一种线性系统频域特性测试方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统测试技术领域，尤其涉及一种线性系统频域特性测试方法及系统。


背景技术：

2.线性系统的信号具有时域和频域的特性，通过对时域、频域特性进行分析，可以获得线性系统的本质特征。系统控制器的设计常以系统频域特性为主，时域特性为辅，主要利用系统波特图、奈奎斯特图指导控制器的设计。
3.系统的频域特性可通过动态信号分析仪进行测取，其原理为向系统施加一定频率的扰动信号，测取系统的输出信号，根据输入和输出信号辨识系统的频域特性。以电力系统稳定器(pss)试验为例，试验中通过输入含有多个频段信息的白噪声信号对电力系统进行扰动，根据白噪声输入信号及系统反馈输出信号进行频域辨识，获得电力系统在该频段的频域特性。采用白噪声信号进行频域特性测量的结果较为精确，但是计算量大，耗时较长，对动态信号分析仪的功能要求较高，因此可以针对具体系统要求对频域特性测试方法进行一定的优化。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种线性系统频域特性测试方法及系统，以解决现有技术中存在的问题。
5.为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
6.第一方面，本发明提供一种线性系统频域特性测试方法，包括：
7.s1：构造特定离散频率的正弦波扰动信号作为进行线性系统频域特性辨识的输入信号；
8.s2：施加输入信号对线性系统进行扰动，测取与输入信号对应的系统输出信号；
9.s3：对输入信号及输出信号在特定频率点进行频域特性辨识；
10.s4：计算线性系统在特定频率点的幅频特性、相频特性。
11.可选地，所述输入信号满足如下公式：
[0012][0013]
式中，input表示时域输入信号，fn为离散的频率点，ts为采样周期，n为离散的时间序列，π为常数。
[0014]
可选地，所述方法还包括构造连续的低通滤波环节的传递函数，所述测取与输入信号对应的系统输出信号，包括：
[0015]
根据所述传递函数测取与输入信号对应的系统输出信号。
[0016]
可选地，所述输出信号满足如下关系式：
[0017][0018]
式中，output表示输出信号，h表示传递函数的时域表达。
[0019]
第二方面，本技术实施例提供一种线性系统频域特性测试系统，包括：包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述方法的步骤。
[0020]
有益效果：
[0021]
本发明提供的线性系统频域特性测试方法，在特定频率点对系统频域特性进行测量，通过插值得到系统在频率段的频域特性，可为设计系统控制器提供快速、准确的参考。
附图说明
[0022]
图1为本发明优选实施例的一种线性系统频域特性测试方法的流程图。
具体实施方式
[0023]
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0025]
应理解，由于线性系统的频域特性一般是连续的，整个系统的频域特性可由特定点的频域特性插值代替。比如pss试验中对0.1～2hz之间的频段的测量，可由0.1～2hz之间的频段的以0.1hz为步长的20个频率点的频域特性代替。基于以上方法，仍以pss试验为例，可以对频域特性测试过程进行简化，如构造20个特定频率的正弦波信号作为输入扰动源对系统进行扰动，然后辨识这20个频率点的输入、输出频域特性，即可完成对电力系统在以上频段的频域特性辨识。因此为了更加简便的进行系统频域特性的测量，可基于离散频率正弦波扰动信号对线性系统频域特性测试，为评判系统频域性能提供快速、准确的参考。基于此，本技术实施例提供一种线性系统频域特性测试方法。
[0026]
请参见图1，本技术实施例提供一种线性系统频域特性测试方法，包括：
[0027]
s1：构造特定离散频率的正弦波扰动信号作为进行线性系统频域特性辨识的输入信号。
[0028]
在该步骤中，系统在特定频率点附近含有丰富的信息，设定输入扰动信号为特定离散频率正弦波的叠加，叠加的信号作为白噪声扰动信号的简化，用作系统扰动的输入。
[0029]
s2：施加输入信号对线性系统进行扰动，测取与输入信号对应的系统输出信号。
[0030]
在该步骤中，施加输入扰动信号后，同时测取系统输出信号，输入、输出的测量点在时域上应能一一对应，方便后期进行快速傅里叶变换处理。
[0031]
s3：对输入信号及输出信号在特定频率点进行频域特性辨识。
[0032]
在该步骤中，利用快速傅里叶变换对输入、输出信号进行频域分析，得到特定频率点的频域特性，包含幅频特性及相频特性。
[0033]
s4：计算线性系统在特定频率点的幅频特性、相频特性。
[0034]
在该步骤中，基于输入、输出信号的频域特性，对特定频率点对应进行频域幅值相除、频域相位相减，获得系统在特定频率的频域特性。
[0035]
上述的线性系统频域特性测试方法，在特定频率点对系统频域特性进行测量，通过插值得到系统在频率段的频域特性，可为设计系统控制器提供快速、准确的参考。
[0036]
可选地，所述输入信号满足如下公式：
[0037][0038]
式中，input表示时域输入信号，fn为离散的频率点，ts为采样周期，n为离散的时间序列，π为常数。
[0039]
可选地，所述方法还包括构造连续的低通滤波环节的传递函数，所述测取与输入信号对应的系统输出信号，包括：
[0040]
根据所述传递函数测取与输入信号对应的系统输出信号。
[0041]
可选地，所述输出信号满足如下关系式：
[0042][0043]
式中，output表示输出信号，h表示传递函数的时域表达。
[0044]
在一示例中，根据以上方法对某一线性系统的频域特性进行仿真测取，时域输入信号input如式(1)，其中fn为离散的频率点，ts为采样周期，n为离散的时间序列。
[0045][0046]
构造连续的低通滤波环节的传递函数为h＝1/(1+tr*s)，其中tr＝0.02，h的时域表达式h如式(2)。
[0047][0048]
离散化后h[n]如式(3)，其中ts为采样周期，n为离散的时间序列。
[0049]
h[n]＝50e-50nts
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0050]
根据卷积计算时域输出信号如式(4)。
[0051][0052]
分别对输入信号input及输出信号output进行快速傅里叶分析(fft)。分别在0.1～2hz之间的以0.1hz为步长的20个频率点，分别取输入、输出信号的频率特性，计算低通滤波环节h在该点的频率特性。即在特定的频率下，计算幅值特性如式(5)及相位特性如式(6)，其中amp表示幅值特性函数，deg表示相位特性函数，k为特定频率点，input为输入信号频域特性，output为输出信号频域特性。
[0053]
amp(h[k])＝amp(output[k])/amp(input[k])
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0054]
deg(h[k])＝deg(output[k])-deg(input[k])
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0055]
本技术实施例还提供一种线性系统频域特性测试系统，包括：包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0056]
该线性系统频域特性测试系统可以实现上述线性系统频域特性测试方法的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
[0057]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。