【正文】 。（3）由于濾波器系數(shù)用Q15表示，因此乘累加后在ACC中的值也是Q15，左移一位并取高16位后得到的數(shù)就與輸入的樣值具有相同的Q值了。(5)每次累加后，程序計(jì)數(shù)器加1，指向下一個(gè)單位脈沖響應(yīng)樣值。MACD指令實(shí)現(xiàn)下列功能：(1)將程序存儲(chǔ)器地址裝入到程序計(jì)數(shù)器。見(jiàn)附錄1 FIR濾波器設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)需要A/D轉(zhuǎn)換的觸發(fā)源采用周期中斷標(biāo)志觸發(fā)。LF2407A的ADC模塊的工作方式分為連續(xù)的自動(dòng)排序模式和啟動(dòng)/停止兩種。本設(shè)計(jì)采用中斷方，當(dāng)串行口產(chǎn)生中斷時(shí)，DSP就執(zhí)行相應(yīng)的串口中斷服務(wù)。對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的部分采用c語(yǔ)言編寫(xiě)以降低程序的復(fù)雜度，提高程序的可讀性和可修改性。圖41 系統(tǒng)流程圖 DSP程序設(shè)計(jì)TMS320LF2407A是基于C2000平臺(tái)的．提供兩種編程語(yǔ)言：C／C++語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言。如圖315所示。MAX232芯片功耗低，集成度高，+5V供電，具有兩個(gè)接收和發(fā)送通道。SCl支持CPU與其它使用標(biāo)準(zhǔn)格式的異步外設(shè)之間的數(shù)字通訊。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，SCI會(huì)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。本設(shè)計(jì)采用TMS320LF2407A內(nèi)置的ADC模塊，減少了外部A/D轉(zhuǎn)換電路。（9）排序器可工作在啟動(dòng)/停止模式，允許多個(gè)按時(shí)間排序的觸發(fā)源同步轉(zhuǎn)換。（5）在給定的排序方式下，4個(gè)排序控制器（CHSELSEQn）決定了模擬通道轉(zhuǎn)換的順序。DSP芯片TMS320LF2407A內(nèi)置ADC模塊，具有以下特性：（1）帶內(nèi)置采樣/保持(S/H)的lO位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC。Flash燒寫(xiě)要用到+5V電源。分頻系數(shù)和倍頻技術(shù)由SCSR1寄存器的第9～11位決定，其電路圖如圖312所示。圖311 MP/MC控制電路DSP可以工作于微處理模式或微控制器模式。JTAG仿真接口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的14針接口，對(duì)于所有的插卡式或外置式仿真器，包括XD510\XDS510PP\XD510USB和XDS560等，均采用如圖310所示的統(tǒng)一格式。電阻R和電容C的時(shí)間常數(shù)決定復(fù)位時(shí)間。上電時(shí)，電容C電壓為零，這個(gè)零電壓——復(fù)位信號(hào)通過(guò)R送給DSP，產(chǎn)生復(fù)位機(jī)制。圖38 電源濾波電容 復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是為了保證DSP器件處于一種已知的、對(duì)內(nèi)部各部件和外部引腳安全的圖39 系統(tǒng)復(fù)位電路利于進(jìn)入運(yùn)行模式的初始狀態(tài)。由于TMS320LF2407A具有片內(nèi)ADC部件，因此它不能看做一般的純數(shù)字DSP器件，而是一個(gè)混合電路芯片。AMS1117的1腳是地，2腳是輸出，3腳是輸入。本設(shè)計(jì)采用AMS1117 。由電網(wǎng)供給的交流電壓（220V，50HZ）經(jīng)電源變壓器降壓，得到股和電路需要的20V交流電壓，然后再經(jīng)過(guò)橋式整流電路整流，轉(zhuǎn)換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓，再由濾波電路濾去交流部分，最終得到所需要的20V直流電壓，但是這樣的直流輸出電壓還會(huì)隨電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化，因此，應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓電路來(lái)穩(wěn)住我們所需的的直流電壓，是放大器始終處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。考慮到所使用的放大器為T(mén)L084，是一個(gè)雙端供電放大器，供電電壓為15V，因此穩(wěn)壓電源電路中可使用常用的穩(wěn)壓管——三端穩(wěn)壓管L7915和L7815，他們的穩(wěn)壓性能好，工作電壓要求不高，符合設(shè)計(jì)中電荷放大器的供電電壓，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)采用TL084放大器。二是利用改變同相放大的增益來(lái)改變整機(jī)的增益，因?yàn)楸菴f=100pF再靈敏的檔，就得采用更小的的反饋電容，此時(shí)不但分布電容影響大，精度也不易保證，而且為了保證時(shí)間常數(shù)不變，Rf也得再相應(yīng)提高，要減小漂移，及也得相應(yīng)再提高，輸入絕緣要求也提高了，所以我們此檔Cf還用100pF，而利用改變同相放大器的增益來(lái)改變整個(gè)電路的增益。這部分電路包括兩個(gè)部分:高通濾波和同相電壓放大。但是，由于它的阻抗頻率特性沒(méi)有隨頻率而急劇改變的諧振性能，故選擇性欠佳。另外，在某些振動(dòng)測(cè)試中，電荷放大器的通頻帶有時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際的需要，而無(wú)用的高頻頻帶的存在對(duì)低頻測(cè)試只會(huì)帶來(lái)壞的影響。電荷轉(zhuǎn)換部分的運(yùn)算放大器的兩個(gè)調(diào)零端還需接入調(diào)零電路，減小運(yùn)放的失調(diào)電壓，具體可參見(jiàn)芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)。假定傳感器的電荷靈敏度為SQ=Q1/g，電荷轉(zhuǎn)換部分的增益為KQ=V1/Q1，適調(diào)部分的增益為Ki=V0/V1，則總的傳遞系數(shù)為三者的乘積；KQSQKI== （31）圖33 適調(diào)放大電路原理圖圖34 電荷轉(zhuǎn)換和適調(diào)部分電路原理圖當(dāng)增益開(kāi)關(guān)選好后，即反饋電容Cf一定，KQ是常數(shù)，傳感器的靈敏度不同時(shí)，即每個(gè)g所產(chǎn)生的Q1不一樣，這時(shí)我們適當(dāng)調(diào)節(jié)適調(diào)部分的增益K1，就能使總增益K不變。本部分電路如圖32所示。高阻運(yùn)放的出現(xiàn)使得在輸入級(jí)可以不用再采用由場(chǎng)效應(yīng)管組成的高阻電路來(lái)提升輸入阻抗，這就簡(jiǎn)化了這部分電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試，提高了這部分電路的集成度和性能，降低了設(shè)計(jì)成本。電荷轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)電荷放大器的核心部分，這部分的輸出電荷信號(hào)Q轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)V。由于傳感器與電壓放大器相聯(lián)時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓與電纜電容C有關(guān)，而電纜電容又受電纜的長(zhǎng)度決定。用戶(hù)可以在時(shí)域數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上作小波變換變換，并顯示頻譜圖。硬件包括加速度傳感器、信號(hào)調(diào)理、積分放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理及數(shù)據(jù)傳輸電路?，F(xiàn)在，MATLAB有30多個(gè)工具箱(TOOLBOX)功能極其強(qiáng)大，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化、小波分析、信號(hào)、圖像處理、控制系統(tǒng)、偏微分方程、模糊邏輯、統(tǒng)計(jì)分析、樣條、系統(tǒng)辨識(shí)等，為科學(xué)研究和工程計(jì)算提供了一個(gè)方便有效的工具。1984年，MATLAB公司成立并出了MATLAB最初版本。（3） 小波多尺度分析在多尺度分析方面的應(yīng)用主要是對(duì)化學(xué)電信號(hào)進(jìn)行小波分解，使原來(lái)單一的時(shí)域信號(hào)分解為系列不同頻率尺度下的信號(hào)，然后對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析研究。但是在實(shí)際應(yīng)用中的絕大多數(shù)信號(hào)是非穩(wěn)定的，而特別適用于非穩(wěn)定信號(hào)的工具就是小波分析。電子信息技術(shù)是六大高新技術(shù)中重要的一個(gè)領(lǐng)域，它的重要方面是圖像和信號(hào)處理。小波變換聯(lián)系了應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信號(hào)與信息處理、圖像處理、地震勘探等多個(gè)學(xué)科。它與Fourier變換、窗口Fourier變換（Gabor變換）相比，這是一個(gè)時(shí)間和頻率的局域變換，因而能有效的從信號(hào)中提取信息，通過(guò)伸縮和平移等運(yùn)算功能對(duì)函數(shù)或信號(hào)進(jìn)行多尺度細(xì)化分析（Multiscale Analysis），解決了Fourier變換不能解決的許多困難問(wèn)題，從而小波變化被譽(yù)為“數(shù)學(xué)顯微鏡”，它是調(diào)和分析發(fā)展史上里程碑式的進(jìn)展。近年來(lái)，小波分析在電力系統(tǒng)故障診斷、信號(hào)消噪等方面得到廣泛的應(yīng)用。 小波分析斷路器在分合閘操作中所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)是一系列無(wú)規(guī)則的信號(hào)量，這些振動(dòng)信號(hào)中還會(huì)夾雜著各種各樣的噪聲干擾和隨機(jī)振動(dòng)。它的芯片中有自由的FPGA可供編程。毋庸置疑，SOC將成為市場(chǎng)中越來(lái)越耀眼的明星。比如Virata公司購(gòu)買(mǎi)了LSI Logic公司的ZSP400處理器內(nèi)核使用許可證，將其與系統(tǒng)軟件如USB、10BASET、以太網(wǎng)、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，應(yīng)用在xDSL上，得到了很好的經(jīng)濟(jì)效益。LSI Logic 公司的LSI401Z采用高檔CPU的分支預(yù)示和動(dòng)態(tài)緩沖技術(shù)，結(jié)構(gòu)規(guī)范，利于編程，不用擔(dān)心指令排隊(duì)，使得性能大幅度提高。因此，把DSP和微處理器結(jié)合起來(lái)，用單一芯片的處理器實(shí)現(xiàn)這兩種功能，將加速個(gè)人通信機(jī)、智能電話(huà)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，同時(shí)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減小PCB體積，降低功耗和整個(gè)系統(tǒng)的成本。(1) 數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，多通道結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù)(SIMD)、特大指令字組(VLIM)將在新的高性能處理器中將占主導(dǎo)地位，如Analog Devices的ADSP2116x。二者在電路結(jié)構(gòu)上基本一致，都是整流+濾波+橋式逆變結(jié)構(gòu)，控制上都是采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制。由于C2000定位在控制領(lǐng)域，其包含了大量片內(nèi)外設(shè)，如IO、SCI、SPI、CAN、A/D等等。為此，TI專(zhuān)門(mén)推出了一款雙核處理器OMAP，包含有一個(gè)ARM和一個(gè)C5000系列DSP，OMAP處理器把主從式設(shè)計(jì)在芯片級(jí)上合二為一，一個(gè)典型的應(yīng)用實(shí)例為諾基亞手機(jī)。其追求的是至高性能，最近新推出的芯片速度高達(dá)1GHZ，適合寬帶網(wǎng)絡(luò)、圖像、影像、雷達(dá)等處理應(yīng)用。當(dāng)然，與通用微處理器相比，DSP微處理器（芯片）的其他通用功能相對(duì)較弱些。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。當(dāng)待測(cè)物運(yùn)動(dòng)時(shí)，支座與待測(cè)物以同一加速度運(yùn)動(dòng)，壓電元件受到質(zhì)量塊與加速度相反方向的，慣性力的作用，在晶體的兩個(gè)表面上產(chǎn)生交變電荷(電壓)。因此，在工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、石油勘探、聲波測(cè)井、電聲學(xué)等許多技術(shù)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。壓電式傳感器是以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下，在電介質(zhì)的表面上產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)非電量測(cè)量。絕大多數(shù)的工程振動(dòng)信號(hào)均可分解成一系列特定頻率和幅值的正弦信號(hào)，因此，對(duì)某一振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量，實(shí)際上是對(duì)組成該振動(dòng)信號(hào)的正弦頻率分量的測(cè)量。 傳感器的選擇工程振動(dòng)量值的物理參數(shù)常用位移、速度和加速度來(lái)表示。 斷路器合閘振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn)高壓斷路器是一種瞬時(shí)動(dòng)作電器，平常處于靜止?fàn)顟B(tài)，只是在執(zhí)行分合閘命令時(shí)才快速動(dòng)作，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，其振動(dòng)信號(hào)有以下特點(diǎn)：（1）振動(dòng)信號(hào)是瞬時(shí)非平穩(wěn)信號(hào)，不具有周期性。～。真空斷路器的反力特性與油斷路器、SF6斷路器不同。單線(xiàn)圈永磁機(jī)構(gòu)與雙線(xiàn)圈永磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作很相似，但是在分閘操作時(shí)需要儲(chǔ)能彈簧。雙穩(wěn)態(tài)可以采用單線(xiàn)圈，雙穩(wěn)態(tài)雙線(xiàn)圈永磁機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖21所示。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總方案 永磁機(jī)構(gòu)的工作原理永磁機(jī)構(gòu)就是用永磁體實(shí)現(xiàn)合閘保持和分閘保持(有時(shí)只作合閘保持而不作分閘保持)的一種新型的電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。第2章介紹系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，即傳感器的選擇、控制芯片選擇、小波分析從理論上簡(jiǎn)述基本的設(shè)計(jì)。 論文研究的內(nèi)容設(shè)計(jì)真空短路器永磁機(jī)構(gòu)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)樣機(jī)，以達(dá)到對(duì)真空斷路器永磁機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷有無(wú)存在故障的先兆，提高運(yùn)行可靠性，為設(shè)備的狀態(tài)維修提供依據(jù)。目前對(duì)高壓斷路器性能的檢查， 主要是在交接和停電，結(jié)合大、小修進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，檢查其絕緣狀況和操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性，對(duì)斷路器的維修則基本上采用預(yù)防性維修即定期更換零部件進(jìn)行大修的方法。斷路器是電力系統(tǒng)中關(guān)鍵器件之一，起著承載、關(guān)合、分?jǐn)嗾ｋ娐芬约扒谐收想娐返闹匾饔?，其可靠性和智能化水平?duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和自動(dòng)化程度將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵是綜合考慮各種監(jiān)測(cè)方法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的難易程度和成本，既要保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身不過(guò)與復(fù)雜。傳統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)處理方法采用傅立葉變換進(jìn)行分析，基于傅立葉變換的FFT頻譜分析在全頻域范圍內(nèi)分辨率理論上可達(dá)無(wú)窮大，但時(shí)域分辨率為零，因此不適合對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行分析。據(jù)國(guó)際大電網(wǎng)CIGRE對(duì)斷路器故障凋查的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，％的故障是由于操動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械故障引起的。美國(guó)、日本及前蘇聯(lián)等國(guó)早在20世紀(jì)五六十年代就開(kāi)展了電力開(kāi)關(guān)設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的研究工作，開(kāi)始由定期檢修狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變。永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器由于具有諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足供電部門(mén)的運(yùn)行要求，因此受到國(guó)內(nèi)外許多斷路器生產(chǎn)廠(chǎng)家的青睞。真空斷路器配用永磁機(jī)構(gòu)后，不僅可以進(jìn)一步提高可靠性，滿(mǎn)足免維護(hù)的要求，而且通過(guò)采用電子或微機(jī)系統(tǒng)來(lái)對(duì)分合閘線(xiàn)圈進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的智能操作、同步開(kāi)斷、同步關(guān)合。以在線(xiàn)監(jiān)測(cè)為前提的狀態(tài)檢修體制，克服了“到期必修，修必修好”的盲目性和強(qiáng)制性。影響高壓斷路器可靠件的一個(gè)主要因素就是其操動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性。斷路器的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)是典型的帶有噪聲的非平穩(wěn)信號(hào)，分析比較困難。實(shí)踐證明，利用小波變換分析振動(dòng)信號(hào)能取得更好的效果。1 緒論 課題背景及研究意義現(xiàn)代社會(huì)對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性的要求越來(lái)越高，電力系統(tǒng)中各種器件和裝置的工作性能是保證質(zhì)昔和可靠性的關(guān)鍵。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議及我國(guó)電力研究院關(guān)于高壓斷路器故障的統(tǒng)計(jì)調(diào)查顯示，斷路器的大多數(shù)故障(主要故障的70 %和次要故障的86%)發(fā)生在機(jī)械機(jī)構(gòu)，主要涉及操動(dòng)機(jī)構(gòu)、監(jiān)視裝置和輔助裝置等。而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷有無(wú)存在故障的先兆，提高運(yùn)行可靠性，為設(shè)備的狀態(tài)維修提供依據(jù)。第1章為緒論，主要介紹本課題研究的背景和意義以及要研究的主要內(nèi)容，指出了高壓斷路器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)發(fā)展，闡明課題研究的必要性。第5章主要介紹信號(hào)處理方法及相關(guān)程序編寫(xiě)，完成對(duì)振動(dòng)信號(hào)故障特征值提取。單穩(wěn)態(tài)是指永久磁能只處于1個(gè)位置的保持。當(dāng)有動(dòng)作信號(hào)時(shí)，合閘或分閘線(xiàn)圈中的電流產(chǎn)生磁勢(shì)，動(dòng)、靜鐵圖21 永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖芯中的磁場(chǎng)由線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加合成，使動(dòng)鐵芯完成開(kāi)關(guān)的分合任務(wù)。 永磁機(jī)構(gòu)與真空斷路器的配合每一種真空斷路器都有其固有的分合閘負(fù)載特性，永磁真空斷路器是一種動(dòng)作時(shí)間分散性小和精確動(dòng)作的斷路器，所配的永磁機(jī)構(gòu)應(yīng)該有相應(yīng)的出力特性。12kV真空斷路器合閘后的觸頭反力常常超過(guò)10 kN。斷路器的同步關(guān)合可以減小甚至消除電容器組和變壓器的合閘電流和過(guò)電壓，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3）斷路器的機(jī)構(gòu)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的傳遞過(guò)程是復(fù)雜的，沖擊(振源)位置與測(cè)量位置的變更都會(huì)顯著地改變實(shí)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的特性。描述振動(dòng)信號(hào)的另一重要參數(shù)是信號(hào)的頻率。壓電式加速度傳感器因?yàn)榫哂袦y(cè)量頻率范圍寬、量程大、體積小、重量輕、對(duì)被測(cè)件的影響小以及安裝使用方便，所以成為最常用的振動(dòng)測(cè)量傳感器。近年來(lái)，由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，隨著與之配套的二次儀表以及低噪聲、小電容、高絕緣電阻電纜的出現(xiàn)，使壓電傳感器的使用更為方便。支座與待測(cè)物剛性地固定在一起。 控制芯片DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。DSP微處理器（芯片）一般具有如下主要特點(diǎn)：（1） 在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；（2） 程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)指令和數(shù)據(jù)；（3） 片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏?