專利名稱：一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)電系統(tǒng)穩(wěn)定性技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)及其工作方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著風(fēng)電系統(tǒng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大并趨于并網(wǎng)運(yùn)行以及現(xiàn)代電力電子設(shè)備的介入，其動(dòng)態(tài)特性變得越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)一些非線性奇異現(xiàn)象，而混沌現(xiàn)象是非線性系統(tǒng)中各參數(shù)相互作用導(dǎo)致的一種非常復(fù)雜的現(xiàn)象，它的出現(xiàn)將伴隨系統(tǒng)非周期的、似乎是無(wú)規(guī)則的、突發(fā)性的或陣發(fā)性的機(jī)電振蕩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)大面積的解體和大面積的停電，而由于風(fēng)電系統(tǒng)是一個(gè)典型的大規(guī)模復(fù)雜非線性系統(tǒng)，在一定條件下也會(huì)發(fā)生混沌現(xiàn)象，混沌將影響風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此為了確保風(fēng)電系統(tǒng)的安全性，必須尋找能夠檢測(cè)非線性問(wèn)題的新方法以避免事故的發(fā)生。對(duì)于實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng)，我們往往很難得到系統(tǒng)的精確模型，再加上在運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)受到各種干擾的影響，模型中的參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，所以，基于連續(xù)系統(tǒng)模型的混沌判據(jù)在檢測(cè)和判別風(fēng)電系統(tǒng)混沌現(xiàn)象時(shí)，就無(wú)法使用。因此，通過(guò)系統(tǒng)的時(shí)間序列來(lái)分析和判斷系統(tǒng)的混沌行為是有實(shí)際意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)及其工作方法，它采用高性能的信號(hào)處理器和有效的檢測(cè)技術(shù)以獲得高精度的檢測(cè)效果，大大的提高了風(fēng)電系統(tǒng)混沌檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和快速性，為進(jìn)一步進(jìn)行混沌的分析和控制打下了基礎(chǔ)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，包括可測(cè)出風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率信號(hào)的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于它包括測(cè)試儀和裝有實(shí)現(xiàn)混沌檢測(cè)方法的程序的上位機(jī)；其中，所述測(cè)試儀由信號(hào)采集與調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、定時(shí)電路以及USB接口電路構(gòu)成；所述單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、定時(shí)電路以及USB接口電路呈雙向連接；所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端接收信號(hào)采集與調(diào)理電路的輸出信號(hào)；所述信號(hào)采集與調(diào)理電路的輸入端接收風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率信號(hào)；所述USB接口電路與上位機(jī)呈雙向連接。所述信號(hào)采集與調(diào)理電路由傳感器、電阻Rs、濾波電路、電壓跟隨器、調(diào)理電路、穩(wěn)壓管構(gòu)成；所述傳感器采用特制隔離模板。傳感器將輸入信號(hào)全部轉(zhuǎn)換為5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集卡為研華公司的PCI-171112位多功能數(shù)據(jù)采集卡，具有16路單端模擬量輸入，8個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)通道，帶有一個(gè)自動(dòng)通道/增益掃描電路，采樣時(shí)自動(dòng)控制多路選通開關(guān)，其連接為常規(guī)連接。所述A/D轉(zhuǎn)換電路由轉(zhuǎn)換芯片和外圍電路構(gòu)成；其中所述轉(zhuǎn)換芯片是采用CMOS 工藝、是片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，輸入方式為單通道，轉(zhuǎn)換時(shí)間為lOOys，電源電壓為+5V的逐次逼近型8位轉(zhuǎn)換芯片ADC0804 ；所述ADC0804包含管腳DB0、管腳DB1、管腳DB2、 管腳DB3、管腳DB4、管腳DB5、管腳DB6、管腳DB7、管腳/WR、管腳/RD、管腳/CS、管腳VIN (+)、 管腳VIN(-)、管腳C LK-IN、管腳CLK-R和管腳Vref/2，且依管腳DB0、管腳DB1、管腳DB2、 管腳DB3、管腳DB4、管腳DB5、管腳DB6、管腳DB7、管腳/WR、管腳/RD、管腳/CS與單片機(jī)芯片呈等待延時(shí)方式連接；所述外圍電路是由電容C28、電阻R32、兩個(gè)電阻R33、電容C29、電源VCC組成；所述管腳VIN(+)經(jīng)電容以8和一個(gè)電阻R33接收信號(hào)調(diào)理電路處理后的信號(hào)，電容和該電阻R33連接點(diǎn)與管腳VIN(-)連接共同接地，采取差動(dòng)電壓模擬輸入方式；所述管腳CLK-R經(jīng)另一電阻R33和電容以9接地，管腳CLK-IN連接該電阻R33和電容 C29的連接點(diǎn)；所述管腳Vref72經(jīng)電阻R32接電源VCC。所述單片機(jī)采用ATMEL公司的單片機(jī)AT89S52，它包括40個(gè)引腳、8K Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、32個(gè)外部雙向輸入/輸出口、5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷、看門狗(WDT)電路和片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路采用Dallas公司的DS1225芯片。A0-A12為地址輸入端口， DQ0-DQ7為數(shù)據(jù)輸入/出端口，&為選通端口，&為可輸出端口，尿云為可寫入端口，NC為不連接端口。所述USB接口電路采用南京沁恒電子的CH372芯片，它是由可作為被動(dòng)并行接口的8位雙向數(shù)據(jù)總線D7 DO、讀選通輸入引腳RD#、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳 CS#、中斷輸出引腳INT#以及地址輸入引腳AO構(gòu)成；所述8位雙向數(shù)據(jù)總線D7 DO、讀選通輸入引腳RD#、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳INT#以及地址輸入引腳AO與單片機(jī)連接。所述定時(shí)電路采用帶有看門狗的PIC16F716器件。一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它是由以下步驟所構(gòu)成(1)由定時(shí)電路設(shè)置采集間隔定時(shí)時(shí)間，由信號(hào)采集與調(diào)理電路來(lái)實(shí)時(shí)采集風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率參數(shù)信號(hào)；(2)經(jīng)過(guò)信號(hào)采集與調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行濾波、自校準(zhǔn)處理，并通過(guò)單片機(jī)將風(fēng)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率參數(shù)輸入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路；(3)通過(guò)USB接口電路將處理后的風(fēng)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)窖b有實(shí)現(xiàn)混沌檢測(cè)方法程序的上位機(jī)中；(4)應(yīng)用上位機(jī)中的混沌檢測(cè)方法進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和處理，進(jìn)而識(shí)別系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否為混沌。所述步驟中的混沌檢測(cè)方法是采用基于相空間重構(gòu)的方法檢測(cè)混沌，包括關(guān)聯(lián)維數(shù)和嵌入延遲時(shí)間的求取。所述關(guān)聯(lián)維求取采用G-P算法，包括以下步驟①選一個(gè)較小的嵌入維m(m彡2)，在此條件下進(jìn)行相空間重構(gòu)，利用關(guān)聯(lián)函數(shù) C(r)求出logr ^P log C(r)值，取logr-logC(r)關(guān)系曲線中近似直線部分的斜率，作為該條件下的關(guān)聯(lián)維估計(jì)值D ；②不斷增加嵌入維m的值，重復(fù)①過(guò)程，得到log r-log C(r)的關(guān)系曲線圖和估計(jì)出對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)維估計(jì)值D ；③繼續(xù)②過(guò)程，直到D達(dá)到飽和，使D為風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速(即風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率)數(shù)據(jù)時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)維數(shù)；根據(jù)自相關(guān)函數(shù)
ι N-I
圪(六祚+ A)求出嵌入時(shí)間延遲τ，再根據(jù)公式m > 2D+1確定嵌入維m，把
風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速(風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率)參數(shù)變量的Ν(Ν = 4000)個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，拓成相空間；④在重構(gòu)的相空間中共有tn-(m_l) τ個(gè)相點(diǎn)，把各個(gè)相點(diǎn)按順序連起來(lái)，就得到了能反應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)的演化過(guò)程和動(dòng)態(tài)特性的重構(gòu)向空間的相圖，可以檢測(cè)混沌現(xiàn)象；⑤求風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速參數(shù)時(shí)間序列的最大李亞普諾夫指數(shù)，若該指數(shù)大于0，則可作為風(fēng)電系統(tǒng)混沌運(yùn)行狀態(tài)的定量判據(jù)，證明其處于混沌運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明的工作原理系統(tǒng)的任意狀態(tài)變量的演化，都包含著其它變量的信息，因而可以從一個(gè)變量的測(cè)量數(shù)據(jù)中，分析、發(fā)現(xiàn)全部狀態(tài)變量的信息，從而獲得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息。通過(guò)測(cè)得風(fēng)電系統(tǒng)任意狀態(tài)變量的時(shí)間序列來(lái)重構(gòu)系統(tǒng)的狀態(tài)相空間，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)定性觀察重構(gòu)相空間中的吸引子的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，或計(jì)算系統(tǒng)的特征值，來(lái)對(duì)系統(tǒng)的混沌運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷和檢測(cè)。信號(hào)采集與調(diào)理電路主要完成強(qiáng)弱電隔離、電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大及濾波等功能， 以滿足單片機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)各路信號(hào)電平范圍和信號(hào)質(zhì)量的要求?；魻杺鞲衅鬏敵龅碾娏餍盘?hào)經(jīng)過(guò)電阻Rs后變成電壓信號(hào)，信號(hào)在濾波后接一個(gè)電壓跟隨器主要起隔離的作用，消除對(duì)采樣電路造成的影響和增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的作用。調(diào)理電路中加法電路的主要作用，是把傳感器發(fā)送來(lái)的雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為Μ812可以處理的0 3V單極性信號(hào)。穩(wěn)壓管起限幅作用，使該電路的輸出最高不超過(guò)3V，最小不小于-0. 7V，確保單片機(jī)芯片在輸入信號(hào)超出范圍時(shí)免受損壞。交流采樣前端電路將采集的電壓、電流信號(hào)處理后送入中央數(shù)據(jù)處理電路中的A/D模塊輸入端；頻率方波變換電路將電壓信號(hào)變換為方波信號(hào)輸入到中央數(shù)據(jù)處理電路中的捕捉模塊輸入端。A/D轉(zhuǎn)換電路是為將傳感器輸出的連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)，本系統(tǒng)選用的是逐次逼近型ADC0804轉(zhuǎn)換器，采用CMOS工藝、逐次逼近法的八位A/D轉(zhuǎn)換芯片，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，輸入方式為單通道，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100 μ s，電源電壓為+5V。ADC0804與芯片的連接采用等待延時(shí)方式，由于ADC0804轉(zhuǎn)換器內(nèi)部數(shù)據(jù)輸出功能，故A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出線可以直接和CPU的數(shù)據(jù)總線相連。參考電壓+1. 25V,由外電路供給，從Vref/2端直接送入。 ADC0804有片內(nèi)時(shí)鐘電路，在CLK-R和CLK-IN兩端外接電阻、電容即可產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換所要求的時(shí)鐘，其振蕩頻率為1/1. 1RC。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路具有掉電后數(shù)據(jù)自動(dòng)保護(hù)功能，選用Dallas公司的DS1225。A0-A12 為地址輸入端口，DQ0-DQ7為數(shù)據(jù)輸入/出端口，&為選通端口，&為可輸出端口，尿云為可寫入端口，NC為不連接端口。AT89S52的PO 口輸出的低8位地址信號(hào)(P0. 0-P0. 7)，送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的A0-A7，P2 口輸出的高5位地址信號(hào)(P2.0-P2.4)，送至存儲(chǔ)器的A8-A12.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的容量為8K，根據(jù)硬件電路的連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的地址單元為4000H-5FFHL定時(shí)電路用于為完成對(duì)整個(gè)測(cè)試儀參數(shù)采集的時(shí)間定時(shí)，PIC16F716器件有一個(gè)看門狗(WDT)通過(guò)配置位將其關(guān)閉。本系統(tǒng)采用低成本的RC振蕩器結(jié)合PIC芯片休眠模式這種低功耗的工作模式。USB接口電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)的通信，采用南京沁恒電子的CH372，在本地端， CH372具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可方便地掛接到單片機(jī)的系統(tǒng)總線上；在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CH372的配套軟件提供了簡(jiǎn)潔易用的操作接口。CH372芯片可以通過(guò)8位被動(dòng)并行接口的D7-D0、#RD、#WR、#CS、A0直接掛接到單片機(jī)的系統(tǒng)總線上。#CS 有地址譯碼電路驅(qū)動(dòng)，用于單片機(jī)具有多個(gè)外圍器件時(shí)進(jìn)行設(shè)備選擇；#INT輸出的中斷請(qǐng)求是低電平有效，可接到單片機(jī)的中斷輸入引腳或者普通I/O引腳，為高電平且#CS 和#RD及AO都為低電平時(shí)，CH372中的數(shù)據(jù)通過(guò)D7-D0輸出；當(dāng)#RD為高電平且#CS和#WR 及AO都為低電平時(shí)，D7-D0上的數(shù)據(jù)被寫入CH372芯片中；當(dāng)#RD為高電平且#CS和冊(cè)R 都為低電平而Al為高電平時(shí)，D7-D0上的數(shù)據(jù)被作為命令碼寫入CH372芯片中。CH372芯片的UD+和UD-引腳接到USB總線上，在XI和XO引腳之間連接一個(gè)標(biāo)稱頻率為12MHZ的晶體，并分別為XI和XO引腳對(duì)地連接一個(gè)高頻振蕩電容。Vcc引腳輸入外部5V電源，V3 引腳外接容量為0. 01 μ F左右的電源退耦電容。本發(fā)明的優(yōu)越性在于1、實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)風(fēng)電系統(tǒng)中參數(shù)的變化、識(shí)別混沌現(xiàn)象，避免風(fēng)電系統(tǒng)出現(xiàn)有害的混沌振蕩現(xiàn)象；2、硬件裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，軟件編程通俗易懂；3、將時(shí)間序列方法用于風(fēng)電系統(tǒng)混沌檢測(cè)，克服了風(fēng)電系統(tǒng)復(fù)雜數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)復(fù)雜、不確定性的難點(diǎn)，并且具有普適性適用于所有風(fēng)電系統(tǒng)；4、使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路具有掉電后數(shù)據(jù)自動(dòng)保護(hù)功能，確保混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)的不間斷，提高檢測(cè)的可靠性；5、利用計(jì)算機(jī)高速的數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力，大大提高了該檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性可靠性。


圖1為本發(fā)明所涉一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)以及工作方法的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所涉一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)以及工作方法中信號(hào)調(diào)理電路的電路圖。圖3為本發(fā)明所涉一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)以及工作方法中A/D轉(zhuǎn)換接口電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明所涉一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)以及工作方法中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DS1225芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明所涉一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)以及工作方法中的接口電路CH372芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)(見圖1)，包括可測(cè)出風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率信號(hào)的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于它包括測(cè)試儀和裝有實(shí)現(xiàn)混沌檢測(cè)方法的程序的上位機(jī)；其中，所述測(cè)試儀由信號(hào)采集與調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、定時(shí)電路以及USB接口電路構(gòu)成；所述單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、定時(shí)電路以及USB接口電路呈雙向連接；所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端接收信號(hào)采集與調(diào)理電路的輸出信號(hào)；所述信號(hào)采集與調(diào)理電路的輸入端接收風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)
7速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率信號(hào)；所述USB接口電路與上位機(jī)呈雙向連接。所述信號(hào)采集與調(diào)理電路(見圖幻由傳感器、電阻Rs、濾波電路、電壓跟隨器、調(diào)理電路、穩(wěn)壓管構(gòu)成；所述傳感器采用特制隔離模板。傳感器將輸入信號(hào)全部轉(zhuǎn)換為5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集卡為研華公司的PCI-171112位多功能數(shù)據(jù)采集卡，具有16路單端模擬量輸入，8個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)通道，帶有一個(gè)自動(dòng)通道/增益掃描電路，采樣時(shí)自動(dòng)控制多路選通開關(guān)，其連接為常規(guī)連接。所述A/D轉(zhuǎn)換電路(見圖3)由轉(zhuǎn)換芯片和外圍電路構(gòu)成；其中所述轉(zhuǎn)換芯片是采用CMOS工藝、是片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，輸入方式為單通道，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100 μ s，電源電壓為+5V的逐次逼近型8位轉(zhuǎn)換芯片ADC0804 ；所述ADC0804包含管腳DB0、管腳DB1、管腳DB2、管腳DB3、管腳DB4、管腳DB5、管腳DB6、管腳DB7、管腳/WR、管腳/RD、管腳/CS、管腳 VIN (+)、管腳VIN(-)、管腳CLK-IN、管腳CLK-R和管腳Vref/2，且依管腳DB0、管腳DBl、管腳DB2、管腳DB3、管腳DB4、管腳DB5、管腳DB6、管腳DB7、管腳/WR、管腳/RD、管腳/CS與單片機(jī)芯片呈等待延時(shí)方式連接；所述外圍電路是由電容C28、電阻R32、兩個(gè)電阻R33、電容 C29、電源VCC組成；所述管腳VIN(+)經(jīng)電容以8和一個(gè)電阻R33接收信號(hào)調(diào)理電路處理后的信號(hào)，電容和該電阻R33連接點(diǎn)與管腳VIN(-)連接共同接地，采取差動(dòng)電壓模擬輸入方式；所述管腳CLK-R經(jīng)另一電阻R33和電容以9接地，管腳CLK-IN連接該電阻R33和電容C29的連接點(diǎn)；所述管腳Vref72經(jīng)電阻R32接電源VCC。所述單片機(jī)(見圖3)采用ATMEL公司的單片機(jī)AT89S52，它包括40個(gè)引腳、8K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、32個(gè)外部雙向輸入/輸出口、5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷、看門狗(WDT)電路和片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(見圖4)采用Dallas公司的DS1225芯片。A0-A12為地址輸入端口，DQ0-DQ7為數(shù)據(jù)輸入/出端口，&為選通端口，&為可輸出端口，尿云為可寫入端口，NC為不連接端口。所述USB接口電路(見圖5)采用南京沁恒電子的CH372芯片，它是由可作為被動(dòng)并行接口的8位雙向數(shù)據(jù)總線D7 DO、讀選通輸入引腳RD#、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳INT#以及地址輸入引腳AO構(gòu)成；所述8位雙向數(shù)據(jù)總線D7 DO、讀選通輸入弓I腳RD#、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳ΙΝΤ#以及地址輸入引腳AO與單片機(jī)連接。所述定時(shí)電路(見圖1)采用帶有看門狗的PIC16F716器件。一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它是由以下步驟所構(gòu)成(1)由定時(shí)電路設(shè)置采集間隔定時(shí)時(shí)間，由信號(hào)采集與調(diào)理電路來(lái)實(shí)時(shí)采集風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率參數(shù)信號(hào)；(2)經(jīng)過(guò)信號(hào)采集與調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行濾波、自校準(zhǔn)處理，并通過(guò)單片機(jī)將風(fēng)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率參數(shù)輸入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路；(3)通過(guò)USB接口電路將處理后的風(fēng)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)窖b有實(shí)現(xiàn)混沌檢測(cè)方法程序的上位機(jī)中；
(4)應(yīng)用上位機(jī)中的混沌檢測(cè)方法進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和處理，進(jìn)而識(shí)別系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否為混沌。所述步驟中的混沌檢測(cè)方法是采用基于相空間重構(gòu)的方法檢測(cè)混沌，包括關(guān)聯(lián)維數(shù)和嵌入延遲時(shí)間的求取。所述關(guān)聯(lián)維求取采用G-P算法，包括以下步驟①選一個(gè)較小的嵌入維m(m彡2)，在此條件下進(jìn)行相空間重構(gòu)，利用關(guān)聯(lián)函數(shù) C(r)求出logr ^P log C(r)值，取logr-logC(r)關(guān)系曲線中近似直線部分的斜率，作為該條件下的關(guān)聯(lián)維估計(jì)值D ；②不斷增加嵌入維m的值，重復(fù)①過(guò)程，得到log r-log C(r)的關(guān)系曲線圖和估計(jì)出對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)維估計(jì)值D ；③繼續(xù)②過(guò)程，直到D達(dá)到飽和，使D為風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速(即風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率)數(shù)據(jù)時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)維數(shù)；根據(jù)自相關(guān)函數(shù)
ι N-I
圪(六祚+ A)求出嵌入時(shí)間延遲τ，再根據(jù)公式m > 2D+1確定嵌入維m，把
風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速(風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率)參數(shù)變量的Ν(Ν = 4000)個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，拓成相空間；④在重構(gòu)的相空間中共有tn-(m_l) τ個(gè)相點(diǎn)，把各個(gè)相點(diǎn)按順序連起來(lái)，就得到了能反應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)的演化過(guò)程和動(dòng)態(tài)特性的重構(gòu)向空間的相圖，可以檢測(cè)混沌現(xiàn)象；⑤求風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速參數(shù)時(shí)間序列的最大李亞普諾夫指數(shù)，若該指數(shù)大于0，則可作為風(fēng)電系統(tǒng)混沌運(yùn)行狀態(tài)的定量判據(jù)，證明其處于混沌運(yùn)行狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，包括可測(cè)出風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率信號(hào)的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于它包括測(cè)試儀和裝有實(shí)現(xiàn)混沌檢測(cè)方法的程序的上位機(jī)；其中，所述測(cè)試儀由信號(hào)采集與調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、定時(shí)電路以及USB接口電路構(gòu)成；所述單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、 定時(shí)電路以及USB接口電路呈雙向連接；所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端接收信號(hào)采集與調(diào)理電路的輸出信號(hào)；所述信號(hào)采集與調(diào)理電路的輸入端接收風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率信號(hào)；所述USB接口電路與上位機(jī)呈雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)采集與調(diào)理電路由傳感器、電阻Rs、濾波電路、電壓跟隨器、調(diào)理電路、穩(wěn)壓管構(gòu)成；所述傳感器采用特制隔離模板。傳感器將輸入信號(hào)全部轉(zhuǎn)換為5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集卡為研華公司的PCI-171112位多功能數(shù)據(jù)采集卡，具有16路單端模擬量輸入，8個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)通道，帶有一個(gè)自動(dòng)通道/增益掃描電路，采樣時(shí)自動(dòng)控制多路選通開關(guān)，其連接為常規(guī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述A/D 轉(zhuǎn)換電路由轉(zhuǎn)換芯片和外圍電路構(gòu)成；其中所述轉(zhuǎn)換芯片是采用CMOS工藝、是片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，輸入方式為單通道，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μ s，電源電壓為+5V的逐次逼近型8 位轉(zhuǎn)換芯片ADC0804 ；所述ADC0804包含管腳DB0、管腳DB1、管腳DB2、管腳DB3、管腳DB4、 管腳DB5、管腳DB6、管腳DB7、管腳/WR、管腳/RD、管腳/CS、管腳VIN (+)、管腳VIN (-)、管腳 CLK-IN、管腳CLK-R和管腳Vref/2，且依管腳DBO、管腳DBl、管腳DB2、管腳DB3、管腳DB4、 管腳DB5、管腳DB6、管腳DB7、管腳/WR、管腳/RD、管腳/CS與單片機(jī)芯片呈等待延時(shí)方式連接；所述外圍電路是由電容C28、電阻R32、兩個(gè)電阻R33、電容C29、電源VCC組成；所述管腳VIN (+)經(jīng)電容以8和一個(gè)電阻R33接收信號(hào)調(diào)理電路處理后的信號(hào)，電容以8和該電阻 R33連接點(diǎn)與管腳VIN(-)連接共同接地，采取差動(dòng)電壓模擬輸入方式；所述管腳CLK-R經(jīng)另一電阻R33和電容以9接地，管腳CLK-IN連接該電阻R33和電容C29的連接點(diǎn)；所述管腳Vref/2經(jīng)電阻R32接電源VCC。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述單片機(jī)采用ATMEL公司的單片機(jī)AT89S52，它包括40個(gè)引腳、8K Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、 256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、32個(gè)外部雙向輸入/輸出口、5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、2層中斷嵌套中斷、看門狗(WDT)電路和片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路采用Dallas公司的DS1225芯片。A0-A12為地址輸入端口，DQ0-DQ7為數(shù)據(jù)輸入/出端口，&為選通端口，W:為可輸出端口，WE為可寫入端口，NC為不連接端口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述USB 接口電路采用南京沁恒電子的CH372芯片，它是由可作為被動(dòng)并行接口的8位雙向數(shù)據(jù)總線D7 DO、讀選通輸入引腳RD#、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳 INT#以及地址輸入引腳AO構(gòu)成；所述8位雙向數(shù)據(jù)總線D7 DO、讀選通輸入引腳1 #、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳INT#以及地址輸入引腳AO與單片機(jī)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述定時(shí)電路采用帶有看門狗的PIC16F716器件。
8.一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它是由以下步驟所構(gòu)成(1)由定時(shí)電路設(shè)置采集間隔定時(shí)時(shí)間，由信號(hào)采集與調(diào)理電路來(lái)實(shí)時(shí)采集風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率參數(shù)信號(hào)；(2)經(jīng)過(guò)信號(hào)采集與調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行濾波、自校準(zhǔn)處理，并通過(guò)單片機(jī)將風(fēng)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率參數(shù)輸入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路；(3)通過(guò)USB接口電路將處理后的風(fēng)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)風(fēng)速、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、 功率因數(shù)、發(fā)電頻率參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)窖b有實(shí)現(xiàn)混沌檢測(cè)方法程序的上位機(jī)中；(4)應(yīng)用上位機(jī)中的混沌檢測(cè)方法進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和處理，進(jìn)而識(shí)別系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否為混沌。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述步驟(4)中的混沌檢測(cè)方法是采用基于相空間重構(gòu)的方法檢測(cè)混沌，包括關(guān)聯(lián)維數(shù)和嵌入延遲時(shí)間的求取。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述關(guān)聯(lián)維數(shù)求取采用G-P算法，包括以下步驟①選一個(gè)較小的嵌入維m(m^ 2)，在此條件下進(jìn)行相空間重構(gòu)，利用關(guān)聯(lián)函數(shù)C(r)求出Iogr和log C(r)值，取logr-logC(r)關(guān)系曲線中近似直線部分的斜率，作為該條件下的關(guān)聯(lián)維估計(jì)值D ；②不斷增加嵌入維m的值，重復(fù)①過(guò)程，得到logr-log C(r)的關(guān)系曲線圖和估計(jì)出對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)維估計(jì)值D ；③繼續(xù)②過(guò)程，直到D達(dá)到飽和，使D為風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速(S卩風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率)數(shù)據(jù)時(shí)間序列的關(guān)聯(lián)維數(shù)；根據(jù)自相關(guān)函數(shù)圪(六祚+ A)求出嵌入時(shí)間延遲τ，再根據(jù)公式m > 2D+1確定嵌入維m，把風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速(風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因數(shù)、發(fā)電頻率)參數(shù)變量的Ν(Ν = 4000)個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，拓成相空間；④在重構(gòu)的相空間中共有tn-(m_l)τ個(gè)相點(diǎn)，把各個(gè)相點(diǎn)按順序連起來(lái)，就得到了能反應(yīng)風(fēng)電系統(tǒng)的演化過(guò)程和動(dòng)態(tài)特性的重構(gòu)向空間的相圖，可以檢測(cè)混沌現(xiàn)象；⑤求風(fēng)電系統(tǒng)風(fēng)速參數(shù)時(shí)間序列的最大李亞普諾夫指數(shù)，若該指數(shù)大于0，則可作為風(fēng)電系統(tǒng)混沌運(yùn)行狀態(tài)的定量判據(jù)，證明其處于混沌運(yùn)行狀態(tài)。
全文摘要
一種用于風(fēng)電系統(tǒng)的混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，它包括測(cè)試儀和裝有實(shí)現(xiàn)混沌檢測(cè)方法的程序的上位機(jī)；其中，所述測(cè)試儀由信號(hào)采集與調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、定時(shí)電路以及USB接口電路構(gòu)成；其工作方法包括采集信號(hào)、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、混沌檢測(cè)和求取關(guān)聯(lián)維數(shù)和嵌入延遲時(shí)間，優(yōu)越性在于1、實(shí)時(shí)跟蹤可避免混沌振蕩；2、硬件裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；3、掉電后數(shù)據(jù)自動(dòng)保護(hù)，混沌實(shí)時(shí)檢測(cè)不間斷，可靠性高；4、系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性可靠性高。
文檔編號(hào)G01M15/00GK102435437SQ201110265918
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者劉進(jìn)華, 劉馨芳, 周雪松, 翟化欣, 馬幼捷 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)