[RuWorker2 0]

Измерение частоты основной гармоники, основной Карл (с)

Никто не говорит, что в диапазоне 0...1600 Гц она единственная.

А по поводу простоты - покажите, что для случая гармонический сигнал + шум есть более простой метод чем MLE и что эта оценка будет несмещённой и оптимальной.

Фильтр - эта та мелочь, которая позволит перейти от произвольного процесса к гармоника + шум, при условии, что мы априори знаем где лежит интересующая нас частота (это то, что нам дано по условию задачи).

 

Товарищи ученые, доценты с кандидатами... :) Пока мало что понятно, но я стараюсь.

Реь идет о электрораспределительныой сети.

В сети всегда есть основная гармоника и гармоники до 13-й, но основная всегда около 50 Гц, например 45-55 Гц.

Все гармоники в сумме всегда значительно меньше основной.

50 Гц - 90%

100 Гц 0%

150 Гц 3%

200 Гц 0%

250 Гц 2%

...

Хочется выделить основную гармонику (цифровым фильтром) и измерить программно её частоту с точностью 0,01 Гц.

 

Что я могу:

С помощью ДПФ посчитать амплитуду основной гармоники.

С помощью БПФ посчитать амплитуды всех гармоник.

С помощью цифрового фильтра выделить полосу около 50 Гц и получить отфильтрованную выборку из 64-х точек.

 

 

 

 

[Tiro 0]

Реь идет о электрораспределительныой сети.

В сети всегда есть основная гармоника и гармоники до 13-й, но основная всегда около 50 Гц, например 45-55 Гц.

...

Хочется выделить основную гармонику (цифровым фильтром) и измерить программно её частоту с точностью 0,01 Гц.

Почему бы Вам не поинтересоваться, как это реализовано в регистраторах показателей качества электроэнергии?

Парма, к примеру.

 

Надо еще учесть, что в сети всегда присутствует АМ и ЧМ, фликкер и проч. Откройте ГОСТ 13109 и забудьте про цифровой фильтр. Нужен образцовый сигнал.

[petrov 7]

Pridnya

 

Выделяйте комплексным полосовым КИХ фильтром интересующий диапазон, АЧХ в полосе пропускания должна быть как можно более равномерная, гармоники(в том числе на отрицательных частотах) должны быть задавлены как можно сильнее, затем вычисляете несколько бинов ДПФ, далее по статье считаете частоту:

 

http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...t&p=1141831

 

Советую модельку в симулинке сделать и погонять с различными параметрами.

[Милливольт 0]

Удалено, не понял задачи и сморозил чушь.

Изменено 10 сентября, 2015 пользователем Милливольт

[RuWorker2 0]

Почему бы Вам не поинтересоваться, как это реализовано в регистраторах показателей качества электроэнергии?

Парма, к примеру.

 

Надо еще учесть, что в сети всегда присутствует АМ и ЧМ, фликкер и проч. Откройте ГОСТ 13109 и забудьте про цифровой фильтр. Нужен образцовый сигнал.

Обязательно поинтересуюсь, спасибо за ссылку на прибор, который вы считаете образцом.

В сети много чего есть (в неизвестно какой электросети), они же все разные.

Упоминаний о наличии АМ и ЧМ фликкера сетях 6-10 кВ нигде не встречал, даже слово такое впервые слышу,

никогда не нужно было бороться с АМ и ЧМ фликкером в электросетях.

Исходя из используемой вами терминологии, ссылки на ГОСТ (электромагнитная совместимость) и предложением отказаться от цифровой обработки сигналов, предположу, что вы являетесь специалистом в области аналоговых систем связи.

Картинки из ГОСТ 13109 "колебания напряжения", "временное перенапряжение" (в вашей терминологии АМ-фликкер) и "перепады частоты сигнала"

(такой картинки нет, но в вашей терминологии ЧМ-фликкер), это как раз то, что мне нужно и чем я занимаюсь.

Перепады напряжений могут быть в диапазоне от 0 до 2-х кратного номинального, а отклонение частоты не более 10%.

Чтобы все это считать, используется аппаратная часть (в первом моем сообщении указано), микроконтроллер с ядром ARM и модулем FPU осуществляет обработку данных (это о доступной вычислительной мощности, ну, то есть, не компьютер под Windows с MatLab-ом это все обсчитывает).

ГОСТы на ЭМС необходимы только для сертификации готового изделия на ЭМС (как работает изделие в условиях помех в питающей сети ~220 вольт, помех в линиях дискретных входов, линий связи...), анализируются и регистрируются (всякие там аварийные журналы с параметрами аварийных режимов, векторные диаграммы токов и напряжений основной гармоники, ток нулевой, прямой, обратной последовательности основной частоты, напряжение нулевой последовательности основной частоты, углы между всеми этими векторами, среднеквадратичное значение суммы верхних гармоник тока нулевой последовательности...осциллограмма аварийного режима для аналоговых и цифровых входов в формате COMTRADE). Поэтому никак без цифровой фильтрации нельзя, везде фильтрация, свертка...И кстати, качество электроэнергии - это не основная функция, которая меня интересует.

 

Pridnya

 

Выделяйте комплексным полосовым КИХ фильтром интересующий диапазон, АЧХ в полосе пропускания должна быть как можно более равномерная, гармоники(в том числе на отрицательных частотах) должны быть задавлены как можно сильнее, затем вычисляете несколько бинов ДПФ, далее по статье считаете частоту:

 

http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...t&p=1141831

 

Советую модельку в симулинке сделать и погонять с различными параметрами.

Спасибо за информацию! Чувствуется, что человек понимает о чем пишет. Приятно читать.

Вот симулинком не пользовался никогда. Наверное, придется попробовать. И за симулинк спасибо!

 

Если позволите...

Задача, поставленная автором не так проста... Во-первых, гармоники сетевой помехи далеко не всегда малы, а в ряде случаев имеют амплитуду больше, чем амплитуда основной частоты (sic!). Во-вторых: измерение с требуемой точностью требует и длинной реализации, и неиспользования любых аппроксимационных решений, т.к. в условиях шумов (априори неизвестных уровней) потенциальное смещение оценки может быть обусловлено именно ими.

А почему бы не использовать в этих условиях вариант синхронного фильтра (извиняюсь за самоцитирование ( http://www.tredex-company.com/ru/kvaziopti...i-i-ee-garmonik ), но не для режекции, а для выделения сигнала. Если делать ресэмплинг входных данных со смещающейся частотой сдвига (как пример ГКЧ), то отклик синхронного фильтра в какой-то момент пройдет максимум. И именно этот максимум будет соответствовать искомой частоте. Дополнительным «плюсом» такого решения будет использование энергии как четных, так и нечетных гармоник.

С вычислительной точки зрения это будет самое экономичное решение.

В сетях 6-10 киловольт в основном присутствует основная гармоника (50 Гц), поэтому по ней и работают. Это в сетях 0,4 киловольт (внутридомовые...) гармоник полно...

Вариант синхронного фильтра посмотрю. Тоже не встречал и не пользовался таким фильтром.

Изменено 10 сентября, 2015 пользователем Pridnya

[Tiro 0]

Прошу не приписывать мне то, что не было сказано.

 

Обязательно поинтересуюсь, спасибо за ссылку на прибор, который вы считаете образцом.

Сказано было о формировании образцового сигнала с заранее известными параметрами и подстройкой его частоты в зависимости от частоты сети.

Регистратор Парма был приведен в качестве примера прибора, устройством которого можно было поинтересоваться.

 

Упоминаний о наличии АМ и ЧМ фликкера сетях 6-10 кВ нигде не встречал, даже слово такое впервые слышу,

никогда не нужно было бороться с АМ и ЧМ фликкером в электросетях.

Понятия "амплитудная модуляция", "частотная модуляция", "доза фликкера" применяются раздельно. Речь о борьбе с ними не шла.

 

Исходя из используемой вами терминологии, ссылки на ГОСТ (электромагнитная совместимость) и предложением отказаться от цифровой обработки сигналов, предположу, что вы являетесь специалистом в области аналоговых систем связи.

ГОСТ 13109-97 вообще-то называется ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ. НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ, то есть речь никак не об ЭМС. Терминология взята в том числе из него.

 

Предложение отказаться от ЦОС не вносилось, а было предложение, альтернативное использованию цифрового фильтра. И с областью моих интересов Вы промахнулись.

 

(такой картинки нет, но в вашей терминологии ЧМ-фликкер), это как раз то, что мне нужно и чем я занимаюсь.

Это Ваша терминология.

 

Верно определяйте слова, и вы освободите мир от половины недоразумений. Рене Декарт

[RuWorker2 0]

Прошу не приписывать мне то, что не было сказано.

 

Сказано было о формировании образцового сигнала с заранее известными параметрами и подстройкой его частоты в зависимости от частоты сети.

Регистратор Парма был приведен в качестве примера прибора, устройством которого можно было поинтересоваться.

 

Прошу прощения, если вам показалось, что я в своих рассуждениях что-то вам приписал. Проблема восприятия информации.

Вот и теперь мне кажется, что вы сотрудник С.Пб. фирмы Парма и при первой возможности стараетесь отослать к приборам, к которым вы имеете отношение, выдать их за образец (можно же было и к импортному оборудованию отослать, а у них там фирмы по 100 лет и цифровая обработка сигналов у них зародилась, и сигнальные процессоры...а не у нас). Может у меня что-то с головой, но мне так кажется. Извините. А иначе зачем было отсылать к конкретному изделию конкретной фирмы из вашего города и предлагать мне забыть про цифровую фильтрацию (я так понял, что вы даете мне установку, как Анатолий Кашпировский когда-то "забудьте про...иди за нами, сынок"), а я без неё никак. Не сочтите меня мастером пустословия, все мы разные. Еще раз прошу прощения.

Если будут конкретные предложения с ссылками к алгоритмам, а не к готовым изделиям и их техописаниям, то с удовольствием ознакомлюсь.

Уже не раз сталкивался с тем, что расписан способ один, а используется круче. :rolleyes:

 

http://www.parma.spb.ru/catalog/equipment/...tvo/parma_rk301

Что-то как-то не ярко, похоже очень старая разработка:

угла сдвига фаз между каналами напряжения (только РК03.01ПТ)

Оснащены интерфейсом Centronics для подключения матричного принтера и интерфейсом RS-232 для подключения ПК

Частота f Гц от 45 до 55 Гц ±0,02 Гц (абсолютная, при интервале усреднения 20 секунд)

4.4.2.1 Регистратор обеспечивает измерение текущих значений ПКЭ:

− частоты входного сигнала f от 40 до 70 Гц;

...

Таблица 1 – Нормируемые метрологические характеристики регистраторов

Частота f Гц от 45 до 55

...

4.4.2.1 Время установления рабочего режима – не более 60 с.

4.4.2.2 Потребляемая мощность регистратора не более 15 ВА.

 

Я считаю фазы всех векторов, направление мощности...

Использую изолированный интерфейс USB, Ethernet, т.е. к любому ноутбуку без всяких переходников могу подключиться.

А мне нужно круче чем ±0,02 Гц, чтобы 50,00 Гц "показометром" показывать (без усреднения за минуту), ну, т.е., чтобы быстро среагировать на изменение частоты.

Измеряем в диапазоне 40-70, а погрешность нормиркется в диапазоне 45-55 Гц.

И куда ж там 15 Вт на энергопотребление уходит, микрокомпьютер что-ли засунули с крякнутым MatLab-ом.

 

Не годится.

Изменено 10 сентября, 2015 пользователем Pridnya

[rudy_b 4]

Парма - это, как раз, образец безграмотной разработки.

 

Стандартный способ точного определения частоты основной гармоники сети такой (примерно).

1. Выборка с частотой порядка 25 кГц точек (24 бита) за, примерно, 300 мс (это параметры реального прибора класса 0.05 с частотным диапазоном порядка 8 кГц).

2. На выборку накладывается окно Гаусса с аккуратно подобранными параметрами. Делается FFT (само FFT - float, обработка - double). При этом провал бин между соседними гармониками оказывается порядка 80 дБ.

3. По МНК (парабола или, лучше, гаусс, по 5 - 7 соседним бинам с весами) определяется частота максимума. Если она сильно смещена относительно центра выбранных бин - операция повторяется с коррекцией центра.

 

При этом точность определения частоты основной гармоники не хуже 0.005 Гц даже при 10% гармониках.

[RuWorker2 0]

Стандартный способ точного определения частоты основной гармоники сети такой (примерно)...

Спасибо!!! Буду пробовать сам метод, не смотря на то, что у меня АЦП 16 бит и частота выборки 3200 Гц (могу поднять до 6400). :laughing:

Изменено 10 сентября, 2015 пользователем Pridnya

[Tiro 0]

:bb-offtopic:

 

Вот и теперь мне кажется, что вы сотрудник С.Пб. фирмы Парма...

А иначе зачем было отсылать к конкретному изделию конкретной фирмы из вашего города

Кажется, кажется.. Еще у меня мультиметр Fluke, а осциллоскоп простенький LeCroy. Давайте определяйте по приборам, какой из этих фирм я сотрудник?

 

Парма - это, как раз, образец безграмотной разработки.

 

Стандартный способ точного определения частоты основной гармоники сети такой (примерно).

1. Выборка .... за, примерно, 300 мс

 

При этом точность определения частоты основной гармоники не хуже 0.005 Гц даже при 10% гармониках.

Вот и выросло поколение воинствующих инженеров, не отличающих точность от разрешающей способности, мгновенную частоту от частоты основной гармоники

[RuWorker2 0]

:bb-offtopic:

 

 

Кажется, кажется.. Еще у меня мультиметр Fluke, а осциллоскоп простенький LeCroy. Давайте определяйте по приборам, какой из этих фирм я сотрудник?

 

 

Вот и выросло поколение воинствующих инженеров, не отличающих точность от разрешающей способности, мгновенную частоту от частоты основной гармоники

Тепрь-то можно написать хоть про Снеговика с ведром на голове, на содеянное это не повлияет. :)))

 

На данном этапе можно любую терминологию использовать, лишь бы Src и Dst понимали друг друга, а для других - хоть белый шум. :cranky: Кстати, единого языка с единой терминологией для нучного мира так и не создали.

Изменено 10 сентября, 2015 пользователем Pridnya

[rudy_b 4]

:bb-offtopic:

Вот и выросло поколение воинствующих инженеров, не отличающих точность от разрешающей способности, мгновенную частоту от частоты основной гармоники

Точность и разрешающая способность - это совершенно разные вещи, указанная цифра дает именно значение погрешности, т.е. среднеквадратичное отклонение. Разрешающая способность на 2 порядка выше.

 

Понятия "мгновенная частота" не существует.

 

При периодическом сигнале частота основной гармоники совпадает с измеренной за любые несколько периодов. Иначе сигнал периодическим ( в строгом смысле этого слова) не является и говорить о частоте основной гармоники бессмысленно.

[FatRobot 4]

Дарю. Пользуйтесь.

 

Понятия "мгновенная частота" не существует.

[rudy_b 4]

Спасибо, конечно, но это не метрологическое, а чисто теоретическое понятие, которое применяется только на чистом синусе (ну, в крайнем случае, при узкополосном синале, не содержащем гармоник). Непосредственному измерению не подлежит, поскольку определяется через другой, опять же, непосредственно не измеряемый параметр - скорость изменения фазы, которую опять же невозможно определить по отсчетам АЦП, поскольку, даже при моночастотном сигнале, его амплитуда на момент измерения неизвестна. Для понимания этого полезно почитать литературу, указанную в списке литературы под номером [3] в вашей же ссылке (Финк Л. М. Сигналы, помехи, ошибки…).

 

Мгновенную частоту можно оценить только задним числом по достаточно большой выборке, но, при этом, само это понятие теряет смысл. И что вы будете делать если есть несколько гармоник? Как вы собираетесь определить понятие фазы такого сигнала?

 

Именно для того, чтобы избежать этого гемора, и используется метрологически корректное понятие частоты основной гармоники периодического сигнала. Но и оно не является полностью корректным, поскольку есть случайный шум, помехи (частично случайные), время измерения ограничено, сигнал существует не бесконечно долгое время... Но это уже погрешности второго порядка.

[serjj1333 0]

Спасибо, конечно, но это не метрологическое, а чисто теоретическое понятие, которое применяется только на чистом синусе (ну, в крайнем случае, при узкополосном синале, не содержащем гармоник). Непосредственному измерению не подлежит, поскольку определяется через другой, опять же, непосредственно не измеряемый параметр - скорость изменения фазы, которую опять же невозможно определить по отсчетам АЦП, поскольку, даже при моночастотном сигнале, его амплитуда на момент измерения неизвестна.

f(t) = d/dt(arg(y(t))), простейший частотный дискриминатор, известный со времён старого доброго ЧМ, нет? )

 

А ещё оказывается в современном ЦОС есть целый класс алгоритмов, т.н. DIFM, например

GE_47.pdf

Вполне себе практические вещи делают.