数字反馈

数字反馈（精选3篇）

数字反馈 篇1

0 引 言

铁损, 即铁芯损耗, 是指铁芯在≥50 Hz交变磁场下磁化时所消耗的无效电能。因铁损造成的电量损失占各国全年发电量的2.5%～4.5%[1]。这种由于磁通变化受到各种阻碍而消耗的无效电能, 转变成热量而损失掉, 又引起电机和变压器等设备的温度升高。因此, 铁损作为考核电工钢产品磁性的最重要指标, 铁损值也作为划分产品等级的依据。

国际上普遍采用爱泼斯坦方圈法作为测量电工钢片铁损值的标准方法, 我国采用GB/T 3655-2008:《用爱泼斯坦方圈测量电工钢片 (带) 磁性能的方法》[2]。然而, 该测量方法存在几个缺点:①试样的制作很繁琐, 需要剪切约1 kg的30 mm×300 mm试样;②在装入试样时很繁琐, 试样在角部采用双塔接连接方式;③需要进行去应力退火;④浪费大量试样材料[3,4]。1974年T.Yamamoto和Y.Ohya提出了单片铁损测试仪测量铁损的方法, 经过多年的试用和改进, 纳入了IEC标准:IEC60404-3[5]。单片铁损测试优点是测试简便, 可直接读出铁损值, 而且仪器携带方便。变压器及电机等厂商在采购电工钢片时, 常使用单片铁损测试仪进行现场测试来判断供货是否与样片一致。

工程上, 在磁感应强度波形为正弦波的条件下, 以取向磁感应强度为1.7 T和无取向磁感应强度为1.5 T时的铁损值作为磁性能判定的一个重要基准。在进行铁损测试的过程中, 由于磁化曲线的非线性, 磁感应强度波形会出现畸变。传统的铁损测试设备均采用模拟反馈法来保证磁感应强度的正弦性;而模拟反馈法硬件电路复杂、控制波形的正弦性不高。

为此, 笔者应用数字反馈法对磁感应强度及其波形系数进行调整, 采用ARM微控制器实现数字反馈算法, 硬件电路简单, 并可保证磁感应强度幅值误差及波形系数误差均在0.1%以内。

1 单片铁损测试原理

利用绕有初级线圈N1和次级线圈N2的U形叠片电工钢片制成的测试探头置于测试电工钢片试样上, 如图1所示。当对初级线圈中施加一定励磁电流后, 测试探头与试样断面形成磁回路, 测量由次级线圈产生的感应电压及初级线圈中的励磁电流, 经过计算得出试样的铁损[6]。

从能量的角度看, 初级输入次级的瞬时功率为p1=u1i1, 当磁力线为正弦波, 并且忽略铜损和仪表及气隙损耗时, 根据:

$u{}_1=u{}_2\frac{{\rm N}{}_1}{{\rm N}{}_2}$ (1)

可得到试样铁损瞬时值:

$p=u{}_{1}i{}_1=\frac{{\rm N}{}_1}{{\rm N}{}_2}u{}_{2}i{}_1$ (2)

所求铁损在一个周期内的平均值[7]为:

${\rm P}=\frac{1}{{\rm T}}\times \frac{{\rm N}{}_1}{{\rm N}{}_2}{\displaystyle \underset{0}{\overset{{\rm T}}{\int }}p}\text{d}t=\frac{1}{{\rm T}}\times \frac{{\rm N}{}_1}{{\rm N}{}_2}{\displaystyle \underset{0}{\overset{{\rm T}}{\int }}u}{}_{2}i{}_1\text{d}t=\frac{{\rm N}{}_1}{{\rm N}{}_2}\times \overline{u{}_{2}i{}_1}(3)$

式中 T—励磁电源周期;$\overline{u{}_{2}i{}_1}$—功率表读数, 乘上匝数比就是试样的铁损值。

从而, 单位质量的铁损值为:

${\rm P}{}_S={\rm P}/m=\frac{1}{LhtD}\times \frac{{\rm N}{}_1}{{\rm N}{}_2}\times \overline{u{}_{2}i{}_1}(\text{W}/\text{k}\text{g}$) (4)

式中 L—磁路平均长度;h—测试探头宽度;t—试样厚度;D—试样密度。

2 数字反馈法的应用

2.1磁感应强度大小的控制技术

DAC产生正弦波的方法在于按特定时间顺序读取正弦波查询表中波形数据, 然后将这些数字量转换成模拟量输出[8]。对一个12位的DAC来说, 正弦波幅值随变量M变化的计算式为:

$\begin{array}{l}f(x)=2048+{\rm M}\sin \left(\frac{2\text{π}x}{1024}\right)\\ x=0,1,\cdots ,1023;{\rm M}=0,1,\cdots ,2048\end{array}$

(5)

再根据磁感应强度峰值计算公式:

$B{}_m=\frac{U{}_2}{4.444f{\rm N}{}_{2}A}$ (6)

式中 Bm—磁感应强度峰值;U2—次级线圈感应电压;f—励磁电源频率;A—电工钢片试样横截面积。

从而得到:

${\rm M}={\rm K}\times \frac{{\rm N}{}_1}{{\rm N}{}_2}U{}_2=4.444f{\rm N}{}_{1}A\text{Κ}B{}_m$ (7)

式中 K—常数。

由式 (7) 可以看出M、Bm、U2三者之间存在线性关系。由此, 可以通过程序对M的设置来控制DAC产生正弦波的幅值, 亦即控制磁感应强度。

根据上述分析, 可得出磁感应强度调整过程如下:

$\{\begin{array}{l}{\rm M}(0)=U{}_{\text{r}\text{e}\text{f}}/{\rm K}\\ \text{Δ}{\rm M}(i)=(U{}_{\text{r}\text{e}\text{f}}-U{}_2(i))/{\rm K}\\ {\rm M}(i+1)=\text{Δ}{\rm M}(i)+{\rm M}(i)\end{array},i=0,1,2\cdots$

(8)

式中 Uref—希望在试样中产生的磁感应强度相对应的感应电压;M (i) 、U2 (i) —第i次迭代值。

当误差$E=\left|(U{}_{\text{r}\text{e}\text{f}}-U{}_2(i))/U{}_{\text{r}\text{e}\text{f}}\right|\le 0.1\%$时, 调整结束。

2.2磁感应强度波形系数的控制技术

波形系数是电压有效值与平均值之比, 正弦波波形系数为:

${\rm K}{}_{\text{F}}=\frac{V{}_{\text{r}\text{m}\text{s}}}{V{}_{\text{a}\text{v}\text{g}}}=\frac{\sqrt{\frac{1}{{\rm T}}{\displaystyle \underset{0}{\overset{{\rm T}}{\int }}f}{}^2(t)\text{d}t}}{\frac{1}{{\rm T}}{\displaystyle \underset{0}{\overset{{\rm T}}{\int }}\left|f(t)\right|}\text{d}t}=\frac{\text{π}}{2\sqrt{2}}\approx 1.111$ (9)

波形调整过程如下:①DAC输出正弦电压U1;②测量次级感应电压U2;③第i+1次迭代电压U1 (i+1) 的波形由下式确定[9]:

U1 (i+1) =U1 (i) -KC (U2 (i) -Uref) (10)

式中 KC—反馈系数。

只要KC数值选择得当 (例如取0.5) , 当U2 (i) 与Uref的差值足够大时, 才能影响到第i+1次迭代电压的波形表数值;而整个迭代过程只需执行若干步就能达到调整波形系数的目的。

3 系统的实现

在硬件方面, 采用STM32F103RC作为主控微处理器来实现本研究的设计方案。STM32F103RC是以32位的ARM Cortex-M3 CPU为核心, 集成12位的DAC和ADC。由于STM32F103RC集成的DAC输出信号为单极性梯形波, 需经过二级低通滤波滤掉50 Hz以上的高频成份[10];再经过反相、抬高电压、反相调整, 得到十分平滑的正负对称的双极性正弦波。对正弦波信号进行功率放大后驱动测试探头;此时, 测试探头与电工钢片试样之间形成磁回路。通过12位的ADC采样测试探头次级感应电压信号, 接着在微控制器内进行波形调整算法处理;在满足条件后, 两个ADC同时采样感应电压和励磁电流, 计算铁损。系统整体硬件框图如图2所示。

在程序设计方面, 首先在STM32F103RC储存空间内建立一个数组, 保存初始的1 024点正弦波形表数值, 为DAC提供波形生成数据。为了节省空间, 可以只保存1/4周期, 即256点波形幅值数值[11]。接着执行波形调整循环, 磁感应强度调整和波形系数调整在同一个循环内, 当采样电压信号的幅值和波形系数误差均小于0.1%时结束波形调整。然后启动ADC两路同步采样励磁电流和感应电压, 将式 (4) 中的平均功率项代入离散化功率计算公式:

${\rm P}=\frac{1}{{\rm N}}{\displaystyle \sum _{n=1}^{{\rm N}}u}{}_{n}i{}_n$ (11)

可得到离散化铁损计算式:

${\rm P}s=\frac{1}{LhtD}\times \frac{{\rm N}{}_1}{{\rm N}{}_2}\times \frac{1}{{\rm N}}{\displaystyle \sum _{n=1}^{{\rm N}}u}{}_{n}i{}_n$ (12)

式中 N—一个周期内的采样点数;un, in—感应电压和励磁电流采样值。

计算得到的铁损值显示在LCD上, 系统程序流程图如图3所示。

4 测试结果

根据上述设计方案, 本研究研制了电工钢片单片铁损测试样机, 其实物图如图4所示。对取向电工钢片试样30QG130 (1.7 T情况下最大铁损不大于1.30 W/kg) 进行测试。由测试结果可以看出, 各次测量得到的铁损值偏差很小, 精度较高, 测试结果如表1所示。

5 结束语

结合单片铁损测试的特点及电工钢片磁化曲线的非线性, 笔者提出了先进行磁感应强度调整, 后进行波形系数调整, 并以二者的误差绝对值均满足小于0.1%为循环判断条件的数字反馈法。采用以STM32F103RC微控制器为核心来实现本研究的设计, 利用微控制器内部集成的DAC产生励磁电流所需信号, 经过波形控制使得磁感应强度波形为正弦, 最后同步采样励磁电流和感应电压信号进行铁损计算。

实验结果表明, 用数字反馈实现波形控制, 能够很好地保证磁感应强度及波形系数误差均小于0.1%, 满足单片铁损测试过程中磁感应波形正弦的要求;从而使铁损测试过程速度快、测试结果精度高, 能满足用户对电工钢片铁损测试的需要。

参考文献

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[11]白居宪.直接数字频率合成[M].西安:西安交通大学出版社, 2007:23-24.

数字反馈 篇2

根据省委统一部署，201

5年5月11日至6月24日，省委巡视二组对钢铁投资集团有限公司进行了专项巡视。巡视组认真贯彻落实中央和省委对巡视工作的部署要求，聚焦党风廉政建设和反腐败工作这个中心，突出“四个着力”，把发现问题、形成震慑作为主要任务，广泛开展个别谈话，受理群众来信来访，深入基层调研，全面了解情况，顺利完成了巡视任务。省委巡视工作领导小组听取了巡视情况汇报，并向省委报告了有关情况。

省委巡视二组组长代表巡视组作反馈。巡视组指出，钢铁投资集团党委能够认真落实省委决策部署，加强党风廉政建设，执行民主集中制和“三重一大”决策制度，坚持党管干部原则，在推进新钢铁发展上取得新的成效。巡视中，干部群众反映的主要问题是：

一是纪律意识淡薄，“两个责任”落实不到位。党委抓纪律不严格，有的领导干部“一岗双责”意识不强；纪检监察干部配备不齐，监督执纪问责不深入，对受理的信访举报查处力度不大。

二是投资收购存在违规问题。有的投资收购项目违规决策、盲目决策，存在国有资产流失隐患。

三是违反工程建设管理规定问题突出。工程招投标、物资采购、合同管理违规运行，资金管理不严，个别企业领导人员以权谋私。

四是执行八项规定精神不严。对中央八项规定精神落实情况监督检查不深入，个别企业长期设立“小金库”并隐瞒不报，个别领导人员顶风违纪。

五是下属企业执行民主集中制不严格。有的企业“三重一大”制度规定形同虚设，重大事项个人或少数人说了算。同时，巡视组还收到一些反映领导干部的问题线索，已按规定移交省纪委、省委组织部及有关部门处理。

针对问题，巡视组提出五点意见建议。一是强化从严治党的政治责任，把纪律和规矩挺在前面，严格落实“两个责任”和“一岗双责”，建立健全对关键少数、重点部门人员的监督制约机制，配齐配强纪检干部队伍，加大案件查处力度。

二是建立健全二级企业“三重一大”决策制度和“三会一层”议事规则，强化痕迹管理，定期开展监督检查。

三是在资金管理、资产处置、资源配置、资本运作和工程项目上完善管理制度，建立工程项目监管体系，开展规范工程项目、物资采购等专项治理。

四是狠抓中央八项规定精神的落实和检查，严肃查处违纪违规问题。

五是着力加强大额资金和项目监督管理，科学决策杜绝暗箱操作等违纪行为发生。

钢铁投资集团党委书记表示，巡视组指出的问题客观准确，提出的意见建议具有很强的针对性和可操作性。集团党委要切实增强纪律意识，落实主体责任，认真制定整改方案，明确责任、措施和时限，把“两个责任”和“一岗双责”落到实处；要深入开展专项治理和监督检查，加强工程项目管理，规范企业生产经营管理，强化措施，完善制度，建立机制，防范风险；要加强对各级企业人员的教育管理，严肃查处违纪违规问题。

数字反馈 篇3

1 反馈控制系统的总体设计方法

数字化短波发射机功率的反馈控制系统设计涉及的内部装置非常多, 各部分功能的联系较为密切, 其具体设计框架如图1所示。

通过图1可以看出, 短波发射机的发射通路能够从音频信号的输入到天线输出部分, 音频信号这时能够对滤波进行采集, 对插值进行过滤, 在数字上变频, 在D/A模块后, 才能实现功放, 最终发射成功。发射通路中, 控制系数β能够实现信号相乘, 从而对发射功率进行控制, β值要通过DSP计算得出来。

2 功率检测单元设计

功率的检测单元也是控制系统当中非常重要的组成部分, 能够从功放输出端口采集正、反双向功率, 从而实现数据采样功率的降低与频谱的转移。而采样频率较低功率的I、Q值最终会传输到DSP单元中。一般, 功率的检测主要是由采用模块、变频模块以及抽取滤波模块组成的, 借助A/D电子芯片实现功能的运行。

2.1 射频A/D采样

正、反功率从发射机的功放输出端耦合回来以后能够转化为射频的信号, 一般, 短波的发射机其射频幅度能够在3~40MHz, 为此, 对A/D具有较高的采集标准, 该系统的A/D射频芯片是AD9245, AD9244, 采样的频率为90MHz。

2.2 数字下的变频

当采集芯片采样到了射频的信号以后就会转向数字化的变频模块, 并实现搬移, 可以将全部信号移动到基准带中。在数字下实现变频方式为DSP给出NCO的变频频率, 而发射机中的发射通路数字上频率也从DSP中输出的, 这样能够确保上、下变频能够达到一致状态, 最终实现了频谱的转移。

2.3 滤波的抽取

变频模块输出的I、Q数据采集的速率非常小, 为80MHz, 为了能够将数据顺利传输到DSP中进行加工与处理, 就要先对数据进行采集。滤波的抽取能够将数据采集率大大降低, 将杂波全部过滤出去。该系统中的滤波抽取模块是应用的CIC与FIR结合形式的滤波器, CIC能够实现231倍的滤波抽取量, 而FIR能够实现7倍的抽取量, 能够将数据采样率由原来的80MHz降低到了47.6k Hz以后能够进行下一步的加工与处理。

CIC抽取滤波器能够在零点位置处进行相互消减, 只能应用一些计算法则实现相乘, 在高速抽取状态下抽取率将非常高。CIC滤波器由积分或者是部分滤波组成, CIC与FPGA可以通过核算实现。在设计当中, CIC的滤波抽取量非常高, 采样率可以由90MHz降低到356.2k Hz。

FIR滤波抽取量为7倍, 可以将采样率降低再应用DSP进行处理, 应用分布式计算方法实现FIR滤波器。分布式的算法能够使速度的电路开始执行任务, FIR滤波抽取器可以通过FPGA中的IP实现。分布式的算法能够将硬件规模适当减少, 进而使执行速度增加。

3 DSP单元算法设计

在功率计算方面, 常常使用射频技术参数, 这是天馈效率的重要指标, 在与天线进行匹配时电阻分量是相同的, 能够使分量相互抵消, 此时的功率为0, 而驻波的比为1, 发射机的能量能够非常有效的传输到天线上去。实际的驻波此时都是1, 为此, 要按照驻波对发射机的发射功率进行控制, 防止出现功率过大的问题。

在增益控制方面, 其模块功能的实现要按照功率进行计算, 能够得出驻波在正、负两方面的功率电平值调节功放输出, 避免了因为功率过大造成天线调谐器与功率放, 能够使发射机功率得到稳定。增益的控制模块可以通过开展增益控制来实现对发射机的功率控制。增益算法要按照驻波比的大小控制, 防止因为功率大而造成功放降低, 按照功率的值进行增益控制是非常重要的。

4 结束语

本文主要对数字化短波发射机功率反馈的控制系统设计与实现进行分析, 并介绍了反馈控制系统在功放输出端直接采集信号的方式, 通过FPGA以及DSP能够实现信息的移植或者与采集, 功能完整, 并且非常稳定, 可以在不同的短波电台实现。

参考文献

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[2]岳新东.大动态高灵敏度宽带数字化短波信号接收机研究与应用[J].中国无线电, 2014 (08) :60-61.

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