嵌入式ARM-Linux系统在间谐波检测中的应用研究

论文摘要

目前,电力系统中的间谐波问题越来越突出,已引起人们的广泛关注。各种处理间谐波的理论和文献为间谐波的准确检测提供了各式各样的依据和途径。现有的间谐波检测算法各有其优缺点,总的来说是不能达到精度和实时性的和谐统一。算法的思想在一定程度上决定了算法的精度和复杂度,而复杂度和实时性紧密相连。一般情况下,精度高的算法,复杂度较高,而实时性相对较低;若要求较高的实时性,就必须选用复杂度较低的算法,但这类算法的精度一般都不高,难以很好地满足要求。可以说,精度和实时性是目前间谐波检测中一对难以调和的矛盾体。因此,要解决精度与实时性协调的问题,选择一个适合的切入点和均衡点至关重要。这是本文研究的一个方面。此外,另一个重要的问题就是现阶段研究间谐波的工作基本上集中在理论这一方面,而对间谐波检测算法在实际平台上运行的研究很少涉及。本文主要针对这个方面,以一个思想新颖精度高的间谐波检测算法为蓝本,再结合当前流行的嵌入式系统组合方式,采用嵌入式ARM-Linux系统来运行间谐波检测算法。本文的主要内容如下:（1）介绍了电力系统中间谐波的来源及危害,根据IEEE610000-2-2的描述,对间谐波的定义做出合理的解释。（2）在分析研究现有的几种间谐波检测算法的基础上,对其中两种算法（插值FFT算法和基于迭代程序的自适应算法）在通用计算机上通过Matlab进行仿真,验证并对比其精度和实时性;对自适应算法中一部分繁复的内容进行缩减,并利用求模运算时的数据重叠性降低了迭代程序的复杂度。改进后的自适应算法能在嵌入式ARM-Linxu平台上稳定可靠运行。（3）根据系统最优化的原则搭建基于嵌入式ARM-Linux的间谐波检测系统。移植和修改LCD驱动、键盘驱动和A/D驱动程序。（4）模拟实际情况下含间谐波的信号,通过等间隔抽取得到信号序列,运用改进的自适应算法对其处理,最终通过图形用户界面程序MiniGUI将运算结果显示出来。（5）对自适应算法在嵌入式ARM-Linux平台上运行的实际效果作出评估,并提出进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电力系统中的间谐波问题
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 间谐波的定义
• 1.2 间谐波的来源
• 1.3 间谐波的危害
• 1.4 间谐波问题的研究现状
• 1.5 研究的重要性
• 1.6 本文的主要内容
• 第2章 间谐波的检测算法
• 2.1 理论基础
• 2.1.1 离散傅立叶变换
• 2.1.2 FFT 算法
• 2.2 DFT 在检测间谐波信号时的局限性
• 2.3 现有的几种间谐波检测算法
• 2.4 基于相关性的自适应算法
• 第3章 基于嵌入式 ARM-Linux 检测平台
• 3.1 嵌入式系统概念及特点
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 嵌入式硬件特点
• 3.1.3 嵌入式软件特点
• 3.1.4 嵌入式系统的设计方法
• 3.2 ARM 处理器
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 ARM 处理器的应用领域及特点
• 3.3 嵌入式 Linux 操作系统
• 3.4 基于 ARM-Linux 嵌入式间谐波检测系统的构建
• 3.4.1 ARM-Linux 系统的结构
• 3.4.2 ARM-Linux 系统的开发流程
• 3.4.3 交叉开发环境
• 3.4.4 配置超级终端和Minicom
• 3.4.5 启动代码设计
• 3.4.6 Linux 内核的移植
• 3.4.7 驱动程序的修改和移植
• 第4章 在嵌入式平台上实现间谐波的检测
• 4.1 编程环境
• 4.2 程序流程
• 4.3 程序各功能环节的实现
• 4.3.1 信号序列的获取
• 4.3.2 基于相关性的迭代算法
• 4.3.3 嵌入式FFT 算法实现
• 4.4 图形用户界面程序 MiniGUI
• 4.4.1 MiniGUI 简介
• 4.4.2 MiniGUI 的配置与安装
• 4.4.3 MiniGUI 程序设计
• 4.4.4 MiniGUI 程序的编译与运行
• 4.5 结果分析
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 在学期间发表的学术论文及研究成果