摘要 介紹一種基于LabVIEW逐點(diǎn)分析技術(shù)的變頻器實(shí)時頻率跟蹤方法。該方法對獲得基波分量進(jìn)行逐點(diǎn)的簡單數(shù)學(xué)計算即可實(shí)現(xiàn)頻率的實(shí)時跟蹤，并且通過與LabVIEW已有的兩種頻率跟蹤方法測試結(jié)果進(jìn)行比較，證明其可行性和有效性。 關(guān)鍵詞：變頻器；頻率跟蹤；實(shí)時性；虛擬儀器 [b][align=center]A Real-time Frequency Tracking MethodBased on LabVIEW for Inverters LI Zhi-yuant[sup]1[/sup]，WANG Yi[sup]1[/sup]，WEN Long-xian[sup]2[/sup]，YU Qing-song[sup]2[/sup][/align][/b] （1．School of Electrical Eng．，Beijing Jiaotong University，Beijing 1 00044，China． 2．R&D department，Changchun Railway Vehicles co．LTD，Changchun 130062，China） Abstract A real-time frequency tracking method for lnverters based On Point-by-Point Analyses technique Of LabVIEW was introduced in this paper．The real time tracking of signal frequency was implemented by doing simple and point-by-piont mathematic operation for base wave component acquired．And the feasibility and effectiveness of the method was proved by making a comparison Of the other two methods supplied by LabVIEW． Keyword：inverter：frequency tracking；real time；virtual instrument 1 引言 對于變頻器輸出電壓、電流的頻率是不斷變化的，加之波形可能畸變，因而如何準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對變頻器輸出電氣參數(shù)的頻率跟蹤是變頻器產(chǎn)品檢測的非常重要環(huán)節(jié)。頻率檢測的方法有硬件和軟件兩種。硬件檢測方法往往速度快、實(shí)時性好，但增加了測試成本和復(fù)雜度。軟件法則實(shí)時性較差，但不增加硬件電路，成本低，便于測試設(shè)備向微型化、便攜式方向發(fā)展。本文將通過基于LabVlEW的逐點(diǎn)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種針對變頻器輸出頻率進(jìn)行實(shí)時跟蹤方法，并與LabVIEW已有的兩種頻率跟蹤方法測試結(jié)果進(jìn)行比較。 2 過零點(diǎn)檢測和DFT法 目前軟件頻率跟蹤算法有很多種，LabVIEW提供了兩種常用的頻率跟蹤檢測通用子程序：Timing and Transition Measurements和 Extract Single Tone Information。前者采用過零點(diǎn)檢測法，后者則采用DFT法。 過零檢測法其實(shí)現(xiàn)原理如下：首先將采樣信號通過低通濾波器得到基波分量，基波波形近似于正弦波，每隔半個周期就有一次通過零點(diǎn)，所以采用監(jiān)測相鄰兩個同向過零點(diǎn)時刻之差來計算頻率。此外，對于含有直流分量的周期信號，也可以采用Timing and Transition Measurements子程序來測頻，只不過此時零點(diǎn)變?yōu)榱诵盘柕闹悬c(diǎn)或中心線。過零檢測法應(yīng)用須注意：①由于每次過零檢測的所需的采樣數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)至少要大于一個周期；②信號的基波可能因干擾而出現(xiàn)一個周期多次過零點(diǎn)從而導(dǎo)致產(chǎn)生誤差；③為了提高過零點(diǎn)的精確度，軟件實(shí)現(xiàn)往往采用多次曲線擬合，導(dǎo)致運(yùn)算量增大。 DFT的測頻方法是先對被測信號進(jìn)行DFT，以得到信號的頻譜信息并根據(jù)幅值特征（如除去直流分量，在所有譜線中基波幅值最大）找到基波所對應(yīng)的頻率。該方法適用于對基波占優(yōu)的信號頻率檢測。對于DFT測頻法的優(yōu)點(diǎn)在于：它適用范圍廣，受諧波和噪聲的影響較小。其缺點(diǎn)是：①由于要進(jìn)行DFT計算，其運(yùn)算量很大；②頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)會影響測量的精度。 在LabVIEW中，傳統(tǒng)的基于緩沖和數(shù)組的數(shù)據(jù)分析過程是：緩沖區(qū)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)輸出，分析是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的。過零點(diǎn)檢測和DFT法的計算過程均需要一定長度的采樣數(shù)據(jù)，而構(gòu)建數(shù)據(jù)塊需要時間。加之兩種方法自身都存在計算量較大、過渡時間較長，因而LabVIEW所提供的Timing and Transition Measurements和Extract Single Tone Information并不能滿足頻率實(shí)時跟蹤的要求。 3 實(shí)時頻率跟蹤方法的實(shí)現(xiàn) 首先引入一種實(shí)時性好的頻率跟蹤算法。該算法只需要將信號通過低通濾波器得到基頻分量，再對基頻分量進(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)頻率的實(shí)時測量和跟蹤。具體算法原理如下： 假設(shè)任意信號通過低通濾波器后得到的基波分量可表示為： 利用LabVIEW中逐點(diǎn)分析庫實(shí)現(xiàn)上述算法。在使用逐點(diǎn)分析庫中，數(shù)據(jù)運(yùn)算是針對每個數(shù)據(jù)點(diǎn)的，一個數(shù)據(jù)點(diǎn)接一個數(shù)據(jù)點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行的，無需構(gòu)建數(shù)據(jù)緩沖和數(shù)組，每個數(shù)據(jù)都經(jīng)過上述簡單數(shù)學(xué)運(yùn)算后即可得到對應(yīng)的頻率，從而在計算量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面提高了頻率跟蹤的實(shí)時性。 4 測試結(jié)果比較 在LabVIEW分別實(shí)現(xiàn)上述三種頻率跟蹤方法進(jìn)行測試。測試過程如下：原始信號為幅值為100，且疊加由1％的高斯白噪聲信號，信號采樣率為1000Hz。初始頻率為180Hz，然后頻率依次變?yōu)?25Hz和55Hz（見圖1）。信號首先通過截止頻率為200Hz的13階Buttterworth低通濾波器，然后對濾波后的信號進(jìn)行頻率跟蹤。其結(jié)果如下：見圖2，圖3，圖4。 [align=center] 圖1 待測原始信號波形 圖2 實(shí)時頻率跟蹤法測試結(jié)果 圖3 Timing and Transition Measurements 結(jié)果 圖4 Extract Single Tone lnformation法測試結(jié)果[/align] 由圖2可知：①實(shí)時頻率跟蹤法在計算初始和過度過程的前三個計算點(diǎn)是不準(zhǔn)確的，是造成過渡過程頻率突變的原因之一；②測試結(jié)果受低頻干擾影響出現(xiàn)毛刺。要對信號基波進(jìn)行良好的提取，保證其為近似正弦波，因而對前端低通濾波器性能要求很高。 5 結(jié)論 本文采用基于LabVIEW的逐點(diǎn)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種針對變頻器的實(shí)時頻率跟蹤方法。該方法具有計算量小、跟蹤速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，有很高的實(shí)際應(yīng)用的價值。但在應(yīng)用中也應(yīng)注意，該方法需要對信號基波進(jìn)行良好的提取，保證其為近似正弦 波，因而對前端低通濾波器性能要求很高。 參考文獻(xiàn) 【1】楊樂平，李海濤等．LabVIEW高級程序設(shè)計．北京：清華大學(xué)出版社，2003．4 【2】 李紹銘．信號分析中頻率跟蹤的實(shí)現(xiàn)【J】，自動化儀表，2000，2l（2） 【3】 汪小平，楊維翰等．LabVIEW虛擬儀器實(shí)現(xiàn)的頻率跟蹤技術(shù)．自動化與儀表，2000，15（2） 【4】 石敏，吳正國等．一種簡單的頻率實(shí)時跟蹤算法．低壓電器，2005，（7） 【5】National Instruments Corporation．Measurement and Automation catalog 2006 【6】 劉君華．現(xiàn)代檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計，西安：西安交通大學(xué)出版社，1997 作者簡介 李志遠(yuǎn)，北京交通大學(xué)電氣學(xué)院，在讀碩士研究生，主要從事電氣設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測的研究