基于递推阻尼最小二乘法的频率跟踪及FPGA实现

发布时间：2017-08-27 22:14

  本文关键词：基于递推阻尼最小二乘法的频率跟踪及FPGA实现

  更多相关文章： 频率估计 递推阻尼最小二乘法 谐波 遗忘因子 阻尼因子

【摘要】：电力系统频率是衡量整个电网质量的一个非常重要的指标,频率的时高时低都会对电网造成较大的影响,在电力系统频率出现严重异常的情况下很有可能会使系统崩溃或者瓦解,对电力系统瞬时频率进行检测和跟踪具有非常重大的意义。最小二乘法是从误差拟合的角度对待测模型进行系统辨识或者参数估计,在参数估计、系统辨识及预测等领域应用得非常广泛。传统的最小二乘法通过对一组采样数据进行算法处理寻找一个最佳值来描述采样数据的特点,等间距的采样获得一定长度的数据信息后,尝试找出一条最佳的拟合曲线。但在在线对系统进行辨识参数时存在局限性,适用于离线辨识。在传统的最小二乘法的基础上,一种加入遗忘因子和阻尼项的递推阻尼最小二乘算法可以适用于对实时性要求比较高的参数辨识系统。论文主要工作内容如下：(1)对递推阻尼最小二乘法进行了理论研究并应用于电力系统瞬时频率跟踪,推导出了递推阻尼最小二乘法的递推公式并探讨了阻尼因子的自适应选择方法。(2)针对电力系统信号为理想信号模型、含有谐波及噪声信号模型及电力系统负荷突变引起的频率发生瞬间跳变的信号模型分别进行了比较详细的仿真,分析了不同窗口长度下的频率跟踪误差。并且以谐波分析为例进一步验证了算法的有效性。(3)在FPGA硬件实验平台上实现了电力系统瞬时频率的跟踪。由于在算法处理中带有小数和反余弦等函数,故采用嵌软核的方式方便算法的运算,最终将芯片的处理结果通过LCD800*600的彩屏上显示出来,并设计一个8位的存储器对芯片处理结果进行存储,将结果送至SignalTap逻辑分析仪上进行信号捕捉与分析。由于阻尼项的加入,在电力信号中含有谐波及噪声的情况下,算法都能够快速实时地对电力系统频率进行跟踪,仿真结果验证了该算法的有效性,其中阻尼因子起到了非常重要的作用。FPGA硬件实现结果进一步证明了该算法的鲁棒性、快速性、准确性。
【关键词】：频率估计 递推阻尼最小二乘法 谐波 遗忘因子 阻尼因子
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM732
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 本课题的研究背景和意义10-14
• 1.1.1 频率的概念10
• 1.1.2 频率偏差对电力系统的影响10-13
• 1.1.3 电力系统频率测量的意义13-14
• 1.2 电力系统频率测量技术的发展现状14-16
• 1.3 本课题的主要内容和章节安排16-18
• 第二章 电力系统频率测量算法与理论18-28
• 2.1 电力信号观测模型18-21
• 2.2 电力系统频率测量释义及要求21-22
• 2.3 电力系统频率测量方法22-27
• 2.3.1 基于正弦信号观测模型的检测算法22-23
• 2.3.2 过零检测法23
• 2.3.3 误差最小化原理类算法23-25
• 2.3.4 DFT(FFT)类算法及其改进算法25-26
• 2.3.5 正交去调制法26-27
• 2.3.6 其他的测频算法27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 基于递推阻尼最小二乘的电力系统频率跟踪28-44
• 3.1 递推阻尼最小二乘理论分析基础28-33
• 3.1.1 最小二乘法的研究背景28
• 3.1.2 最小二乘法基本原理28-30
• 3.1.3 递推算法30-33
• 3.1.4 最小二乘法流程图33
• 3.2 递推阻尼最小二乘法的频率跟踪33-39
• 3.2.1 递推阻尼最小二乘频率跟踪原理与方法34-37
• 3.2.2 阻尼因子的选择37-38
• 3.2.3 算法步骤38-39
• 3.3 仿真实验与分析39-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 FPGA硬件实现与分析44-60
• 4.1 总体设计方案44-46
• 4.1.1 总体思路44
• 4.1.2 开发平台及芯片的选择44-46
• 4.2 软核的设计与实现46-50
• 4.2.1 CPU的设计46-47
• 4.2.2 输入输出终端的设计及实现47
• 4.2.3 Avalon总线桥的实现47-48
• 4.2.4 程序存储器的设计48
• 4.2.5 FLASH控制器的设计48-49
• 4.2.6 PIO口设计49-50
• 4.3 存储模块的设计50-51
• 4.3.1 存储器的设计50
• 4.3.2 存储器子程序调用与传送50-51
• 4.4 顶层模块的设计51-52
• 4.5 显示模块的设计52-55
• 4.5.1 TFTLCD液晶显示52-54
• 4.5.2 SignalTap分析仪捕捉信号54-55
• 4.6 硬件实现结果与分析55-58
• 4.7 本章小结58-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 主要完成工作60-61
• 5.2 工作展望61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 附录A (攻读学位期间发表的论文)68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陈振宁,田太芬,匡正;分光光度法多组份体系的同时测定——阻尼最小二乘法[J];哈尔滨工业大学学报;1990年06期

2 毕世华,荆武兴,崔乃刚;识别油膜轴承动态参数的递推阻尼最小二乘法[J];振动工程学报;1998年04期

3 王昌明;用已知位移反求平面应变问题的弹性模量[J];长江科学院院报;1992年02期

4 郭飞,马西奎,邱关源;半无限大平面导电媒质中空洞定位问题的迭代算法[J];应用科学学报;2000年02期

5 李宏壮;刘欣悦;王建立;;薄镜面面形主动校正技术研究[J];应用光学;2010年01期

6 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 卢进;基于递推阻尼最小二乘法的频率跟踪及FPGA实现[D];长沙理工大学;2015年

，

本文编号：746099