【正文】 仿真模型的建立對(duì)算法檢測(cè)諧波進(jìn)行仿真研究，設(shè)置仿真的參數(shù)如下：信號(hào)采樣頻率設(shè)定為，即每個(gè)工頻周期采樣128點(diǎn)，采用3階低通濾波器。 MATLAB提供了一個(gè)人機(jī)交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境，該系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是矩陣，在生成矩陳對(duì)象時(shí)，不要求作明確的維數(shù)說(shuō)明。為了使檢測(cè)方法能直接應(yīng)用于單相系統(tǒng)和三相四線(xiàn)的坐標(biāo)變換，直接對(duì)單相電流進(jìn)行檢測(cè)。 數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)數(shù)字低通濾波器用于從總的有功電流和無(wú)功電流中獲取其直流分量，顯然，低通濾波算法的性能直接決定著算法的精確性和動(dòng)態(tài)跟蹤速度，并最終影響有源電力濾波器的諧波補(bǔ)償性能，因此，的設(shè)計(jì)師很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)電網(wǎng)電壓有畸變時(shí)，采用 (或pq)算法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，因?yàn)殡娋W(wǎng)的電壓信息參與了運(yùn)算，使得計(jì)算所得到的諧波電流與實(shí)際的諧波電流之間存在著差別。而瞬時(shí)無(wú)功功率理論中的概念，都是在瞬時(shí)值的基礎(chǔ)上定義的，它不僅適用于正弦波，也適用于非正弦波和任何過(guò)渡過(guò)程的情況。下面分析三相電壓和電流均為正弦波時(shí)的情況。 設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為和。缺點(diǎn)是硬件多，花費(fèi)大，必須首先將三相電路分解，然后構(gòu)造基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的單相電路諧波檢測(cè)電路。提高其檢測(cè)精度的關(guān)鍵在于減小泄漏和其它誤差。盾構(gòu)機(jī)的工況條件變化大、并存在過(guò)程不確定和外部干擾等因素，根據(jù) 盾 構(gòu) 機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理，運(yùn)用領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)，整個(gè)盾構(gòu)機(jī)的故障主要可以分成三個(gè)單元故障— 刀盤(pán)單元、推進(jìn)單元以及螺旋機(jī)單元。四、防止并聯(lián)電容器組對(duì)諧波的放大在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。由于具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)源濾波是目前采用的抑制諧波及無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕侄?。三、影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝盆的工作及其可靠性 對(duì)電力系統(tǒng)中以負(fù)序(基波)量為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響十分嚴(yán)重，這是由于這些按負(fù)序(基波)量整定的保護(hù)裝置，整定值小、(如電氣化鐵道、電弧爐等諧波源還是負(fù)序源)則會(huì)引起發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)誤動(dòng)(若誤動(dòng)引起跳閘，則后果嚴(yán)重)、變電站主變的復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)裝置負(fù)序電壓元件誤動(dòng)，母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的負(fù)序電壓閉鎖元件誤動(dòng)以及線(xiàn)路各種型號(hào)的距離保護(hù)、高頻保護(hù)、故障錄波器、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置等發(fā)生誤動(dòng)作，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。輸電線(xiàn)路存在著分布的線(xiàn)路電感和對(duì)地電容，它們與產(chǎn)生諧波的設(shè)備組成串聯(lián)回路或并聯(lián)回路時(shí)，在一定的參數(shù)配合條件下，會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振。 電力諧波的危害諧波對(duì)供電系統(tǒng)和用電設(shè)備危害主要表現(xiàn)有以下幾方面：一、增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍，高頻電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，因集膚效應(yīng)(當(dāng)交變電流流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)周?chē)兓拇艌?chǎng)也要在導(dǎo)線(xiàn)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使沿導(dǎo)線(xiàn)截面的電流分布不均勻。我們所說(shuō)的供電系統(tǒng)中的諧波是指一些頻率為基波頻率(在我國(guó)取工業(yè)用電頻率為基波頻率)整數(shù)倍的正弦波分量，又稱(chēng)為高次諧波。 諧波的表示方法諧波可以根據(jù)周期性波形，用傅立葉級(jí)數(shù)分解得到。在第二章中，對(duì)電力諧波的基本概念和特征參數(shù)進(jìn)行了闡述，研究了諧波產(chǎn)生的原因和諧波的危害，以及諧波抑制的方法和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。重?cái)?shù)越多，波形越接近正弦波，當(dāng)然電路結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。故必須研究新的諧波特辨識(shí)方法和數(shù)學(xué)方法，以滿(mǎn)足高精度測(cè)量的要求；諧波檢測(cè)及量、分析與控制一體化、集成化，使測(cè)量系統(tǒng)低成本、高性波檢測(cè)理論體系并建立新體系，提出新的諧波檢測(cè)方法?？梢?jiàn)，該方法具有很好的實(shí)時(shí)性。輔助算法的選擇主要取決于以下因素：實(shí)際輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性與所要求的理想信號(hào)符合程度；數(shù)據(jù)處理性能；給定的時(shí)間響應(yīng)和精度要求；軟硬件實(shí)現(xiàn)約束條件。我國(guó)過(guò)去對(duì)電網(wǎng)中的諧波問(wèn)題未加重視和研究。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。國(guó)際電工委員會(huì)〔IEC)、電氣和電子工程師協(xié)會(huì)()等國(guó)際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，也成立了專(zhuān)門(mén)的電力系統(tǒng)諧波工作組，在世界范圍開(kāi)展包括制定標(biāo)準(zhǔn)和定期召開(kāi)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議等項(xiàng)內(nèi)容的工作。其缺點(diǎn)是需要一定時(shí)間的電流值，且需進(jìn)行兩次變換，計(jì)算量大，需花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間，從而使得檢測(cè)方法具有較長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)，檢測(cè)結(jié)果實(shí)際是較長(zhǎng)時(shí)間前的諧波和無(wú)功電流，實(shí)時(shí)性不好。通過(guò)對(duì)含諧波的電流信號(hào)進(jìn)行正交小波分解，分析了電流信號(hào)的各個(gè)尺度的分解結(jié)，利用多分辨的概念，將低頻段(高尺度)上的結(jié)果看作不含諧波的基波分量，基于這種算法，可以利用軟件構(gòu)成諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)，該方法計(jì)算速度快，能快速跟蹤諧波的變化。其基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。直接電流控制就是設(shè)法得到與電源電壓同相位、由負(fù)載電流大小決定其幅值的電流指令信號(hào)，并據(jù)此信號(hào)對(duì)整流器進(jìn)行電流跟蹤控制，間接電流控制就是控制整流器的入端電壓，使其為接近正弦波的波形，并和電源電壓保持合適的相位，從而使流過(guò)電抗器的輸入電流波形為與電源電壓同相位的正弦波。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題的大盆論文。3 第次諧波的含有率第次諧波電壓含有率以表示。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類(lèi)裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)造成的諧波也越來(lái)越多。對(duì)于帶不對(duì)稱(chēng)負(fù)載的變壓器來(lái)說(shuō)，如果負(fù)載電流中含有直流分量，會(huì)引起變壓器的磁路飽和，從而會(huì)大大增加交流激磁電流的諧波分量。2 對(duì)電流表的影響電流表的頻率特性要比同系電壓表的頻率特性好得多。二、在諧波源處加裝濾波裝置吸收諧波電流這類(lèi)方法是對(duì)己有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法，是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。電路由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路(包括電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路及主電路)組成。隨著對(duì)諧波問(wèn)題的日益重視和有源濾波器成本的逐步降低，有源濾波器將具有廣闊的應(yīng)用前景。但計(jì)算量大，因而實(shí)時(shí)性不夠好。經(jīng)濾波后控制并改變壓控振蕩器的頻率，直到輸人頻率和反饋信號(hào)頻率同步為止。記，與電壓同相位，稱(chēng)為有功分量。定義3：、相的瞬時(shí)無(wú)功的電流、 (瞬時(shí)有功電流、)分別為三相電路瞬時(shí)無(wú)功電流 (瞬時(shí)有功功率)在、的投影，即: （）、。另外該理論中定義了三相電路瞬時(shí)有、無(wú)功電流、與各相瞬時(shí)有功電流、及無(wú)功電流偏、它們之間分別存在什么關(guān)系？各相瞬時(shí)無(wú)功功率與三相瞬時(shí)無(wú)功功率關(guān)系如何?這些問(wèn)題都沒(méi)有得到公認(rèn)的解釋。用這兩種方法檢測(cè)諧波和無(wú)功時(shí)，進(jìn)行的運(yùn)算大多都是瞬時(shí)值運(yùn)算，響應(yīng)速度很快，特別適合于變化快、沖擊大的無(wú)功和諧波補(bǔ)償。2) 算法檢測(cè)諧波電流的準(zhǔn)確性不受電網(wǎng)電壓畸變或不對(duì)稱(chēng)的影響。如此高的維數(shù)，顯然是不符合實(shí)際應(yīng)用要求的。而基于快速傅立葉變換的諧波檢測(cè)法，在諧波檢測(cè)、無(wú)功補(bǔ)償和頻譜分析方面，均有較廣泛的應(yīng)用，但實(shí)際工程應(yīng)用的快速傅立葉變換算法中，不可避免的存在柵極效應(yīng)和頻譜泄漏，造成諧波檢測(cè)的誤差較大且實(shí)時(shí)性較差。 (3)圖形句相系統(tǒng) 這是MATLAB圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括完成2D和3D數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動(dòng)畫(huà)生成、圖形顯示等功能的高層MATLAB命令，也包括用戶(hù)對(duì)圖形圖像等對(duì)象進(jìn)行特性控制的低層MATLAB命令，以及開(kāi)發(fā)GUI應(yīng)用程序的各種工具。附錄A 英文資料及翻譯Development of a cutting tool condition monitoring system for high speed turning operation by vibration and strain analysis1 IntroductionIn the last three decades or so, there have been tremendous improvements and technical revolutions in manufacturing industries, namely puter integrated manufacturing process, robot controlled machining processes, and others. Today customer demands high quality products for lowest possible price. To meet customers’ such demands and to face global petition, modern industries are facing various challenges towards achieving high dimensional accuracy with mirror surface finish on the products. To achieve such goals the manufacturers are focusing on the technical problems namely, how to achieve uninterrupted automated machining process for longer duration with least human supervision. Cutting tool wear condition monitoring is an important technique that can be useful especially in automated cutting processes and unmanned factories to prevent any damage to the machine tool and workpiece. In any metal cutting operation, one of the major hurdles in realizing its plete automation is that of the cutting toolstate prediction, where toolwear is a critical factor in productivity. Cutting tool condition monitoring can help in online realization of the tool wear, tool breakage, and workpiece surface roughness.Researchers and engineers have been trying to evolve a cutting tool condition monitoring system w。利用它既可以進(jìn)行小規(guī)模端程，完成算法設(shè)計(jì)和算法實(shí)驗(yàn)的基本任務(wù)，也可以進(jìn)行大規(guī)模編程，開(kāi)發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。由式（）可知，基波電流的瞬時(shí)值為 （）令 （）則式（）可以寫(xiě)成 （）通過(guò)式（）求得基波電流瞬時(shí)值后，用單相電流的瞬時(shí)值減去基波電流瞬時(shí)值即可以得到瞬時(shí)諧波電流。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)字低通濾波器時(shí)應(yīng)該遵循如下原則：（1） 應(yīng)保證對(duì)直流分量的增益為1，并盡可能地衰減直流分量；（2） 為了不使低通濾波算法過(guò)于復(fù)雜，的維數(shù)不應(yīng)太高；（3） 為了提高檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，低通濾波器的單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)定時(shí)間短；（4） 應(yīng)保證低通濾波器的單位階躍響應(yīng)的超調(diào)盡可能?。唬?） 交流分量的幅值波動(dòng)對(duì)直流濾波器結(jié)果的影響盡可能?。荒壳俺Ｓ玫臑V波器形式有濾波器和濾波器。通過(guò)上述分析，可得出如下結(jié)論：1) 算法只需要三相電路的瞬時(shí)電流和某相(如相)電網(wǎng)電壓的頻率或周期信息，不需要準(zhǔn)確地知道電網(wǎng)電壓的幅值和初始相位信息。這種方法思路簡(jiǎn)明、原理清楚，但是它具有一定的延時(shí)，檢測(cè)的結(jié)果實(shí)際上是較長(zhǎng)時(shí)間前的諧波和無(wú)功電流，實(shí)時(shí)性較差，再加上其較為復(fù)雜的運(yùn)算，使這種方法的應(yīng)用范圍受到了很大的限制。在電源電壓正弦對(duì)稱(chēng)和線(xiàn)性負(fù)載時(shí)，按該理論分解出的瞬時(shí)有、無(wú)功電流均可能含有諧波分量(如不平衡負(fù)載)。定義2：三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率（瞬時(shí)有功功率)為電壓矢量的模和三相電路瞬時(shí)無(wú)功電流(三項(xiàng)電路瞬時(shí)有功電流)的乘積。電路中，電壓和電流的瞬時(shí)值、的表達(dá)式為： () ()式中，、—電壓、電流的有效值；f—電壓與電流之間的相位差。該方法用距諧波頻點(diǎn)最近的兩根離散頻譜幅值估計(jì)出待求諧波幅值，同時(shí)用多項(xiàng)式逼近法獲得頻率和幅值修正的計(jì)算公式，這些改進(jìn)降低了頻譜泄漏和噪聲干擾，并推導(dǎo)出一些典型窗函數(shù)的諧波分析實(shí)用修正公式，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的有效性和易實(shí)現(xiàn)性。電力系統(tǒng)常用的諧波檢測(cè)方法是快速傅立葉變換()，是離散傅立葉變換()，得到該電流所包含的諧波次數(shù)以及各次諧波的幅值和相位系數(shù)，將擬抵消的諧波分量通過(guò)傅里葉變換器得出所需的誤差信號(hào)，再將該誤差進(jìn)行傅立葉()反變換，即可得補(bǔ)償信號(hào)。為進(jìn)行電力諧波的分析、檢測(cè)和抑制奠定了基礎(chǔ)。3 混合法波器(電壓型)原理圖，圖中為交流電源，負(fù)載是諧波源，濾波器由無(wú)源濾波器()和有源電力濾波器()組成。 電力諧波的抑制措施一、加強(qiáng)諧波污染源的監(jiān)測(cè)主管部門(mén)對(duì)所轄電網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，正確測(cè)量，以確定諧波源位置和產(chǎn)生的原因，為諧波抑制準(zhǔn)備充分的原始材料；在諧波產(chǎn)生起伏較大的地方，可設(shè)置長(zhǎng)期觀察點(diǎn)，收集可靠的數(shù)據(jù)。二、對(duì)測(cè)量表計(jì)的影響 1 對(duì)電壓表的影響研究各種電表在畸變電壓波形下的反應(yīng)，一般從頻率特性著手，即觀察各種電表在同一有效值但頻率不同的正弦波形下的指示變化。2 對(duì)變壓器的影響變壓器在高次諧波電壓的作用下，將產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)（相鄰導(dǎo)線(xiàn)流過(guò)高頻電流