[发明专利]一种用于故障指示器正弦波振幅求值的方法

说明书

本发明提供一种用于故障指示器正弦波振幅求值的方法，所述方法用于计算电流、电压或正弦特性信号幅值，所述方法用于周期正弦特性信号，单周期8点12位的AD采样；其中，正弦因子与余弦因子皆为整数，并且为2的n次幂；正弦波振幅值的开方运算使用二分查表法快速求根来获得。本发明基于单周期8点12位AD采样，具有计算量小，计算精度高，运行功耗超低，实时性强的特点。

技术领域

本发明涉及故障指示器技术领域，尤其涉及一种用于故障指示器正弦波振幅求值的方法。

背景技术

故障指示器在运行线路中需要实时监测线路电流、电场状态，通过计算测量量的有效值作为线路故障的判断依据。线路中的电流，电场量都是具有正弦特性的信号，参杂其他频段的谐波分量，现实中50Hz工频外的谐波分量一般不超过总电能的4％。在电流、电压的有效值求值的过程中，要求滤除高频分量与低频近似的直流分量，业内的通用算法是傅氏算法求基波分量幅值，并通过乘以常数的方式，得到有效值。传统的傅氏算法牵涉到正弦因子与余弦因子的乘法运算以及开方求幅值的求根运算，运算量很大。并且此类运算中，因为采样值为正整数，小数的运算不可避免但却无实际意义，造成了CPU资源的浪费。较多的浮点数运算直接导致CPU运算时间的增加，从而使得运行期间功耗的大幅增加，故障指示器的运行寿命较大程度上缩短。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种用于故障指示器正弦波振幅求值的方法，基于单周期8点12位AD采样，具有计算量小，计算精度高，运行功耗超低，实时性强的特点。

本发明是这样实现的：一种用于故障指示器正弦波振幅求值的方法，所述方法用于计算电流、电压或正弦特性信号幅值，所述方法用于周期正弦特性信号，单周期8点12位的AD采样；其中，正弦因子与余弦因子皆为整数，并且为2的n次幂；正弦波振幅值的开方运算使用二分查表法快速求根来获得。

进一步的，所述周期正弦特性信号表达式为或其中A为信号振幅，f为信号周期，A₀为直流分量；AD采样要求为单周期8点12位AD采样，采样数据为12位长度无符号整型，所述方法能快速求取振幅数值，并滤除直流分量；在外加高次谐波能量总和不超过信号总能量的4％时，具有滤除谐波的特性。

进一步的，所述的正弦因子和余弦因子皆放大了2^m倍，m∈(1,2,3...)；通过最小公差法对原始信号的还原度进行拟合得出m，使得乘法运算中不包含浮点数。

进一步的，所述开方运算不调用系统库函数sqrt()，并强制转换浮点数，不对浮点数进行取整操作；所述开方运算使用快速查表的方式，并且所述查表区间缩减为0至3072而确保不会越界，从而减小片内FLASH空间消耗；所述查表通过下标定位的方式，进行二分法快速查找。

进一步的，所述方法进一步具体为：在经过12位AD采样后，单周期的信号变为大小为8的数组序列，设为周期正弦特性信号x_n,n∈[0,1...7]，根据离散傅里叶变换公式：

其中公式，k为1，采样点个数为8时，即对基波序列求傅里叶变化时，结合欧拉公式，能化简为：

需要求解的振幅Amp表达式为：

公式中，Re表示复数的实部，Im表示复数的虚部；

得到的余弦因子与正弦因子的数组序列，分别为：

{1.0000,0.7071,0.0000,-0.7071,-1.0000,-0.7071,-0.0000,0.7071}

{0,0.7071,1.0000,0.7071,0.0000,-0.7071,-1.0000,-0.7071}