模糊变步长自适应谐波检测研究与实现

论文摘要

对谐波检测算法进行了研究,对传统的自适应最小均方差(LMS)进行了深入的研究,提出一种模糊变步长自适应谐波检测算法,并针对该方法设计并制作了基于双DSP的谐波检测的实验装置,经过实验验证了该谐波算法的可行性,实现了有源滤波中的谐波检测单元。首先,通过对目前常用的几种谐波检测算法的研究,选择了自适应滤波算法,并初步确定了自适应滤波算法中的LMS算法作为本次谐波检测算法,考虑到LMS算法中的缺点,结合模糊控制理论,最终提出了一种模糊变步长自适应谐波检测算法用于本次谐波检测实验。利用MATLAB对该算法进行仿真并分析仿真结果。其次,设计并制作了实验样机。包括电网信号采集装置以及DSP软件开发平台。前者负责采集线路负载上的谐波电流以及产生与电网同步的标准正弦波信号用于谐波检测算法中。后者主要由两个TMS320F2812以及一片双口RAM组成,构成一个双CPU通信的软件开发环境。在开发板的基础上,对两个DSP进行软件程序以及cmd文件的编写,使得主DSP对外部信号进行采样及数据处理,从DSP进行整个算法运算,两者之间利用双口RAM进行通信。最后基于以上软硬件系统,对本文提出的模糊变步长自适应谐波检测算法进行实验。包括验证电网采集信号装置采集到的谐波以及产生的同步正弦信号是否与理论相符。谐波算法在双DSP中的实现效果。通过实验验证了算法的正确性及可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 有源滤波（APF）的研究现状及发展趋势
• 1.2 现今配电网谐波现状及抑制问题
• 1.2.1 谐波的危害及抑制的重要性
• 1.2.2 谐波抑制措施
• 1.2.3 几种谐波检测算法的概述
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 2 模糊变步长自适应谐波检测算法的研究
• 2.1 几种谐波检测算法的比较
• 2.2 最小均方差（LMS）算法
• 2.2.1 LMS算法基本结构概述
• 2.2.2 LMS算法概述
• 2.2.3 LMS自适应谐波检测算法
• 2.3 模糊控制
• 2.3.1 模糊控制的基本概念
• 2.3.2 模糊控制器的基本组成结构
• 2.3.3 T-S模糊推理机
• 2.4 模糊变步长自适应谐波检测算法
• 2.4.1 模糊控制中各要素选择
• 2.4.2 模糊变步长LMS谐波检测算法
• 2.5 本章小结
• 3 谐波算法的仿真
• 3.1 几种变步长算法介绍
• 3.2 几种算法的仿真比较与分析
• 3.2.1 几种谐波检测算法负载电流波形仿真比较
• 3.2.2 两种谐波检测算法精度仿真比较
• 3.2.3 模糊变步长谐波检测算法的步长仿真
• 3.3 本章小结
• 4 系统设计方案论证
• 4.1 系统硬件电路设计思想
• 4.2 DSP概述及型号选择
• 4.3 通信单元的概述及选择
• 4.4 本章小结
• 5 系统硬件设计
• 5.1 总体硬件电路设计框图
• 5.2 主要器件介绍
• 5.2.1 TMS320F2812及其开发板简介
• 5.2.2 双口RAM（CY7C026AV）简介
• 5.2.3 电流电压互感器简介
• 5.2.4 精密差动放大芯片（INA159）简介
• 5.3 信号调理电路设计
• 5.3.1 信号采集电路设计
• 5.3.2 与电压同步的正弦波产生电路
• 5.4 DSP的ADC信号采集电路
• 5.5 DSP的主要外围电路
• 5.6 双口RAM接线设计
• 5.6.1 双口RAM内部结构及引脚功能简介
• 5.6.2 双口RAM的基本通信原理
• 5.7 本章小结
• 6 系统软件设计
• 6.1 软件设计总体框架
• 6.2 TMS320F2812的CCS软件仿真环境概述
• 6.3 TMS320F2812的浮点运算处理
• 6.4 A/D采样软件设计
• 6.4.1 A/D采样模块的概述
• 6.4.2 A/D采样单元软件设计思想
• 6.4.3 A/D采样单元的精度调整
• 6.4.4 A/D采样单元软件流程
• 6.5 谐波检测算法软件设计
• 6.6 双口RAM通信的软件设计
• 6.7 本章小结
• 7 谐波检测实验结果及分析
• 7.1 信号采集电路实验结果及分析
• 7.1.1 同步正弦波长生电路实验结果及分析
• 7.1.2 三相电压信号采样实验结果与分析
• 7.2 谐波检测算法实验结果与分析
• 7.2.1 三相平衡时谐波算法检测实验
• 7.2.2 三相不平衡时谐波算法检测实验
• 7.3 实验结果分析
• 7.4 本章小结
• 8 总结与展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B