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　　式(1)~(7)中，V是电压有效值， I是电流有效值， CF_V是电压峰值因素，V_peak是电压峰值，CF_i是电流峰值因素， I_peak是电流峰值，S是视在功率，P是有功功率，PF是功率因素，v(n) 、i(n)为离散时刻电压电流的采样值，N为采样的点数。

　　频域分析

　　可编程交流电源输出信号分析中的频域分析主要就是指谐波分析。快速傅立叶运算(FFT)具有简单和易于工程实现的特点，在谐波分析中使用广泛。但在进行实际谐波分析时很难做到同步采样和整数周期截断，由此会造成频谱泄露和栅栏效应，影响分析结果的准确性。对于频谱泄露的问题，采用性能优良的窗函数可以减少由此造成的误差。对于栅栏效应，可以采用插值方法对FFT计算结果进行插值修正，减少栅栏效应引起的误差。本系统采用文献^[9]中基于Nuttall窗双谱线插值FFT算法来分析可编程交流电源的谐波，该算法简单、容易实现，且不需要实现同步采样，采样频率设置灵活。通过加窗插值FFT运算后就可以计算出电源输出信号的基波和各次谐波含量。

　　软件设计

　　本设计中DSP处理器主要完成AD转换器的控制和数据的分析处理。如图4所示，信号质量分析模块启动后，程序先完成一系列的初始化操作。初始化工作完成后，DSP首先控制数据采集模块以较高的采样速率快速地预采集一些样本数据，通过FFT算法粗略地计算出信号的频率，然后根据分析到的信号频率及时调整AD转换器的采样频率，正式采集数据。当采集到足够的数据时，数据分析任务就会启动。通过时域分析和频域分析，得到电压有效值、电流有效值、电压峰值因素、电流峰值因素、视在功率、有功功率、功率因素及基波、谐波、相位等参数。其中，时域上的电参量可以快速地反映出电源输出的异常情况。因此，在进行完时域分析后，若发现数据有异常，立刻反馈给电源的控制模块。如果分析结果在误差范围内，则进行下一步的频域分析。同样的，如果频域分析发现结果有异常，也把异常结果反馈给电源控制模块。若分析的结果都没有问题，则把分析得到的相关参数保存到存储器当中，等待其他模块的调用。存储器中的数据在下一次计算结果到来之前都不被覆盖，以便随时查看和调用。

　　结论

　　本文设计基于DSP的可编程交流电源输出信号分析模块，充分发挥了浮点型DSP TMS320F28335强大的运算能力，可以实时准确地分析电源输出信号的电压有效值、电流有效值、电压峰值因素、电流峰值因素、视在功率、有功功率、功率因素及基波、谐波、相位等参数。模块结构简单，功能完善，并且可以通过串口与可编程交流电源中其他模块互连，可以很方便地嵌入到可编程交流电源系统中完成信号分析任务。

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关键词： 交流电源 DSP 信号调理 滤波器 AD转换器 201311