ARM的等精度测频在机组转速测控中的应用
更新时间:2023-04-17 09:39:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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ARM的等精度测频在机组转速测控中的应用
传统测量方法有2种,一种是测频法(M 法),是对被测信号在闸门时间(T—Nfo,N 个基准信号脉冲的时间)内的脉冲进行计数(计数值为M),被测信号的频率为,误差为另一种是测周法(T法),是在被测信号一个周期内对基准脉冲计数(计数值为N),被测信号的频率为,误差为。
其中,为基准信号频率准确度,通常可达;对于测频法,在相同的闸门时间内,对于任意的f不能保证在T时间内正好有M 个T ,因此会产生最大±1个T 的量化误差,并且随着被测频率f 减小,M 减小,误差越大,因此,测频法只对高频信号有较好的测量精度;对于测周法,随着被测频率.f 增大,N 越小,误差越大,因此测周法只对低频信号有较好的测量精度。在测量范围比较宽时,采用上述2种方法相结合的方式,无疑对提高测量精度是有效的,但又存在着如下问题:一是整个频段测量精度不一致;二是中界频率附近频繁切换测量方法,误差大,实时性差。
2 等精度测量方法的原理及误差分析
等精度测频法是在传统测频方法基础上发展起来的测频方法,并且在各个领域的测频中得到了越来越多的应用。
等精度测频法原理。
设置2个计数器,计数器1对被测信号进行计数,计数器2对基准信号进行计数。预先设置一个闸门时间T,测量开始后,当被测信号的下一个前沿到来时,同步打开计数器1和计数器2开始计数,闸门时间到达后,计数器I和计数器2都不停止计数,直到被测信号的前沿到来时,同步关闭计数器1和计数器2。被测信号的频率可表示为:误差为:,其中M 为计数器l计数值,N 为计数器2计数值,f为基准频率,可以看出,它与传统测频法的表达式相同,不同的是,计数器1的工作是由被测脉冲同步开启和关闭,因此不存在计数误差,即99 ,由此可见,这种方法的测量精度不随被测信号的频率变化而变化,在全量程范围内测量值显示的有效位数相同,即等精度测量。一般情况下,1010 ,所以这种方法的测量误差主要是对基准信号的计数存在±1误差引起的。因此可以看出,基准信号频率越高,在相同的闸门时间的情况下,测量精度越高。另外,闸门时间T越长,计数N 越多,测量精度越高。然而,T和N 受多种因素制约,不可能任意增加,首先是工程的要求,要反映和了解转速的变化程度,必须采用较短的时间。水轮机组转速在开停过程中从0~5O Hz变化,不超过100 Hz,在实际应用中,可适当选择闸门时间和基准信号频率,可使测量能够在全频段实现高精度的快速测量。
3 在ARM 测量系统中的实现方案
应用等精度测量方法,机组转速测控系统采用ARM7的lpc2214为CPU,lpc2214具有2个32位的定时器/计数器,每个定时器/计数器具有如下特性E :
1)带可编程32位预分频器的32位定时器/计数器。
2)每个定时器的4个32位捕获通道可在输入信号跳变时捕获定时器的瞬时值。捕获事件可选择产生中断。
3)4个32位匹配寄存器:① 连续操作,可选择在匹配时产生中断;② 匹配时停止定时器,可选择产生中断;③ 匹配时复位定时器,可选择产生中断。
4)每个定时器有4个对应于匹配寄存器的外部输出,具有下列特性:① 匹配时置低电平;
② 匹配时置高电平;③ 匹配时翻转;④ 匹配时不变。
本系统中采用了定时器/计数器0的匹配功能,用来控制闸门时间,定时器/计数器1的捕获功能,用来监测被测信号。被测信号通过硬件整形电路变成与其频率一致的方波信号,
接入定时器/计数器1的捕获管脚,开放其捕获中断功能,软件响应中断并进行相应的处理。计数频率为2.211 840 MHz,闸门时间为0.5 s,误差为1111 ,其中,1212 ,所以可以得出,理论上,等精度测频在本系统中的测量精度优于,完全可以满足工程需要。
在水轮机转速测控系统中,为提高测量的可靠性,采用电气(机端残压)信号和齿盘机械脉冲信号2种信号类型同时输入的测量方式,计算得到的频率值用于显示,开出控制等。测量系统电路结构框图。
系统程序主要包括初始化定时器/计数器,捕获中断处理,频率计算,显示,开出控制等子程序,系统流程。
使用RIGOL函数/任意波形发生器,产生频率变化的正弦波形:① 500 S内模拟波形频率从100 Hz下降到0.2 Hz,下降梯度为0.199 6 Hz/s;②模拟波形频率从100 Hz下降至1 Hz再从1 Hz上升至100 Hz,每10 Hz持续18 S;③每0.5 s记录一次测量数据,分别得到波形1和波形2。
实验证明,利用等精度测频方式频率,可以在整个测量范围内取得比较高的测量精度,本测试系统的最大相对误差小于1O~。闸门时间为0.5 S,可快速反应机组转速的变化。
4 结语
等精度测量方法与传统测量的测频法和测周法相比,能够实现全频段内等精度,大大提高了测量精度。试验结果表明,在水轮机转速测控系统中应用等精度测量方法,测量的最大相对误差优于,闸门时间可变,能够快速反应机组转速的变化。开发的SJ一22D微机转速测控装置已在多个水电站(厂)投入应用,运行准确可靠。
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