虛擬儀器電網參數(shù)

1、開題報告填寫要求1開題報告含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按此電子文檔標準格式可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見。3“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于10篇不包括辭典、手冊），其中至少應包括1篇外文資料；對于重要的參考文獻應附原件復印件，作為附件裝訂在開題報告的最后。4統(tǒng)一用A4紙，并裝

2、訂單獨成冊，隨畢業(yè)設計論文）說明書等資料裝入文件袋中。畢業(yè)設計論文）開題報告1.文獻綜述：結合畢業(yè)設計論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2500字以上的文獻綜述，文后應列出所查閱的文獻資料。文獻綜述1引言隨著電子技術和電力電子器件的發(fā)展，電力電子設備的應用也越來越廣泛，這些非線性電力設備使電網電壓電流波形發(fā)生畸變。同時，以微處理器器為核心的各種控制設備、自動化設備對電能質量十分敏感，瞬間的電能惡化有可能導致程序混亂，從而產生重大的質量事故。因而，供電可靠越來越成為用戶關心的問題，電網參數(shù)的快遞，準確監(jiān)測對電能質量的測量具有十分重要的意義。采用計算機技術和儀器儀表技術相結合，可以實現(xiàn)

3、電網測量的自動化。通過計數(shù)機控制器和數(shù)字模型進行數(shù)據(jù)采集、運算、統(tǒng)計、分析、處理提高電網測量數(shù)據(jù)處理能力。傳統(tǒng)的電網測量用的電子儀器，是自封閉的系統(tǒng)，具有信號輸入、輸出的能力，并有固定的用戶界面，儀器包括傳感器，信號處理器，A/D轉換器，微處理器，存儲器和內部總線等專門化的電路。有時為了構成具有一定功能的系統(tǒng)，配置了一套儀器，對其中的某些儀器，只用到了其中一部分功能，而將它作為其他功能使用時，卻不具備或達不到所需指標，效率低且價格高。以計算機技術為核心構成的虛擬儀器是一種利用一些基本硬件及軟件編程技術組成的各種各樣的儀器系統(tǒng)，它的功能是可有用戶自己定義，用戶可以根據(jù)自己的意愿，設計自己的儀器系

4、統(tǒng)。此外，VI可方便地進行各種方案論證，比較各個方案的優(yōu)缺點，同時為硬件設計的項目師在實驗室測試自己的設計效果提供了極大方便。今天，以計算機技術為核心構成的虛擬儀器已成為開放的工業(yè)標準化結構，可以提供處理，存儲，顯示和遠程控制的能力，使用戶自定義各種儀器功能成為可能。并且用戶可以根據(jù)實際需要，結合利用各種技術進行擴展。如可以結合網絡技術，將儀器擴展成為遠程虛擬儀器。1986年,美國國家儀器公司（Nationalinstruments,NI推出了虛擬儀器的概念以及LABVIEW語言.其為基于“圖形”方式的集成化程序開發(fā)環(huán)境，是目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言。在以P（機為基礎的測量和工控軟件

5、中，LabVIEW的市場普及率僅次于C+/C語言1。2虛擬儀器的概念因為傳統(tǒng)電子儀器存在的諸多弱點，美國國家儀器公司于1986年首先提出基于計算機技術的虛擬儀器的概念，把虛擬測試技術帶入到新的發(fā)展時期，隨后研制和推出了基于多種總線系統(tǒng)的虛擬儀器。虛擬儀器由計算機、應用軟件和儀器硬件組成，它以微型計算機為基礎，通過符合工業(yè)標準的硬件和軟件來構成相應的儀器系統(tǒng)。以計算機為核心用戶可充分利用計算機運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、顯示及連接擴展等能力來靈活地設計強大的儀器功能。這使得使用者在操作這臺計算機時，就好像在操作一臺專用的傳統(tǒng)電子儀器。它可以替代傳統(tǒng)的測量儀器，集成于各種測控系統(tǒng)，自由構建成大型儀器

6、系統(tǒng)。虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機地融合為一體，從而把計算機強大的計算機處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬件的體積和降低了成本，增強了儀器的功能，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。于傳統(tǒng)儀器性能對比，虛擬儀器在靈活性、性價比、用戶化、通用化、數(shù)據(jù)存儲及管理等方面有著明顯的優(yōu)勢。虛擬儀器的出現(xiàn)使測量儀器與個人計算機的界限模糊了。虛擬儀器的實質是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結果，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用I/O接口設備完成信號的采集、測量與調理，從而完成各種測試

7、功能的一種計算機儀器系統(tǒng)?！疤摂M”主要包含以下兩方面的含義：1虛擬的虛擬儀器的面板虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的。如各種開關、按鍵、顯示器等實現(xiàn)儀器電源的“通”、“斷”，測量結果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是實物，而且是用手動和觸摸進行操作的，而虛擬儀器面板控件是外形與實物相像的圖標，設計虛擬面板的過程就是在面板設計窗口中擺放所需的控件，然后編寫相應的程序。大多數(shù)初學者可以利用虛擬儀器的軟件開發(fā)工具，如LabWindows/CVI、LabVIEW等編程語言，在短時間內輕松完成美觀而又實用的虛擬儀器前面板的設計。2由軟件編

8、程來實現(xiàn)的虛擬儀器測量功能在以PC為核心組成的硬件平臺支持下，虛擬儀器不僅可以通過軟件編程設計來實現(xiàn)儀器的測試功能，而且可以通過不同測試功能的軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能。因此在硬件平臺確定后有“軟件就是儀器”的說法。這也體現(xiàn)了測試技術與計算機深層次的結合。3虛擬儀器的的組成具體的說，任何儀器都基本有3個部分組成，即信號采集和調理、信號分析和處理、信號顯示和輸出。傳統(tǒng)的儀器將所有這3部分放在一個儀表箱內，根據(jù)不同的功能要求采用不同的硬件結構。而虛擬儀器是一種功能上的儀器，其核心是在最少量的硬件模塊支持下，用軟件實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器數(shù)據(jù)采集、儲存、分析、顯示的功能3o目前的虛擬儀器產品，包括各種軟件

9、產品、GPIB產品、數(shù)據(jù)采集產品、信號調理產品、VXI和PXI控制產品等。為構造自己專用儀器系統(tǒng)提供了完善的解決方案。虛擬儀器的應用多是將它們搭成虛擬儀器系統(tǒng)。在信號調理卡、數(shù)據(jù)采集卡、GPIB接口儀器、VXI接口儀器等硬件支持下，用虛擬儀器軟件工作平臺將這些硬件和相應的軟件組織起來形成一個系統(tǒng)，如下圖所示。隨后又提出了“把實驗室拎著走”的口號，進而又進行了虛擬儀器庫平臺的研發(fā)，實現(xiàn)了INV虛擬儀器庫。數(shù)據(jù)采集和信號處理vDASP軟件的概念突破了傳統(tǒng)的隨機振動信號分析儀和FFT分析儀的概念，實現(xiàn)了向虛擬儀器和計算機采集測試分析儀器概念的過渡。其間，COINV研制成了國內第一臺虛擬儀器一一PC卡

10、泰INV101，接著又推出了臺式機用的INV303和便攜式筆機本式的INV306系統(tǒng)，并于1993年到加拿大多倫多展出，實現(xiàn)了VI的飛躍。至U2002年底已有800余家用戶使用COINV生產的26種INV303/306系列產品。目前，國內外像B&K等許多儀器公司轉向虛擬儀器的開發(fā)和生產，有更多的企業(yè)從事VI的研制開發(fā)，這將推動虛擬儀器的更快發(fā)展。2二十一世紀的虛擬儀器庫技術虛擬儀器是利用最新的電腦技術來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。它可以利用互聯(lián)網傳輸數(shù)據(jù)實現(xiàn)遠距離測量計算分析，利用互聯(lián)網的強大功能和無線技術的發(fā)展實現(xiàn)遠距離控制儀器設備。不久的將來，還可以把數(shù)碼發(fā)布到Web網頁上甚至把數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞?/p>

11、機上，實現(xiàn)在不同地點、不同國家的同行合作處理同一個科研項目。虛擬儀器的核心是軟件，而虛擬儀器軟件構架的精髓是虛擬儀器庫技術。傳統(tǒng)的VI方式為每一個儀器功能開發(fā)一個軟件，每個軟件都獨立具有數(shù)據(jù)采集功能，但多個軟件不能同時使用。虛擬儀器庫技術解決了這個矛盾，如DASP2003標準板和專業(yè)版內的虛擬儀器庫模塊就是由平臺軟件+虛擬儀器庫組成，多個軟件共享虛擬儀器的硬件資源。它由一個平臺軟件實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)采集和頻譜分析，還能實現(xiàn)精確的頻率校準、精確的幅值校準、精確的阻尼校準等高精度快速分析。多個模塊化的儀器軟件基于平臺軟件上運行，共用平臺軟件提供的數(shù)據(jù)和頻譜值，分別實現(xiàn)各自儀器的不同功能如頻率計、阻尼計

12、、轉速表、失真度計、索力計、聲級計、壓力計、溫度計、應變計、應力儀、示波器、頻譜儀、波譜雙顯儀、混疊演示儀、泄漏演示儀、信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)多用表等等）。它的特點是在一個平臺軟件上，多個模塊化儀器軟件共享A/D采集數(shù)據(jù)資源及信號處理的數(shù)據(jù)資源，多臺儀器可以高速實時運行，操作應用非常方便。就像PC與WindowsOffice的發(fā)展依存關系一樣,虛擬儀器正在向綜合性、多功能、多用途、快捷的多畫面的虛擬儀器庫方向發(fā)展。此外，手持式、更輕便的小型化的嵌入式PC*如PC104）及掌上電腦與DSPAD/DALCD調理放大、電子盤加軟件相結合的一體機也是一個未來發(fā)展方向，它使虛擬儀器更方便地深入到測試現(xiàn)場。虛擬

13、儀器向節(jié)能、省電輕便小型化發(fā)展也是一個方向?？傊摂M儀器的未來還很難預測，但是有一點是可以肯定的：最終要取代大量的傳統(tǒng)儀器成為主流產品，成為測量、分析、控制、自動化儀表的核心，并成為機器人的核心技術。5虛擬儀器的電網主要電氣參數(shù)測試設計1概括本系統(tǒng)主要是利用NI公司的虛擬儀器軟件Labview來實現(xiàn)參數(shù)測量的，是虛擬儀器測試技術的一種，此系統(tǒng)具有測量精度高、便攜、升級簡單、適用面廣等優(yōu)點。電網電氣參數(shù)測試系統(tǒng)是由軟件模塊和硬件模塊組成。軟件模塊包括電壓、電流模塊、相位差模塊、功率模塊組成。這一部分的設計主要是利用NI公司的Labview軟件完成設計，在其中完成系統(tǒng)的計算、處理和顯示等過程。其

14、中電壓、電流模塊含有其有效值和峰值的測量，功率模塊包含有功功率和無功功率的測量。硬件模塊有傳感器、濾波電路、PIC數(shù)據(jù)采集卡組成。電網信號經傳感器、信號調理電路，最后經PCI卡進行數(shù)據(jù)采集和A/D轉換，轉換成數(shù)字量輸入計算機經虛擬儀器軟件模塊處理后便可得所測參數(shù)。2電網主要電氣參數(shù)電流、電壓、相位角、功率）5.2.1電流、電壓的測量521.1有效值的測量計算電流有效值和電壓有效值的第一種方法是數(shù)字積分法：根據(jù)電工理論，電壓有效值U和電流有效值I的定義不因波形畸變而改變。計算有效值的另一種方法是諧波分析法：對電流電壓進行諧波分析，求得各次諧波有效值。以上兩種方法相比，前一種方法計算量小，其誤差與

15、采樣周期有關成正比，提高采樣頻率，可減小測量誤差，一般情況下，數(shù)字積分法能滿足測量精度。在滿足一定條件下，諧波分析法理論上可實現(xiàn)無誤差，但計算量較大。故采用第二種方法。峰值的測量電壓和電流的最大值在某些情況下時很重要的。電壓的峰值最大值）對設備絕緣影響很大，它可能導致設備的電擊穿。如果電壓為單一頻率的正弦量，其峰值等于有效值的根號2倍。如果含有諧波分量，則成為非正弦量，雖然各次諧波分量的峰值與有效值仍然保持根號2的比例關系，但非正弦量的峰值與有效值之間u存在確定的比例關系，其峰值不僅與各次諧波的有效值有關，還與各次諧波的初相角有關，極端情況下，峰值可達到基波及各次諧波分量最大值之和。以基波及各

16、諧波分量最大值和估算峰值，在諧波含量高時，其值可能嚴重偏大。微機裝置較精確地實時測量峰值，主要方法：硬件測量方法。該方法采用峰值保持電路來保持信號在每一周期內的最大值，微機對這一最大值在每一周期內采樣一次。該方法測量精度和實時性均好，只是要求設置峰值保持電路。另一方法軟件方法，對信號的一組采樣值求最大值。該方法的計算精度與每周期采樣點數(shù)，諧波含量及諧波次數(shù)有關。當諧波含量高時或特別是次數(shù)高諧波分量大時，必須增大采樣點數(shù)保證測量精度。為了節(jié)省硬件資源，本設計采樣軟件方法來實現(xiàn)。5.2.2相位差的測量如果電網的相電壓V和電流I。電壓和電流是相關的可以利用相關原理對電流采樣測量，再通過相關計算求得相

17、位差。2.3功率的測量5.231有功功率和視在功率的測量一種方法是公式定義法。還有一種就是，利用離散法的電壓及電流數(shù)字量來進行計算；視在功率的計算為電壓乘以電流；有功功率的計算公式為視在功率乘以相位差角的余弦。無功功率的測量要想取得無功功率的最佳效果，首先必須準確地測量無功功率。早期的無功功率概念是建立在單相正弦交流信號的基礎上。視在功率乘以相位差角的正弦。含諧波的非正弦電路中的無功功率的情況比較復雜，至今沒有被廣泛接受的科學而權威的定義。傅里葉分析法：傅里葉分析法的原理基于數(shù)學上的傅里葉變換。其基本思想是對被測回路的電壓信號和電流信號按周期均勻采樣，然后用一組正交三角函數(shù)對采樣值進行正交分解

18、，使用各分解值計算線路的無功功率。傅里葉算法是當前所見到的無功功率測量法中最精確的算法，理論上不存在測量誤差，但缺點在于計算量較大，但是DSP的應用就是解決了計算量大的問題，從而可以在線測量系統(tǒng)中的無功功率和諧波含量。同時采樣三相電壓、三相電流，采用快速傅里葉變換算法，對電網中的電參數(shù)進行實時測量。5.233功率因數(shù)在電網參數(shù)的測量中除了電網的電壓，電流的直接測量外，還有一個因數(shù)也非常重要，那就是功率因數(shù)的測定。功率因數(shù)二cos，從公式中可以看到要測定功率因數(shù)，最主要的是測定幅即電壓與電流相位的差值。對于電網電壓與電流之間的功率因數(shù)角是怎么確定的呢？在前面的電網電壓與電流的測量的同時都設計了過

19、零檢測電路，除了對頻率的測量外主要是用于確定功率因數(shù)角的。同一電網中，電壓與電流的頻率和周期是相等的，只需測定電壓與電流過零點間的時間差就可以計算出功率因數(shù)角以至于計算出功率因數(shù)。6結束語因為電子計算機和現(xiàn)代測試技術日新月異，虛擬儀器已滲透到各個領域?？梢娖溥m用性很強。正因為其與傳統(tǒng)儀器無可比擬的優(yōu)勢，在未來的領域中必定占有很重要的位置。現(xiàn)在網絡自動化的發(fā)展也加速了測試技術的發(fā)展。虛擬儀器的出現(xiàn)是測量儀器發(fā)展史上的一場革命。隨著微電子技術、計算機技術、軟件技術、網絡技術的高度發(fā)展和在測量與儀器上的應用以及測試的新理論、新方法、新領域的發(fā)展導致了虛擬儀器的日益壯大。參考文獻畢業(yè)設計，是以通用計算

20、機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺專用測量儀器。達到方便，準確的目的。虛擬儀器利用計算機的強大的功能，結合相應的硬件，從根本上打破了傳統(tǒng)儀器儀表在數(shù)據(jù)傳送、處理、顯示和存儲等方面的限制，用戶可方便地對其進行維護、擴展和升級。其強調“軟件就是儀器”就是這概念。LabVIEW是一種圖形化的編程語言，正在成為國內外測試技術和儀器科學中的通用語言。其使用效果是相當可觀的。2課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望近兩年，電氣參數(shù)測量技術得到了較大的發(fā)展。一是滿足了信息技術飛速發(fā)展的測試需求，分別在數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)測試

21、、集成電路測試、通信測試、新的音頻產品測試方面取得技術進步，使一大批新的電子測量儀器問世。二是在提高通用儀器性能、可靠性、易操作性，及降低成本方面取得的新的技術進步。三是在VXI總線儀器系統(tǒng)的輸入/輸出、儀器的驅動程序、安裝程序標注化取得成果，使這一多供貨商的自動測試系統(tǒng)成為名副其實的開放式系統(tǒng)因為電子計算機和現(xiàn)代測試技術日新月異，虛擬儀器已滲透到各個領域?？梢娖溥m用性很強。正因為其與傳統(tǒng)儀器無可比擬的優(yōu)勢，在未來的領域中必定占有很重要的位置，一定會得到蓬勃發(fā)展。現(xiàn)在網絡自動化的發(fā)展也加速了測試技術的發(fā)展。虛擬儀器的出現(xiàn)是測量儀器發(fā)展史上的一場革命。3課題的主要內容和要求本課題研究的是基于虛擬

22、儀器的電網電氣參數(shù)測試設計。將虛擬儀器技術、數(shù)據(jù)采集技術與測試有機的結合起來，應用圖形化編程軟件Labview實現(xiàn)電網電氣參數(shù)測試，使電氣參數(shù)測量從純硬件方式變換為硬軟件結合的數(shù)字系統(tǒng)結構，其測試結果的精度高，穩(wěn)定性強，可擴展性能好。利用NI公司的虛擬儀器軟件Labview來實現(xiàn)參數(shù)測量的，是虛擬儀器測量技術的一種。此系統(tǒng)具有測量精度高、便攜、升級簡單、適用而廣等優(yōu)點。電網電氣參數(shù)測試系統(tǒng)是由軟件模塊和硬件模塊組成。軟件模塊包括電壓電流模塊、相位差模塊、功率模塊組成。這一部分的設計主要是利用NI公司的Labview軟件完成設計，在其中完成系統(tǒng)的計算、處理和顯示等過程。其中電壓電流模塊含有其有效

23、值和峰值的測量，功率模塊包含有功功率和無功功率的測量。硬件模塊由傳感器、濾波電路、PCI數(shù)據(jù)采集卡組成。電網信號經傳感器、信號調理電路，最后經由PCI卡進行數(shù)據(jù)采集和A/D轉換，轉換成數(shù)字量輸入計算機經虛擬儀器Labview軟件模塊處理后便可得所測參數(shù)。課題要求基本如下：掌握數(shù)據(jù)采集技術與方法了解虛擬儀器技術的設計方法和特點掌握電網電氣參數(shù)測量方法，重點了解模擬量與數(shù)字量的轉換器件低壓電器電氣參數(shù)測試算法研究電氣參數(shù)測試算法研究完成系統(tǒng)總體設計和各子模塊設計完成系統(tǒng)總體設計和各子模塊設計完成硬件電路的設計編寫設計說明書等4研究方法、步驟和安排1、研究方法首先，要確定所測量的主要參數(shù)，確定根據(jù)其在電網中的重要性以及測量的必要性，在本課題中所測量的參數(shù)主要有：電流、電壓、相位差、功率等；其次，就是選擇合適的傳感器，傳感器能將物理量轉換成電信號，輸出電壓、電流、頻率等信號，通過傳感器獲取電信