一種基于復(fù)合式數(shù)字濾波的發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種基于復(fù)合式數(shù)字濾 波的發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 工程中，大功率中頻發(fā)電機(jī)組出口溫度工作范圍在0~1200°C，與傳統(tǒng)的溫度檢 測(cè)系統(tǒng)相比，其測(cè)量溫度范圍跨度大，系統(tǒng)需要同時(shí)兼顧低溫時(shí)弱小熱電勢(shì)的抗干擾，以及 高溫時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，因此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高靈敏度、測(cè)量結(jié)果正確且穩(wěn)定的難度 大。
[0003] 由于系統(tǒng)易受震動(dòng)、干擾、沖擊等因素影響，使得檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)諸如系統(tǒng)、 隨機(jī)和粗大等種種誤差。傳統(tǒng)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的濾波方法多種多樣，主要是從限幅濾波、平均 濾波等方法上推演而來(lái)，但應(yīng)用在大功率中頻發(fā)電機(jī)組中會(huì)出現(xiàn)制約性與弱適應(yīng)性，存在 著有效的復(fù)雜數(shù)字濾波算法難于工程編程實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)濾波不能兼顧上述三種誤差濾 除的困難。
[0004] 為確保大功率中頻發(fā)電機(jī)組的工作性能滿足要求，有必要根據(jù)機(jī)組工作流程與溫 度變化特點(diǎn)，采用有針對(duì)性解決該工程問(wèn)題的檢測(cè)系統(tǒng)及其數(shù)字濾波技術(shù)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于復(fù)合式數(shù)字濾波的發(fā) 電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)，能可靠地對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，可有效濾除濾波干擾、沖擊等因素對(duì) 溫度靜態(tài)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)帶來(lái)的各種影響。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下。
[0007] -種基于復(fù)合式數(shù)字濾波的發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)，包括溫度傳感器電路、信號(hào) 調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換單元、微處理器，溫度傳感器電路、信號(hào)調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換單元、微處理器依次 連接，所述微處理器采用單片機(jī)作為芯片，單片機(jī)控制采樣頻率與A/D轉(zhuǎn)換頻率，單片機(jī)嵌 入有定時(shí)器〇、定時(shí)器1和復(fù)合式數(shù)字濾波處理單元。
[0008] 所述的溫度傳感器采用K型鎳鉻熱電偶。
[0009] 所述的單片機(jī)分別利用定時(shí)器0和定時(shí)器1控制采樣頻率與A/D轉(zhuǎn)換頻率，采樣 周期大于A/D轉(zhuǎn)換周期。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的積極效果為：對(duì)于非時(shí)變采樣數(shù)據(jù)，Grubbs是一 種剔除壞樣本的經(jīng)典準(zhǔn)則，但存在標(biāo)準(zhǔn)偏差、開(kāi)方、平方等運(yùn)算程序占用空間大且解算速 度慢等缺點(diǎn)，因此通過(guò)簡(jiǎn)化改進(jìn)Grubbs形成本實(shí)用新型中的小樣本非時(shí)變?yōu)V波方法，解決 Grubbs單片機(jī)難于編程實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)也為上層的時(shí)變數(shù)據(jù)處理輸入可信數(shù)據(jù)。對(duì)于時(shí) 變采樣數(shù)據(jù)，采用一階差分濾除奇異值并進(jìn)行合理替代。經(jīng)兩層有針對(duì)性的抗干擾和壞數(shù) 據(jù)的濾波處理后，輸出穩(wěn)定、有效的溫度數(shù)據(jù)。
[0011] 經(jīng)過(guò)實(shí)際發(fā)電機(jī)組起動(dòng)、加速、減速、加負(fù)載、減負(fù)載、運(yùn)行與停機(jī)等階段溫度檢測(cè) 驗(yàn)證，該數(shù)字濾波技術(shù)運(yùn)算快、精度高，同時(shí)該溫度檢測(cè)系統(tǒng)也能對(duì)發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)提供 實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)信息。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖2是本實(shí)用新型數(shù)字濾波單元的流程圖。
[0014] 圖3是發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)采樣頻率控制信號(hào)圖。
[0015] 圖4是應(yīng)用本實(shí)用新型技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的靜態(tài)溫度曲線對(duì)比圖。
[0016] 圖5是應(yīng)用本實(shí)用新型系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組溫度動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖內(nèi)容和具體實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。
[0018] 實(shí)例 1
[0019] 圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，所述的基于復(fù)合式數(shù)字濾波的發(fā)電機(jī)組溫度 檢測(cè)系統(tǒng)，包括溫度傳感器電路、信號(hào)調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換單元、微處理器，溫度傳感器電路、信 號(hào)調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換單元、微處理器依次連接，所述微處理器采用單片機(jī)作為芯片，單片機(jī)控 制采樣頻率與A/D轉(zhuǎn)換頻率，單片機(jī)嵌入有定時(shí)器0、定時(shí)器1和復(fù)合式數(shù)字濾波處理單元。
[0020] 所述的溫度傳感器采用K型鎳鉻熱電偶。
[0021] 所述的單片機(jī)分別利用定時(shí)器0和定時(shí)器1控制采樣頻率與A/D轉(zhuǎn)換頻率，采樣 周期大于A/D轉(zhuǎn)換周期。
[0022] 基于圖2所示的數(shù)字濾波計(jì)算的流程對(duì)所述濾波技術(shù)進(jìn)行的分析。濾波技術(shù)具體 步驟如下：
[0023] 步驟一：采樣頻率50Hz，采樣點(diǎn)附近連續(xù)A/D轉(zhuǎn)換三次，轉(zhuǎn)換頻率2kHz。定時(shí)器?\ 中斷觸發(fā)時(shí)轉(zhuǎn)入步驟二進(jìn)行運(yùn)算，定時(shí)器Τ。中斷觸發(fā)時(shí)轉(zhuǎn)入步驟五進(jìn)行運(yùn)算。發(fā)電機(jī)組溫 度檢測(cè)系統(tǒng)采樣頻率控制信號(hào)如圖3所示。
[0024] 步驟二：在三個(gè)連續(xù)的500us內(nèi)測(cè)量的溫度可認(rèn)為是恒定不變的，即為非時(shí)變 溫度數(shù)據(jù)。然而熱電偶的熱電勢(shì)為uV級(jí)的弱小信號(hào)，受種種噪聲干擾后，一個(gè)測(cè)量單元 (1. 5ms)內(nèi)的三個(gè)溫度數(shù)據(jù)不盡相同，甚至出現(xiàn)較大誤差。如圖4所示的每個(gè)采樣點(diǎn)附件連 續(xù)3次A/D轉(zhuǎn)換得到的溫度數(shù)值。
[0025] 為初步剔除偶然誤差，取3個(gè)重復(fù)的采樣溫度值為一個(gè)單位。在這組數(shù)據(jù)中，溫度 值為Xl(i = 1…n，n = 3)，η次采樣溫度平均值為= 得出如圖4所示的均值 法曲線。
[0026] 步驟三：改進(jìn)后的小樣本Grubbs對(duì)可疑值進(jìn)行剔除，進(jìn)而確定一個(gè)采樣溫度值， 但不能保證該值的真實(shí)性。
[0027] 對(duì)于Xi對(duì)應(yīng)的殘差V i，若滿足叫=卜-司> 則認(rèn)為\是可疑值。將其 舍棄后重新算平均值，并將新的平均值作為該采樣點(diǎn)的溫度值。
[0028] 查Grubbs臨界表，通過(guò)確定顯著水平a和樣本數(shù)η，確定臨界值g(n, a)，當(dāng)η = 3, a = 0· 05，則 g(n，a) = 1· 15。
[0029]
推得σ (X)，其反應(yīng)的是殘差序列的標(biāo)準(zhǔn)差， 它在單片機(jī)采樣數(shù)據(jù)處理中體現(xiàn)為每組采樣單元都需運(yùn)算3次平方與1次開(kāi)方，程序運(yùn)算 負(fù)擔(dān)較重?？偨Y(jié)多次試驗(yàn)結(jié)果，將σ (X)簡(jiǎn)化為固定數(shù)值σ，該值能反應(yīng)出一組溫度數(shù)據(jù)的 絕對(duì)誤差的大小。
[0030] 步驟四：
[0031] 若| Vi |>1. 15 σ，著認(rèn)為Xi為正常值，X作為這一組采樣的真實(shí)溫度值。
[0032] 若|以>1. 15〇，則認(rèn)為&為異常值并予以剔除，轉(zhuǎn)入步驟二重新計(jì)算平均值，將 其作為這一組的真實(shí)采樣溫度值。
[0033] 得到如圖4所示Grubbs法得到的一組數(shù)據(jù)的曲線。
[0034] 步驟五：
[0035] 在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中溫度攀升速度快，相鄰的兩個(gè)采樣溫度值是時(shí)變關(guān)系。連續(xù)的 一組采樣數(shù)據(jù)序列中由于非時(shí)變?yōu)V波失敗或有明顯干擾有造成的個(gè)別數(shù)據(jù)差異大。在本實(shí) 例系統(tǒng)中，采集到的非時(shí)變數(shù)據(jù)在溫度變量與時(shí)間變量上呈線性分布，因此采用簡(jiǎn)單而有 效的一階差分法檢查差異值。
[0036] 設(shè)溫度增量初值為w，常數(shù)為k，當(dāng)| xt_xt i | > kw成立時(shí)，認(rèn)為此采樣點(diǎn)xt為差異 值，予以濾除，用xt i代替X t。當(dāng)采樣頻率大于溫度增量的最高頻率時(shí)，上述方法簡(jiǎn)單有效 且可靠性高，本實(shí)例系統(tǒng)滿足此條件。
[0037] 另外，在系統(tǒng)開(kāi)始工作后，若連續(xù)多次采樣值都超過(guò)了極限誤差kw，說(shuō)明外圍出現(xiàn) 異常，系統(tǒng)應(yīng)承認(rèn)該采樣值，
重新計(jì)算w值，保證測(cè)溫系統(tǒng)的精度。 因此該應(yīng)用實(shí)例用本實(shí)用新型的數(shù)字濾波方法得到如圖4所示一組數(shù)據(jù)曲線。
[0038] 綜上，同一時(shí)刻，取一組連續(xù)的原始值，同時(shí)進(jìn)行均值法濾波、小樣本Grubbs濾 波、以及本實(shí)用新型方法三種運(yùn)算，得到如圖4所示的數(shù)據(jù)，可以看出，原始值波動(dòng)大，不能 反映常態(tài)的環(huán)境溫度；均值法無(wú)法剔除粗大誤差；而小樣本Grubbs能剔除一個(gè)粗大誤差， 但不能剔除多個(gè)程度相當(dāng)?shù)拇执笳`差；在Grubbs非時(shí)變?yōu)V波基礎(chǔ)上加入一階差分濾波，結(jié) 果穩(wěn)定且準(zhǔn)確度高。
[0039] 實(shí)例 2
[0040] 通過(guò)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中監(jiān)測(cè)溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，采用本實(shí)用新型的濾波方法所測(cè)得 的溫度記錄數(shù)據(jù)如圖5所示。啟動(dòng)初段時(shí)間溫度上升速率快，啟動(dòng)中段時(shí)間溫度起伏幾次 后快速率下降，啟動(dòng)末段進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。
[0041] 從測(cè)試結(jié)果可以看出，整個(gè)工作過(guò)程溫度變化平穩(wěn)，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，可以 為頂層溫度控制系統(tǒng)提供可靠依據(jù)，因此本實(shí)用新型所使用的數(shù)字濾波方法可有效的應(yīng)用 在發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)中。
[0042] 本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)，不受具體實(shí)施例所限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于復(fù)合式數(shù)字濾波的發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括溫度傳感器 電路、信號(hào)調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換單元、微處理器，溫度傳感器電路、信號(hào)調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換單元、微 處理器依次連接，所述微處理器采用單片機(jī)作為芯片，單片機(jī)控制采樣頻率與A/D轉(zhuǎn)換頻 率，單片機(jī)嵌入有定時(shí)器0、定時(shí)器1和復(fù)合式數(shù)字濾波處理單元。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合式數(shù)字濾波的發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征 在于所述的溫度傳感器采用K型鎳鉻熱電偶。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合式數(shù)字濾波的發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征 在于所述的單片機(jī)分別利用定時(shí)器〇和定時(shí)器1控制采樣頻率與A/D轉(zhuǎn)換頻率，采樣周期 大于A/D轉(zhuǎn)換周期。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于復(fù)合式數(shù)字濾波的發(fā)電機(jī)組溫度檢測(cè)系統(tǒng)，包括溫度傳感器電路、信號(hào)調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換單元、微處理器，采用單片機(jī)作為微處理器芯片，控制采樣頻率與A/D轉(zhuǎn)換頻率，并嵌入溫度信息量的復(fù)合式數(shù)字濾波單元。該運(yùn)算單元以改進(jìn)的小樣本格拉布斯準(zhǔn)則（Grubbs）判別非時(shí)變數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并復(fù)合一階差分的濾波方法來(lái)剔除時(shí)變數(shù)據(jù)的粗大誤差，實(shí)現(xiàn)不合理數(shù)據(jù)的舍棄或取代。工程應(yīng)用表明，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，運(yùn)算效率高，在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試上都獲得很好的濾波效果，輸出溫度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，同時(shí)也能夠?yàn)轫攲拥臏囟瓤刂铺峁┝丝煽康臄?shù)據(jù)。
【IPC分類】G01K7/02, G01K15/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205120262
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520862156
【發(fā)明人】孟娜, 盧爽, 劉鈺瓊, 曲春普, 陳海軍, 管鵬
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)航天新光集團(tuán)有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日