自的誤差方程，然后利用卡爾曼濾波法展開求解，最后計(jì)算得出系統(tǒng)中可能存在的誤差，最后根據(jù)這個(gè)誤差值，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償處理，有利于技術(shù)人員收集到正確的信息，并未將上述信息傳輸?shù)娇刂茊卧咸峁┹^大的便利。除此之外，從該系統(tǒng)的軟件上來分析，其除了具有電源模塊外，還擁有數(shù)據(jù)信息收集設(shè)計(jì)模塊，在對(duì)溫度或者是模擬信號(hào)的信息進(jìn)行收集的過程中，可以將信號(hào)進(jìn)行放大處理，然后利用AD計(jì)算出來，并且還可以利用FPGA進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算。DSP啟動(dòng)模塊是整個(gè)DSP系統(tǒng)的核心內(nèi)容，一旦該模塊連接上電源后，將會(huì)自動(dòng)將芯片上的應(yīng)用程序轉(zhuǎn)移到RAM中，并且將其外擴(kuò)為RAM應(yīng)用程序，通常來說，由于RAM芯片中含有IK字節(jié)空間，因此，技術(shù)人員可以通過編制一段程序，進(jìn)行一下操作，首先設(shè)計(jì)一個(gè)較為合理的EMIF產(chǎn)出，然后對(duì)外部的RAM模塊進(jìn)行初始化還原操作，最后將Flash系統(tǒng)中的應(yīng)用程序轉(zhuǎn)移到其他位置，將程序控制權(quán)上交到RAM系統(tǒng)程序中，令編制的應(yīng)用程序?qū)π畔?shù)據(jù)展開編譯，并錄入到系統(tǒng)芯片中，則一旦裝置與電源連接，就能自動(dòng)收集和檢測信息數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)，令其朝著更加智能化的方向發(fā)展。另外，通過此種方式雖然檢測的準(zhǔn)確率較高，但是由于系統(tǒng)中輸出的是模擬信號(hào)，因此，只有將其轉(zhuǎn)化為FPGA信號(hào)，技術(shù)人員才能對(duì)其進(jìn)行收集和整理，再加上由于I/F這一轉(zhuǎn)換方式，主要是從電荷平衡理論中演化而來的，因此，當(dāng)利用標(biāo)準(zhǔn)電流形成積分電荷量的這一過程，相關(guān)的技術(shù)人員必須要不斷地修正積分荷量，才能確保整個(gè)計(jì)算過程的準(zhǔn)確性。總之，在利用DSP技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)算系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)的過程中，不僅能夠?qū)φ麄€(gè)設(shè)計(jì)程序予以優(yōu)化，同時(shí)還可以確保計(jì)算數(shù)據(jù)的精確性，進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

結(jié)束語：總而言之，在電器試驗(yàn)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)檢測以及處理技術(shù)，不僅能夠顯著提升電器試驗(yàn)工作質(zhì)量和效率，同時(shí)還能降低工作人員的工作量，現(xiàn)階段該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電器試驗(yàn)檢測中，因此，相關(guān)的技術(shù)人員需要重視計(jì)算機(jī)檢測以及處理技術(shù)的研究工作，進(jìn)一步豐富該技術(shù)的內(nèi)容，充分發(fā)揮其作用。