摘要：文wen章zhang介jie紹shao了le等deng精jing度du測ce頻pin方fang法fa和he傳chuan統tong測ce頻pin方fang法fa的de原yuan理li並bing進jin行xing了le誤wu差cha分fen析xi，提ti出chu了le應ying用yong等deng精jing度du測ce頻pin方fang法fa測ce量liang機ji組zu轉zhuan速su
，給gei出chu了le基ji於yu此ci方fang法fa進jin行xing機ji組zu轉zhuan速su測ce量liang的de軟ruan、硬件實現，並進行了係統測試，試驗結果表明，該係統具有測量精度高，抗幹擾能力強等優點，適合在電力自動化測控係統中應用。

0 引言

    電(dian)力(li)係(xi)統(tong)的(de)頻(pin)率(lv)反(fan)映(ying)了(le)發(fa)電(dian)機(ji)組(zu)發(fa)出(chu)的(de)有(you)功(gong)功(gong)率(lv)與(yu)負(fu)荷(he)所(suo)需(xu)有(you)功(gong)功(gong)率(lv)的(de)平(ping)衡(heng)情(qing)況(kuang)。高(gao)精(jing)度(du)和(he)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)頻(pin)率(lv)測(ce)量(liang)對(dui)整(zheng)個(ge)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)有(you)著(zhe)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)
，機(ji)組(zu)在(zai)開(kai)停(ting)機(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)範(fan)圍(wei)比(bi)較(jiao)大(da)
，變(bian)化(hua)速(su)度(du)比(bi)較(jiao)快(kuai)

，傳(chuan)統(tong)的(de)測(ce)頻(pin)方(fang)法(fa)由(you)於(yu)固(gu)有(you)的(de)缺(que)陷(xian)，難(nan)以(yi)很(hen)好(hao)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)。等(deng)精(jing)度(du)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)不(bu)隨(sui)被(bei)測(ce)脈(mai)衝(chong)的(de)頻(pin)率(lv)高(gao)低(di)變(bian)化(hua)而(er)改(gai)變(bian)，隻(zhi)與(yu)標(biao)準(zhun)計(ji)數(shu)器(qi)有(you)關(guan)，可(ke)以(yi)使(shi)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)大(da)大(da)提(ti)高(gao)，並(bing)且(qie)閘(zha)門(men)時(shi)間(jian)可(ke)變(bian)
，可(ke)快(kuai)速(su)反(fan)應(ying)頻(pin)率(lv)的(de)變(bian)化(hua)。

1 傳統測量方法的原理及誤差分析

    傳統測量方法有2種，一種是測頻法(M 法)
，是對被測信號在閘門時間(T―Nfo，N 個基準信號脈衝的時間)內的脈衝進行計數(計數值為M)，被測信號的頻率為
，誤差為

另一種是測周法(T法)，是在被測信號一個周期內對基準脈衝計數(計數值為N)，被測信號的頻率為
， 誤差為。

其中，為基準信號頻率準確度，通常可達 ；對於測頻法，在相同的閘門時間內
，對於任意的f不能保證在T時間內正好有M 個T ，因此會產生最大±1個T 的量化誤差，並且隨著被測頻率f 減小，M 減小，誤差越大，因此，測頻法隻對高頻信號有較好的測量精度；對於測周法，隨著被測頻率．f 增大，N 越小，誤差越大
，因此測周法隻對低頻信號有較好的測量精度。在測量範圍比較寬時，采用上述2種方法相結合的方式，無疑對提高測量精度是有效的
，但又存在著如下問題：一是整個頻段測量精度不一致；二是中界頻率附近頻繁切換測量方法，誤差大，實時性差。

2 等精度測量方法的原理及誤差分析

     等精度測頻法是在傳統測頻方法基礎上發展起來的測頻方法
，並且在各個領域的測頻中得到了越來越多的應用。

等精度測頻法原理如圖1所示。

    設置2個計數器，計數器1對被測信號進行計數

，計數器2對基準信號進行計數。預先設置一個閘門時間T，測量開始後，當被測信號的下一個前沿到來時
，同步打開計數器1和計數器2開始計數，閘門時間到達後，計數器I和計數器2都不停止計數，直到被測信號的前沿到來時
，同步關閉計數器1和計數器2。被測信號的頻率可表示為：誤差為： ，其中M為計數器l計數值
，N 為計數器2計數值
，f為基準頻率

，可以看出
，它與傳統測頻法的表達式相同

，不同的是，計數器1的工作是由被測脈衝同步開啟和關閉，因此不存在計數誤差，即99 ，由you此ci可ke見jian，這zhe種zhong方fang法fa的de測ce量liang精jing度du不bu隨sui被bei測ce信xin號hao的de頻pin率lv變bian化hua而er變bian化hua
，在zai全quan量liang程cheng範fan圍wei內nei測ce量liang值zhi顯xian示shi的de有you效xiao位wei數shu相xiang同tong
，即ji等deng精jing度du測ce量liang。一yi般ban情qing況kuang下xia


，1010 ，所以這種方法的測量誤差主要是對基準信號的計數存在±1誤差引起的。因此可以看出，基準信號頻率越高，在相同的閘門時間的情況下，測量精度越高。另外
，閘門時間T越長，計數N 越多，測量精度越高。然而，T和N shouduozhongyinsuzhiyue，bukenengrenyizengjia
，shouxianshigongchengdeyaoqiu
，yaofanyinghelejiezhuansudebianhuachengdu，bixucaiyongjiaoduandeshijian。shuilunjizuzhuansuzaikaitingguochengzhongcong0～5O Hz變化，不超過100 Hz，在實際應用中，可適當選擇閘門時間和基準信號頻率，可使測量能夠在全頻段實現高精度的快速測量。

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3 在ARM 測量係統中的實現方案

    應用等精度測量方法，機組轉速測控係統采用ARM7的LPC2214為CPU，LPC2214具有2個32位的定時器／計數器，每個定時器／計數器具有如下特性E ：

1)帶可編程32位預分頻器的32位定時器／計數器。

2)每個定時器的4個32位捕獲通道可在輸入信號跳變時捕獲定時器的瞬時值。捕獲事件可選擇產生中斷。

3)4個32位匹配寄存器：① 連續操作，可選擇在匹配時產生中斷；② 匹配時停止定時器，可選擇產生中斷；③ 匹配時複位定時器，可選擇產生中斷。

4)每個定時器有4個對應於匹配寄存器的外部輸出
，具有下列特性：① 匹配時置低電平；② 匹配時置高電平；③ 匹配時翻轉；④ 匹配時不變。

    本係統中采用了定時器／計數器0的匹配功能，用來控製閘門時間，定時器／計數器1的捕獲功能，用來監測被測信號。被測信號通過硬件整形電路變成與其頻率一致的方波信號，接入定時器／計數器1的捕獲管腳，開放其捕獲中斷功能，軟件響應中斷並進行相應的處理。計數頻率為2．211 840 MHz，閘門時間為0．5 s，誤差為1111
，其中，1212 ，所以可以得出
，理論上，等精度測頻在本係統中的測量精度優於  ，完全可以滿足工程需要。

    在水輪機轉速測控係統中，為提高測量的可靠性，采用電氣(機端殘壓)信號和齒盤機械脈衝信號2種信號類型同時輸入的測量方式，計算得到的頻率值用於顯示，開出控製等。測量係統電路結構框圖如圖2所示。

    係統程序主要包括初始化定時器／計數器

，捕獲中斷處理，頻率計算，顯示，開出控製等子程序，係統流程如圖3所示。

    使用RIGOL函數／任意波形發生器，產生頻率變化的正弦波形：① 500 S內模擬波形頻率從100 Hz下降到0．2 Hz
，下降梯度為0．199 6 Hz／s； ②模擬波形頻率從100 Hz下降至1 Hz再從1 Hz上升至100 Hz，每10 Hz持續18 S；③每0．5 s記錄一次測量數據
，分別得到如圖4所示波形1和波形2。

    實驗證明，利用等精度測頻方式頻率
，可以在整個測量範圍內取得比較高的測量精度
，本測試係統的最大相對誤差小於1O～。閘門時間為0．5 S
，可快速反應機組轉速的變化。

4 結語

     等(deng)精(jing)度(du)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)與(yu)傳(chuan)統(tong)測(ce)量(liang)的(de)測(ce)頻(pin)法(fa)和(he)測(ce)周(zhou)法(fa)相(xiang)比(bi)，能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)全(quan)頻(pin)段(duan)內(nei)等(deng)精(jing)度(du)
，大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)。試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，在(zai)水(shui)輪(lun)機(ji)轉(zhuan)速(su)測(ce)控(kong)係(xi)統(tong)中(zhong)應(ying)用(yong)等(deng)精(jing)度(du)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)，測(ce)量(liang)的(de)最(zui)大(da)相(xiang)對(dui)誤(wu)差(cha)優(you)於(yu)   ，閘門時間可變
，能夠快速反應機組轉速的變化。開發的SJ一22D微機轉速測控裝置已在多個水電站(廠)投入應用，運行準確可靠。