[發明專利]數據采樣方法與系統及其在參數辨識中的應用方法與系統

有效

• 申請號: 201210408534.9
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN102946253A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 郝玉山
• 申請（專利權）人: 保定市三川電氣有限責任公司
• 主分類號: H03M1/54
• 分類號: H03M1/54
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 馬佑平

技術領域

本發明涉及計算機應用技術，尤其是采樣、參數辨識和數字控制技術。

背景技術

將模擬量轉換為數字量的過程，稱之為采樣，早在1924年Nyquist就給出了采樣頻率的下限f_sl=2·f_c，即奈奎斯特采樣定理；但是在模擬控制器下穩定的系統，經過采樣后成為數字控制系統，盡管遵循了采樣定理，反而系統不再穩定；利用采樣數據進行參數辨識也鮮有成功。

面對不成功的情況，按照采樣定理，通常認為采樣頻率越快越好，技術人員往往會選擇加快采樣頻率，但是，實際情況證明，采樣頻率再怎么快，也不能解決問題。于是，數字控制和參數辨識需要進行不斷修改、調試、再修改、再調試的不斷反復摸索。

發明內容

本發明的目的就是要解決上述問題，由穩定的模擬控制器進行數字采樣后轉換為數字控制器后仍然穩定并特性相當，并且依據采樣數據能夠辨識出準確的參數。

發明人經過長達三十年的悉心研究，通過反復試驗總結、再到理論推導分析，發現上述問題的原因不是辨識算法、數字控制方法造成的，而是采樣數據造成的；采樣數據問題不是采樣太慢造成的，而是采樣太快造成的；采樣頻率并不是像本領域技術人員通常認為的那樣越快越好，而是存在一個采樣頻率上限f_sh，采樣頻率超過上限是造成采樣數據誤差較大、數字控制失穩、和參數辨識失敗的根源所在。

本發明提出一種數據采樣方法，包括以下步驟：

S1、對物理量的電信號y進行模擬低通濾波，得到濾波后的電信號；

S2、對濾波后的電信號按照采樣頻率f_s進行采樣，所述采樣頻率f_s滿足奈奎斯特定理，即f_s>f_sl；

S3、輸出采樣序列Y；

其中，所述步驟S2的采樣頻率f_s還滿足f_s≤f_sh＝ζ_max/ε；其中ε為采樣系統的Z域誤差，ζ_max為S域的最大誤差。

其中，所述采樣系統的Z域誤差ε≥δ，所述δ為采樣系統的截斷誤差；所述采樣系統的截斷誤差δ與δ_adc和δ_cpu有關，δ_adc為模數轉換器的分辨率的一半，δ_cpu為數值在計算機中表示位數的截斷誤差。

進一步的，所述采樣系統的Z域誤差ε＝k_α·δ，所述k_α為大于1的保險系數，其取值由采樣時的隨機干擾水平、數值在采樣系統中的運算誤差或其組合決定。

其中，所述S域的最大誤差ζ_max，是由具體應用決定的S域可以接受的最大誤差，例如，由應用系統S域零極點的可接受誤差決定的ζ_max，或者由應用系統時域微分方程可以接受的的最大誤差σ_max對應確定的ζ_max。

為了縮小體積、降低成本，實際應用中采樣頻率往往較高，不滿足采樣頻率的上限f_sh，因此本發明還提出了第二種數據采樣方法，其包括以下步驟：

S1、對物理量的電信號y以滿足奈奎斯特定理的采樣頻率進行采樣，得到采樣序列Y1；

S2、對采樣序列Y1進行數字低通濾波，得到濾波后的采樣序列Y2；

S3、對濾波后的采樣序列Y2進行重抽樣，得到采樣序列Y；所述重抽樣的頻率為f_rs，所述f_rs≤f_sh＝ζ_max/ε；其中ε為采樣系統的Z域誤差，ζ_max為S域的最大誤差；

S4、輸出采樣序列Y。

進一步的，所述低通濾波的截止頻率為f_c，所述f_c≤0.5×f_rs，以防止重抽樣時產生混頻。

經過重抽樣后，由于重抽樣的頻率f_rs能夠滿足小于采樣頻率的上限f_sh，所以能夠將S域的誤差降低到預先設定的范圍ζ_max內。