Способ обработки электрического сигнала
Владельцы патента RU 2331154:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения. Достигаемый технический результат - получение электрического сигнала, с помощью которого идентифицируют в исходном сигнале или апериодическую составляющую, обусловленную переходным процессом, или постоянную составляющую, появляющуюся в результате выпрямления исходного электрического сигнала. Способ обработки электрического сигнала, который состоит из двух составляющих, одна из которых является суммой гармоник, заключается в его суммировании с гармоническим сигналом, частота которого намного больше частоты входящей в состав суммы гармоник первой по номеру гармоники, возведении суммарного сигнала во вторую положительную степень, при этом из полученного электрического сигнала выделяют электрический синусоидальный сигнал с частотой гармонического сигнала и по наличию этого сигнала идентифицируют в обрабатываемом электрическом сигнале его другую составляющую, причем эта составляющая является или апериодическим сигналом переходного процесса, или постоянной составляющей.
Изобретение относится к области электротехники, например, к способам обработки электрического сигнала (напряжения или тока) переходного процесса в системе электроснабжения промышленной частоты, где сигнал переходного процесса состоит из двух составляющих, а именно апериодической составляющей, а принужденная составляющая этого процесса в общем случае определяется суммой гармоник, или к способам обработки полученного в результате преобразования, например выпрямления, электрического сигнала промышленной частоты в электрический сигнал, который состоит из двух составляющих, а именно постоянной составляющей и составляющей, определяемой суммой гармоник, и заключается в получении синусоидального электрического сигнала гармоники, однозначно идентифицирующего либо апериодическую составляющую в сигнале переходного процесса, либо постоянную составляющую в преобразованном электрическом сигнале.
В качестве прототипа можно выделить используемый в технике передачи информации способ преобразования первого электрического сигнала, в общем случае состоящего из спектра частот, основанный на модуляции и последующей демодуляции и, в конечном итоге, заключающийся в получении второго электрического сигнала с восстановленным частотным спектром первого сигнала [Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. - 10-е изд. М.: Гардарик, 2001. С.221; Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы, Москва, «Советское радио». 1977 г. С.283-290]. Способ обработки первого электрического сигнала по прототипу не обеспечивает получение второго электрического сигнала, однозначно идентифицирующего либо апериодическую составляющую в первом электрическом сигнале, обусловленного переходным процессом, либо однозначно идентифицирующего содержащуюся в первом электрическом сигнале постоянную составляющую, появляющуюся в результате, например, выпрямления первого электрического сигнала.
Технический результат, достигаемый в устройстве, использующем данное изобретение и выполняющем, например, функцию быстродействующего измерительного органа релейной защиты и противоаварийной автоматики, или в устройстве, для функционирования которого требуется информация о постоянной составляющей, состоит в возможности повышения технического уровня в результате использования в логике работы устройства информации в виде синусоидального электрического сигнала гармоники постоянной частоты, у которого изменение амплитуды функционально связано с изменением апериодической составляющей даже при быстром ее затухании в подводимом к устройству и обусловленном переходным процессом электрическом сигнале, например в системе электроснабжения, либо у которого изменение амплитуды функционально связано с величиной постоянной составляющей подводимого к устройству выпрямленного синусоидального электрического сигнала.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки электрического сигнала, состоящего из двух составляющих, одна из которых является либо апериодической составляющей, либо постоянной составляющей, а вторая составляющая определяется суммой гармоник, заключающемся в его суммировании с гармоническим сигналом, частота которого намного больше частоты входящей в состав суммы гармоник первой по номеру гармоники обрабатываемого электрического сигнала, возведении суммарного сигнала во вторую положительную степень, согласно изобретению из полученного электрического сигнала выделяют синусоидальный электрический сигнал гармоники с частотой гармонического сигнала и по наличию выделенного электрического сигнала идентифицируют в первом электрическом сигнале апериодическую составляющую при условии, что этот сигнал является сигналом переходного процесса, или постоянную составляющую при условии, что этот сигнал является сигналом, полученным в результате выпрямления первого сигнала.
Сущность изобретения поясняется нижеприведенными теоретическими положениями.
Способ обработки электрического сигнала заключается в том, что первый электрический сигнал x(t) является электрическим сигналом переходного процесса в системе электроснабжения промышленной частоты и в своей структуре содержит апериодическую составляющую хапер(t) и принужденную составляющую xпр(t), в общем случае определяемую суммой гармоник, xгарм(t), т.е. xпр(t)=xгарм(t):
или первый электрический сигнал x(t) является электрическим сигналом, полученным в результате выпрямления, например, электрического сигнала промышленной частоты, и содержит постоянную составляющую Хпост и определяемую суммой гармоник составляющую xгарм(t):
после суммирования первого электрического сигнала x(t) со вторым дополнительным гармоническим сигналом xдоп(t) с частотой fдоп, частота которого намного больше частоты входящей в состав суммы гармоник xгарм(t) первой по номеру гармоники:
получения суммарного электрического сигнала y(t) со структурой (4)
для первого электрического сигнала со структурой по (1); или получения суммарного электрического сигнала y(t) со структурой (5)
для первого электрического сигнала со структурой по (2); получения электрического сигнала z(t) путем возведения суммарного электрического сигнал y(t) во вторую положительную степень:
отличается тем, что с целью повышения точности, надежности и однозначности идентификации либо апериодической составляющей xапер(t) в первом сигнале по (1), либо постоянной составляющей Хпост в первом сигнале по (2) из сигнала z(t) (6) выделяют синусоидальный электрический сигнал гармоники zвыд(t) с частотой fдоп второго гармонического сигнала xдоп(t) (3), причем для первого электрического сигнала со структурой (1) выделенный синусоидальный сигнал гармоники zвыд(t) имеет структуру затухающего синусоидального сигнала:
у которого амплитуда Zт(t) функционально связана с апериодической составляющей xапер(t), т.е.
а для первого электрического сигнала по (2) выделенный синусоидальный сигнал гармоники zвыд(t) является гармоническим сигналом
у которого амплитуда Zт(Xпост) функционально связана только с величиной постоянной составляющей Хпост, т.е.
При этом предложенный способ обработки электрического сигнала можно использовать, например, либо для идентификации апериодической составляющей хапер(t) в электрическом сигнале (1) переходного процесса путем выделения известными способами электрического сигнала hогиб(t), воспроизводящего огибающую амплитуд электрического сигнала со структурой по (7)
либо для идентификации постоянной составляющей Xпост, входящей в структуру гармонического сигнала (9), путем обработки этого сигнала известными способами, основанными на определении либо амплитуды, либо среднего значения, либо действующего значения гармонического сигнала по (9); либо для выделения из первого электрического сигнала со структурой по (1) электрического сигнала, определяемого суммой гармоник хгарм(t) согласно выражению
либо для выделения из первого электрического сигнала со структурой по (2) электрического сигнала, определяемого суммой гармоник xгарм(t) согласно выражению
где в выражениях (12) и (13) 
- масштабный коэффициент.
Способ может быть использован, в частности, для идентификации апериодической составляющей в электрическом сигнале x(t) переходного процесса в электрических цепях постоянного тока при условии, что этот электрический сигнал определяется только апериодической составляющей, т.е. x(t)=xапер(t).
Способ может быть реализован, например, с использованием компонентов аналоговой техники обработки электрических сигналов, например схем сложения, умножения двух электрических величин, избирательного фильтра, или реализован программно с использованием средств микропроцессорной или вычислительной техники.
Способ обработки электрического сигнала, состоящего из двух составляющих, одна из которых является суммой гармоник, заключающийся в его суммировании с гармоническим сигналом, частота которого намного больше частоты входящей в состав суммы гармоник первой по номеру гармоники, возведении суммарного сигнала во вторую положительную степень, отличающийся тем, что из полученного электрического сигнала выделяют электрический синусоидальный сигнал с частотой гармонического сигнала и по наличию этого сигнала идентифицируют в обрабатываемом электрическом сигнале его другую составляющую, причем эта составляющая является или апериодическим сигналом переходного процесса или постоянной составляющей.
