CN107422156A - 一种基于高速dma拟合的动态畸变功率源 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，用于解决现有技术中对于电能计量表的测试仪器或***无法产生尖峰波、电压多重过零波形等非线性波形，且测量标准使用标准电能表方式而导致测试仪器在波动负载下的计量精度得不到考核的技术问题。本发明实施例包括：RAM、DMA控制器、双通道数模转换器、功率放大器，RAM中储存有预设的各个周波的波形；RAM、DMA控制器、双通道数模转换器、功率放大器依次连接，DMA控制器用于将RAM中的各个周波的波形按波形的录入顺序自动循环传输至双通道数模转换器进行波形的拟合；功率放大器用于放大并输出拟合后的波形。
Description
技术领域
本发明涉及电测仪器仪表技术领域，尤其涉及一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源。
背景技术
随着电力电子技术的发展及电力电子技术在各行各业中的应用，现代工业生产设备中换流装置的容量也越来越大，数量越来越多，而电网在实际运行状况下的负荷常常不是稳态的，而且畸变越来越大、波动规律不统一，而传统电能表的测试条件一般要求稳态功率源，波动负载下的计量精度往往得不到考核，而实际运行状况下的负荷常常不是稳态的，这就有可能造成这样的情况：电能表在实验室首检合格，挂网运行后检定不合格，拆下来送到实验室检定又是合格的。电能计量数据的准确与否直接影响到电网企业与用户之间利益以及交易的合理性。因此，行业相关标准建议电能表的测试需要增加非线性测试波形，尤其是电压多重过零波形、尖峰波等测试波形，而这些波形目前国内外并无专业的测试仪器，目前电能行业无法解决非线性负载测试问题。
目前电能表的测试一般使用单、三相功率源或单、三相标准电能表来测试，技术成熟应用广泛，一般使用单、三相标准电能表作为标准，来标定被检电能表的准确度，该方案的优点是设计难度不高，成本低廉，技术成熟，缺点是无法测试动态畸变的负荷下的电能误差。福禄克公司制造的一款向量测量校准***FLUKE 6105可以测试整数谐波下的电能表误差，但是无法产生尖峰波、电压多重过零波形等非线性波形(傅里叶不完全分解波形)。
发明内容
本发明实施例公开了一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，解决了现有技术中对于电能计量表的测试仪器或***无法产生尖峰波、电压多重过零波形等非线性波形，且测量标准使用标准电能表方式而导致测试仪器在波动负载下的计量精度得不到考核的技术问题。
本发明实施例提供了一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，包括：
RAM、DMA控制器、双通道数模转换器、功率放大器，RAM中储存有预设的各个周波的波形；
RAM、DMA控制器、双通道数模转换器、功率放大器依次连接，DMA控制器用于将RAM中的各个周波的波形按波形的录入顺序自动循环传输至双通道数模转换器进行波形的拟合；
功率放大器用于放大并输出拟合后的波形。
可选地，DMA控制器通过DMA总线与RAM连接。
可选地，RAM还通过总线连接有DSP Core。
可选地，DSP Core还连接有处理终端，处理终端用于将预先产生的周波波形通过DSP Core下载至RAM。
可选地，处理终端通过以太网物理层与DSP Core连接；
以太网物理层与DSP Core之间通过总线连接。
可选地，DMA控制器通过同步串口与双通道数模转换器连接。
可选地，功率放大器包括电流功率放大器和电压功率放大器；
电流功率放大器与双通道数模转换器的A通道连接；
电压功率放大器与双通道数模转换器的B通道连接。
可选地，双通道数模转换器为16字节的双通道数模转换器。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供了一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，包括：RAM、DMA控制器、双通道数模转换器、功率放大器，RAM中储存有预设的各个周波的波形；RAM、DMA控制器、双通道数模转换器、功率放大器依次连接，DMA控制器用于将RAM中的各个周波的波形按波形的录入顺序自动循环传输至双通道数模转换器进行波形的拟合；功率放大器用于放大并输出拟合后的波形。本实施例中通过将每种周波的波形，包括畸变波形、录波等非线性波形，预先储存于RAM中并利用高速DMA控制器将RAM的波形自动循环送到双通道数模转换器完成任意波形的拟合并经功率放大器放大输出，从而获得包括动态畸变非线性波形在内的各种波形输出，实现了动态畸变负荷的测试和校准，解决了现有技术中对于电能计量表的测试仪器或***无法产生尖峰波、电压多重过零波形等非线性波形，且测量标准使用标准电能表方式而导致测试仪器在波动负载下的计量精度得不到考核的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源的另一个实施例的结构示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源的DMA自动传输过程示意图；
图4(a)为本发明实施例中提供的一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源的DMA地址位示意图；
图4(b)为本发明实施例中提供的一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源的DMA通道控制切换说明示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，用于解决现有技术中对于电能计量表的测试仪器或***无法产生尖峰波、电压多重过零波形等非线性波形，且测量标准使用标准电能表方式而导致测试仪器在波动负载下的计量精度得不到考核的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明实施例中提供的一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源的一个实施例包括：
RAM1、DMA控制器2、双通道数模转换器3、功率放大器4，RAM1中储存有预设的各个周波的波形；
RAM1、DMA控制器2、双通道数模转换器3、功率放大器4依次连接，DMA控制器2用于将RAM1中的各个周波的波形按波形的录入顺序自动循环传输至双通道数模转换器3进行波形的拟合；
功率放大器4用于放大并输出拟合后的波形。
其中，DMA控制器2、双通道数模转换器3、功率放大器4的数量不做具体限定，可根据实际需要进行选择，满足1:1:2的对应连接关系即可。
进一步地，DMA控制器2通过DMA总线与RAM1连接。
进一步地，RAM1还通过总线连接有DSP Core5。
进一步地，DSP Core5还连接有处理终端6，处理终端6用于将预先产生的周波波形通过DSP Core5下载至RAM1。
进一步地，处理终端6通过以太网物理层7与DSP Core5连接；
以太网物理层7与DSP Core5之间通过总线连接。
进一步地，DMA控制器2通过同步串口与双通道数模转换器连接。
进一步地，功率放大器4包括电流功率放大器和电压功率放大器；
电流功率放大器与双通道数模转换器3的A通道连接；
电压功率放大器与双通道数模转换器3的B通道连接。
进一步地，双通道数模转换器3为16字节的双通道数模转换器。
以上为对本发明实施例提供的一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源的结构的详细描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源的具体工作原理进行详细描述。
请参阅图2，本发明中由处理终端6，如电脑、笔记本、智能处理终端等，将每个周波的波形(包括Ua、Ia、Ub、Ib、Uc、Ic通道)通过以太网物理层7及DSP Core5下载到RAM1中，需要注意的是，处理终端6上的每个周波的波形可以由MATLAB工具计算产生或人工拟合产生，波形也可以由示波器或录波仪现场实际录波产生。其中，处理终端6将波形下载到RAM1的速率由以太网的速率和DSP Core5的速度决定，当处理终端6把波形全部下载到RAM1中之后，DSP Core5启动第一DMA控制器2a、第二DMA控制器2b、第三DMA控制器2c，自动把RAM1的波形通过第一DMA控制器2a、第二DMA控制器2b、第三DMA控制器2c以及第一同步串口8a、第二同步串口8b、第三同步串口8c送到第一双通道数模转换器3a、第二双通道数模转换器3b、第三双通道数模转换器3c上实现畸变负荷的波形拟合输出，波形拟合输出后通过第一电压功率放大器4Ua、第一电流功率放大器4Ia和第二电压功率放大器4Ub、第二电流功率放大器4Ib以及第三电压功率放大器4Uc、第三电流功率放大器4Ic实现信号的放大和负载功率的输出。其中，DSP处理器9使用ADSP-BF609Blackfin处理器，该处理器内置了以太网物理层7和第一同步串口8a、第二同步串口8b、第三同步串口8c以及DSP Core5以及第一DMA控制器2a、第二DMA控制器2b、第三DMA控制器2c。DSP处理器9可以实现把RAM1的数据按每周波80000点的波形不通过DSP Core5的干预实现自动传送。
本发明中通过处理终端6把任意波形(含畸变波形或录波)通过低速的网络接口送到RAM1，然后利用高速的DMA控制器2把RAM1的波形自动循环送到双通道数模转换器3完成任意波形的拟合，由于使用DMA控制器2自动控制，不消耗DSP Core5的同时从而实现了80000点每周波的波形拟合输出，且可通过双通道数模转换器3高分辨率精确输出。双通道数模转换器3使用16BIT的AD5545芯片实现，两个通道的切换通过AD5545芯片输入的地址位来实现，第一电压功率放大器4Ua、第二电压功率放大器4Ub、第三电压功率放大器4Uc通过电源运算放大器使用串联负反馈实现，可实现交直流输出且带宽大于1MHz，工作电源+/-200V可实现交流100V的输出，第一电流功率放大器4Ia、第二电流功率放大器4Ib、第三电流功率放大器4Ic的最大输出电流为15A，可实现交直流流10A的输出。
本发明中DMA控制器2对波形的自动传输的过程如图3所示，第一DAM控制器2a控制RAM1的地址从地址1到地址80000*2(Ua和Ia两个通道)自动按顺序循环传输，每个采样点RAM波形的有效位数为18BIT，前两位为地址位，用来选择第一双通道数模转换器3a的A通道或B通道，后16Bit为每个采样点的波形数值，Ua和Ia的波形错开存放顺序为：Ua1、Ia1、Ua2、Ia...Ua80000、Ia80000，第二DAM控制器2b的RAM地址从地址1到地址80000*2(Ub和Ib两个通道)自动按顺序循环传输，每采样点RAM波形的有效位数为18BIT，前两位为地址位，用来选择第二双通道数模转换器3b的A通道或B通道，后16Bit为每个采样点的波形数值，Ub和Ib的波形错开存放顺序为Ub1、Ib1、Ub2、Ib...Ub80000、Ib80000,第三DAM控制器2c的RAM地址从地址1到地址80000*2(Uc和Ic两个通道)自动按顺序循环传输，每采样点RAM波形的有效位数为18BIT，前两位为地址位，用来选择第三双通道数模转换器3c的A通道或B通道，后16Bit为每个采样点的波形数值，Uc和Ic的波形错开存放顺序为Uc1、Ic1、Uc2、Ic...Uc80000、Ic80000。
本发明的DMA自动控制通道切换输出如图4(a)至图4(b)所示，RAM1存放Ua的采样值的高位地址位为：A1为1，A0为0；存放Ia采样点的高位地址位为：A1为0，A0为1；存放Ua的采样值的16Bit数值为D15～D0,存放Ia的采样值的16Bit数值为D15～D0，通道B和通道C和通道A的原理相同。具体的，如图4所示，DMA控制器2a在输出采样点1(Ua)的时候，会把最高位和次高位A0输出为#01B，输出采样点1(Ia)的时候会把最高位和次高位A0输出为#10B，这样只要在RAM区提前把地址位置为(1<<16)和(2<<16)，后面的波形就会自动选择D/A(3a)为A通道还是B通道。UB和IC和UC和IC的工作过程和UAIA完全相同。
本发明实施例提供了一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，包括：RAM、DMA控制器、双通道数模转换器、功率放大器；RAM、DMA控制器、双通道数模转换器、功率放大器依次连接，DMA控制器用于将RAM中的各个周波的波形按波形的录入顺序自动循环传输至双通道数模转换器进行波形的拟合；功率放大器用于放大并输出拟合后的波形。本实施例中通过将每种周波的波形，包括畸变波形、录波等非线性波形，预先储存于RAM中并利用高速DMA控制器将RAM的波形自动循环送到双通道数模转换器完成任意波形的拟合并经功率放大器放大输出，从而获得包括动态畸变非线性波形在内的各种波形输出，实现了动态畸变负荷的测试和校准，解决了现有技术中对于电能计量表的测试仪器或***无法产生尖峰波、电压多重过零波形等非线性波形，且测量标准使用标准电能表方式而导致测试仪器在波动负载下的计量精度得不到考核的技术问题。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，其特征在于，包括：
RAM、DMA控制器、双通道数模转换器、功率放大器，所述RAM中储存有预设的各个周波的波形；
所述RAM、所述DMA控制器、所述双通道数模转换器、所述功率放大器依次连接，所述DMA控制器用于将所述RAM中的各个周波的波形按所述波形的录入顺序自动循环传输至所述双通道数模转换器进行所述波形的拟合；
所述功率放大器用于放大并输出拟合后的波形。
2.根据权利要求1所述的基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，其特征在于，所述DMA控制器通过DMA总线与所述RAM连接。
3.根据权利要求1所述的基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，其特征在于，所述RAM还通过总线连接有DSP Core。
4.根据权利要求3所述的基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，其特征在于，所述DSPCore还连接有处理终端，所述处理终端用于将预先产生的周波波形通过所述DSP Core下载至所述RAM。
5.根据权利要求4所述的基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，其特征在于，所述处理终端通过以太网物理层与所述DSP Core连接；
所述以太网物理层与所述DSP Core之间通过总线连接。
6.根据权利要求1所述的基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，其特征在于，所述DMA控制器通过同步串口与所述双通道数模转换器连接。
7.根据权利要求1所述的基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，其特征在于，所述功率放大器包括电流功率放大器和电压功率放大器；
所述电流功率放大器与所述双通道数模转换器的A通道连接；
所述电压功率放大器与所述双通道数模转换器的B通道连接。
8.根据权利要求1所述的基于高速DMA拟合的动态畸变功率源，其特征在于，所述双通道数模转换器为16字节的双通道数模转换器。
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