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WO1999051941A1 - Verfahren zur bildung des mittelwertes - Google Patents

Verfahren zur bildung des mittelwertes Download PDF

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Publication number
WO1999051941A1
WO1999051941A1 PCT/DE1999/000944 DE9900944W WO9951941A1 WO 1999051941 A1 WO1999051941 A1 WO 1999051941A1 DE 9900944 W DE9900944 W DE 9900944W WO 9951941 A1 WO9951941 A1 WO 9951941A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
value
frequency
signal
time
values
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1999/000944
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Mannesmann Rexroth AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann Rexroth AG filed Critical Mannesmann Rexroth AG
Publication of WO1999051941A1 publication Critical patent/WO1999051941A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D1/00—Measuring arrangements giving results other than momentary value of variable, of general application
    • G01D1/02—Measuring arrangements giving results other than momentary value of variable, of general application giving mean values, e.g. root means square values

Definitions

  • the invention relates to a method for forming the mean value of a number of temporally successive samples of a time-varying signal, in which the mean value is calculated by mathematically linking a number of successive samples, according to the preamble of claim 1.
  • Averages generally serve to characterize a set of numbers.
  • for. B. differentiate between the arithmetic, the geometric and the quadratic mean.
  • the individual numbers are added and the sum divided by the number of added numbers.
  • the geometric mean the individual numbers are multiplied together and the root corresponding to the number of multiplied numbers is taken from the product.
  • the quadratic mean the squares of the numbers are added, the square root is taken from the sum and the result is divided by the number of numbers.
  • Characterization of periodic waveforms e.g. B. of electrical voltages or currents, in particular the temporally linear mean and the effective value are used.
  • the linear mean in time corresponds to the arithmetic mean
  • the effective value corresponds to the root mean square.
  • a predetermined number of temporally successive sample values of this signal are linked to one another by the digital computing device in accordance with a calculation rule.
  • the calculated mean value is only output by the computing device when the predetermined number of samples has been taken into account when calculating the mean value. This ensures that a sufficient number of samples has always been taken into account for the calculation of the mean value.
  • DE 43 37 388 AI discloses a method for averaging according to the preamble of claim 1. Temperature values determined at constant time intervals within a 24-hour period are added and the sum is divided by the number of added temperature values. A new updated mean value is available at the time intervals specified by the measurement value acquisition.
  • the mean value is usually formed in each case over a period of the fundamental wave of the signal curve.
  • the frequency of the fundamental oscillation is not constant, but can assume values of different sizes between two limit values, additional demands are placed on the averaging.
  • a sufficiently large number of samples must be acquired within one period.
  • short times between two sampling processes lead to a large memory requirement for the sample values occurring within one period of the fundamental wave.
  • DE 39 28 083 C2 discloses a circuit for measuring a measured variable derived from the root mean square of an AC voltage, in particular the effective value of an AC voltage.
  • the AC voltage to be measured is divided into a low-frequency and a higher-frequency voltage component.
  • the low-frequency voltage component is digitally squared after digitization.
  • the higher-frequency voltage component is squared using an analog squaring circuit and then digitized. The two digital values are added and the desired measured variable is calculated from the sum by averaging.
  • the invention is based on the object of specifying a method of the type mentioned at the outset in which a new mean value is available in short time intervals and for the averaging of time-varying ones periodic waveforms with a frequency of the fundamental oscillating between two limit values is suitable.
  • the method enables a moving averaging for periodic signal curves, in which the frequency of the fundamental wave can assume different values between two limit values, with a small memory requirement.
  • the subclaims relate to a further reduction in the memory requirement, the storage of the sample values and the use of the method according to the invention.
  • Figure 1 is a block diagram of a device for forming the average of a number of prematurely successive samples
  • Figure 2 shows the course of a time-varying, periodic signal.
  • FIG. 1 shows the block diagram of an apparatus for forming the mean value of a time-varying signal according to the invention.
  • a voltage u (t) serves a voltage u (t) as a time-varying signal.
  • the voltage u (t) has a generally periodic course, ie a fundamental oscillation U Q (t) is superimposed on oscillations of a higher frequency.
  • the time course of the voltage u (t) is shown on an enlarged scale in FIG.
  • a scanning device 20 samples the amplitude of the voltage u (t) at equal time intervals.
  • An analog / digital converter 21 converts the sample values present in analog form into corresponding digital values and transfers them to a first memory 22.
  • the second memory 23 is followed by a second memory 23 serving as a buffer.
  • the memories 22 and 23 each have only eight memory locations, each of which is designated by M1 to M8. In practice, however, the number of storage locations provided for storing the sample values is considerably larger. It is in the order of 4000 storage locations.
  • a digital computing device 24, e.g. B. a microcontroller calculates the mean value from the numbers stored in the memory locations of the memory 23 by mathematically linking these numbers using an algorithm for calculating the mean value. For the description of the exemplary embodiment, it is assumed that the effective value of the voltage u (t) is to be formed. In this case, the squares of the samples are added, the roots are taken from the sum and the result is divided by the number of samples used for averaging.
  • the mean value of the voltage u (t) is still present in digital form at an output 25 of the computing device 24.
  • the mean can either be processed further in digital form or in in a manner known per se can be converted into an analog value.
  • a first control line 26 leads from the computing device 24 to the scanning device 20.
  • Two further control lines 27 and 28 lead to the memories 22 and 23, respectively.
  • FIG. 2 shows the time profile of the voltage u (t) over two periods, which are denoted by T1 and T2.
  • the voltage u (t) consists of a fundamental wave u 0 (t) shown in dashed lines and this superimposed vibrations of higher frequency. Since the voltage u (t) has a periodic course, it is necessary to determine at least one period of the fundamental wave for the formation of the effective value.
  • the amplitude of the voltage u (t) is detected at times t 0 to t 17 .
  • the corresponding samples are designated A Q to A 17 .
  • the period between two sampling times is constant, it is referred to as ⁇ t below.
  • the memory locations M1 to M8 in the memory 22 contain the samples A- j _ to A 8 .
  • the contents of the memories Ml to M8 of the memory 22 are transferred to the memories Ml to M8 of the memory 23, the memory locations that Ml to M8 of the memory 23 is also included after the samples A to A ⁇ _. 8
  • the computing device 24 calculates the effective value at the time t 8 , which takes into account the sample values of the period T1, that is to say the sample values A 1 to A 8 .
  • the sample values A 2 to A 8 are shifted from the memory locations M2 to M8 of the memory 22 to the memory locations M1 to M7.
  • the value stored in memory location Ml sample A j _ from the sample A 2 is overwritten.
  • the contents of the storage locations M3 to M8 are shifted to the storage locations M2 to M7 in a corresponding manner.
  • the memory location M8 is then available for storing a new sample value.
  • the sample values A - j _ to A 8 provided for calculating the effective value at time t are still available in memory 23.
  • the computing device 24 causes the scanning device 20 to scan the voltage u (t) again via the control line 26.
  • the sampled voltage value is converted into the digital value A g and in that
  • Storage space M8 of the memory 22 is stored.
  • the memory locations Ml to M8 of the memory 22 now contain the samples A 2 to Ag, that is to say eight samples again, which cover the period of a period of the fundamental oscillation of the voltage u (t) up to the time tg.
  • the contents of the memory locations M1 to M8 of the memory 22 are now transferred to the corresponding memory locations of the memory 23 by a control command from the computing device 24.
  • the computing device 24 calculates a new effective value from the values transferred to the memory 23. This effective value is already a sampling time ⁇ t after the previous effective value.
  • the samples A 8 to A 9 shifted from memory locations M2 to M8 of memory 22 to memory locations M1 to M7.
  • the sample value A 2 stored in the memory location M1 is overwritten by the sample value A 3 .
  • the contents of the storage locations M3 to M8 are shifted to the storage locations M2 to M7 in a corresponding manner.
  • the memory location M8 is then available again for storing a new sample value.
  • the sample values A 2 to Ag provided for the calculation of the effective value are still available in the memory 23.
  • the computing device 24 again causes the scanning device 20 to scan the voltage u (t).
  • the sampled voltage value is converted into a digital value A 10 and stored in the memory location M8.
  • the memory locations M1 to M8 of the memory 22 now contain the sample values A3 to A ] _ Q , that is to say eight sample values again, which cover the period of a period of the fundamental oscillation of the voltage u (t) from the time t 3 to the time t 10 .
  • the contents of the memory locations M1 to M8 of the memory 22 are transferred to the corresponding memory locations of the memory 23 by a control command from the computing device 24.
  • the calculating means calculates from the transmitted values in the memory 23, 24 - as described above '- a new RMS value. This RMS value is also already a sampling time ⁇ t after the previous RMS value. This means that a new effective value of the voltage u (t) is present after each sampling time.
  • the memory 23 can be omitted. There is no need to shift the sample values in the memory 22 if the new sample value overwrites the respectively oldest sample value.
  • the new sample replaces the oldest sample in memory.
  • the other sample values are retained in the memory, so that the mean value is calculated on the basis of the latest sample values.
  • the frequency of the fundamental wave u 0 (t) can assume different values within a range between two limit values fomin un ⁇ ⁇ ⁇ Omax, it must be ensured that at the highest frequency oma ' a l so if the period is minimum, a minimum number N mj _ n is from necessary for the averaging of samples are available.
  • the relationship T (f 0max ) applies to the relationship between the period T (f 0max ) of the fundamental wave with the greatest frequency fomax ' ⁇ er time it t between two sampling processes and the minimum number N mj _ n of the sampling values required for averaging.
  • N ma ⁇ the number of memory spaces resulting in frequency.
  • N max N max x ⁇ t ( equation 2 )
  • T (f 0m i n ) the reciprocal of the frequency r ⁇ min i st •
  • the 4000 memory locations are sufficient up to a lower cut-off frequency, namely up to 0.1 Hz.
  • a lower lower limit frequency can be achieved without having to increase the number of memory locations.
  • the output signal of this link is also a periodic signal, which consists of a basic oscillation and higher-frequency oscillations superimposed.
  • the frequency of the fundamental wave of the output signal is equal to the known frequency of the input signal. The frequency of the basic oscillation of the output signal therefore does not need to be determined separately from the output signal for the change in the time between the scanning processes as a function of the frequency of the basic oscillation. 12
  • the multiplicative correction of a setpoint signal fed to a control chain requires, depending on the quotient of the mean value of the setpoint signal and the mean value at the end of the control chain detected actual value signal takes place, no additional damping measures to be taken. This improves the effectiveness of the corrective action.
  • LMS multiplicative correction of the setpoint signal

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

Um den Mittelwert einer Anzahl von zeitlich aufeinander folgenden Abtastwerten eines zeitlich veränderlichen Signals zu bilden, werden eine Anzahl von Abtastwerten durch eine entsprechende Rechenvorschrift verknüpft. Handelt es sich um periodische Signale, wird der Mittelwert üblicherweise über eine volle Periode der Schwingung der Grundwelle des periodischen Signals gebildet. Bei periodischen Signalverläufen, bei denen die Frequenz der Grundschwingung unterschiedlich grosse Werte zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert annehmen kann, wird die Zeit zwischen zwei Abtastvorgängen so gewählt, dass bei der grössten Frequenz die für die Mittelwertberechnung mindest erforderliche Anzahl von Abtastwerten innerhalb einer Periode der Grundschwingung gespeichert werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Bildunσ des Mittelwertes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung des Mittelwertes einer Anzahl von zeitlich aufeinander folgenden Abtastwerten eines zeitlich veränderlichen Signals, bei dem der Mittelwert durch mathematische Verknüpfung einer Anzahl von aufeinander folgenden Abtastwerten berechnet wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mittelwerte dienen allgemein zur Charakterisierung einer Menge von Zahlen. Dabei wird z. B. zwischen dem arithmetischen, dem geometrischen und dem quadratischen Mittelwert unterschieden. Um den arithmetischen Mittelwert zu bilden, werden die einzelnen Zahlen addiert und die Summe durch die Anzahl der addierten Zahlen dividiert. Um den geometrischen Mittelwert zu bilden, werden die einzelnen Zahlen miteinander multipliziert und aus dem Produkt die der Anzahl der multiplizierten Zahlen entsprechende Wurzel gezogen. Um den quadratischen Mittelwert zu bilden, werden die Quadrate der Zahlen addiert, aus der Summe die Quadratwurzel gezogen und das Ergebnis durch die Anzahl der Zahlen dividiert. Zur
Charakterisierung von periodischen Signalverläufen, z. B. von elektrischen Spannungen oder Strömen, werden insbesondere der zeitlich lineare Mittelwert und der Effektivwert verwendet. Dabei entspricht der zeitlich lineare Mittelwert dem arith- metischen Mittelwert, und der Effektivwert entspricht dem quadratischen Mittelwert. Für die Bildung des Mittelwertes eines zeitlich veränderlichen Signals mittels einer digitalen Recheneinrichtung werden eine vorgegebene Anzahl von zeitlich aufeinanderfolgen Abtastwerten dieses Signals von der digitalen Recheneinrich- tung nach einer Rechenvorschrift miteinander verknüpft . Der errechnete Mittelwert wird erst dann von der Recheneinrichtung ausgegeben, wenn die vorgegebene Anzahl von Abtastwerten bei der Berechnung des Mittelwertes berücksichtigt worden ist. Damit ist sichergestellt, daß immer eine ausreichende Anzahl von Abtastwerten für die Berechnung des Mittelwertes berücksichtigt worden ist. Je größer die Anzahl der für die Mittelwertbildung verwendeten Abtastwerte gewählt ist, desto besser ist der Mittelwert geglättet. Eine Vergrößerung der Anzahl der für die Mittelwertbildung verwendeten Abtastwerte führt aber bei konstanten Zeitabständen zwischen den Abtastzeitpunkten zwangsläufig zu einer Vergrößerung des Zeitraums, nach dem wieder ein neuer Mittelwert ausgegeben wird.
Aus der DE 43 37 388 AI ist ein Verfahren zur Mittelwertbildung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. In konstanten Zeitabständen innerhalb eines 24 -Stunden-Zeitraums ermittelte Temperaturwerte werden addiert und die Summe durch die Anzahl der addierten Temperaturwerte dividiert . In den durch die Meßwerterfassung vorgegebenen Zeitabständen liegt jeweils ein neuer aktualisierter Mittelwert vor.
Zur Charakterisierung von allgemein periodischen Signalverläufen wird der Mittelwert üblicherweise jeweils über eine Periodendauer der Grundschwingung des Signalverlaufs gebildet. Soll der Mittelwert von periodischen Signalverläufen gebildet werden, bei denen die Frequenz der Grundschwingung nicht konstant ist, sondern unterschiedlich große Werte zwischen zwei Grenzwerten annehmen kann, werden an die Mittelwertbildung zusätzliche Anforderungen gestellt. Im Bereich hoher Frequenzen der Grundschwingung muß eine ausreichend große Anzahl von Abtastwerten innerhalb einer Periode erfaßt werden. Im Bereich kleiner Frequenzen der Grundschwingung führen dagegen kurze Zeiten zwischen zwei Abtastvorgängen zu einem großen Speicherbedarf für die innerhalb einer Periode der Grundschwingung anfallenden Abtastwerte .
Aus der DE 39 28 083 C2 ist eine Schaltung zum Messen einer von dem quadratischen Mittelwert einer Wechselspannung abgeleiteten Meßgröße, insbesondere des Effektivwerts einer Wechselspannung, bekannt. Um einen großen Frequenzbereich der Grundschwingung zuzulassen, wird die zu messende Wechselspannung in einen niederfrequenten und in einen höher- frequenten Spannungsanteil aufgeteilt. Der niederfrequente Spannungsanteil wird nach einer Digitalisierung rechnerisch digital quadriert. Der höherfrequente Spannungsanteil wird mittels einer analogen Quadrierschaltung quadriert und anschließend digitalisiert. Die beiden Digitalwerte werden addiert und aus der Summe durch Mittelwertbildung die gewünschte Meßgröße errechnet .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem in kurzen Zeit- abständen ein neuer Mittelwert zur Verfügung steht und das für die Mittelwertbildung von zeitlich veränderlichen periodischen Signalverläufen mit zwischen zwei Grenzwerten veränderlicher Frequenz der Grundschwingung geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Das Verfahren ermöglicht eine gleitende Mittelwertbildung für periodische Signalverläufe, bei denen die Frequenz der Grundschwingung unterschiedliche Werte zwischen zwei Grenzwerten annehmen kann, bei geringem Speicherbedarf .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen gekennzeichnet. Die Unteransprüche betreffen eine weitere Verringerung des Speicherbedarfs, die Speicherung der Abtastwerte sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzel- heiten anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Bildung des Mittelwertes einer Anzahl vorzeitlich aufeinander folgenden Abtastwerten und
Figur 2 den Verlauf eines zeitlich veränderlichen, periodischen Signals.
Die Figur 1 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur erfindungsgemäßen Bildung des Mittelwertes eines zeitlich veränderlichen Signals. In diesem Ausführungsbeispiel dient eine Spannung u(t) als zeitlich veränderliches Signal. Die Spannung u(t) habe einen allgemein periodischen Verlauf, d. h. einer Grundschwingung UQ (t) sind Schwingungen höherer Frequenz überlagert. Der zeitliche Verlauf der Spannung u(t) ist in der Figur 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Eine Abtastvorrichtung 20 tastet in gleichen Zeitabständen die Amplitude der Spannung u(t) ab. Ein Analog/Digital -Wandler 21 wandelt die in analoger Form vorliegenden Abtastwerte in entsprechende digitale Werte um und übergibt diese einem ersten Speicher 22. Dem ersten Speicher 22 ist ein als Zwischenspeicher dienender zweiter Speicher 23 nachgeschaltet. In dem betrachteten Ausführungsbeispiel weisen die Speicher 22 und 23 aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur acht Speicherplätze auf, die jeweils mit Ml bis M8 bezeichnet sind. In der Praxis ist die Anzahl der für die Speicherung der Abtastwerte vorgesehenen Speicherplätze jedoch wesentlich größer. Sie liegt in der Größenordnung von 4000 Speicherplätzen. Eine digitale Recheneinrichtung 24, z. B. ein Microcontroller, berechnet aus den in den Speicherplätzen des Speichers 23 gespeicherten Zahlen den Mittelwert durch mathematische Verknüpfung dieser Zahlen nach einem Algorithmus zur Mittelwertberechnung. Für die Beschreibung des Ausführungsbeispiels wird davon ausgegangen, daß der Effektivwert der Spannung u(t) gebildet werden soll. In diesem Fall werden die Quadrate der Abtastwerte addiert, die Wurzel aus der Summe gezogen und das Ergebnis durch die Anzahl der für die Mittel - wertbildung verwendeten Abtastwerte geteilt. Der Mittelwert der Spannung u(t) steht - noch in digitaler Form - an einem Ausgang 25 der Recheneinrichtung 24 an. Der Mittelwert kann entweder in digitaler Form weiterverarbeitet werden oder in an sich bekannter Weise in einen Analogwert umgewandelt werden. Von der Recheneinrichtung 24 führt eine erste Steuerleitung 26 zu der Abtastvorrichtung 20. Zwei weitere Steuerleitungen 27 und 28 führen zu den Speichern 22 bzw. 23.
Die Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung u(t) über zwei Perioden, die mit Tl und T2 bezeichnet sind. Die Spannung u(t) besteht aus einer gestrichelt dargestellten Grundschwingung u0 (t) und dieser überlagerten Schwingungen höherer Frequenz. Da die Spannung u(t) einen periodischen Verlauf besitzt, ist es für die Bildung des Effektivwertes erforderlich, jeweils mindestens eine Periode der Grundschwingung zu erfassen. Die Amplitude der Spannung u(t) wird in den Zeitpunkten t0 bis t17 erfaßt. Die entsprechenden Abtastwerte sind mit AQ bis A17 bezeichnet. Der Zeitraum zwischen jeweils zwei Abtastzeitpunkten ist konstant, er ist im folgenden mit Δt bezeichnet.
Am Ende der Periode Tl, also zwischen den Zeitpunkten t und t9, enthalten die Speicherplätze Ml bis M8 des Speichers 22 die Abtastwerte A-j_ bis A8. Die Inhalte der Speicherplätze Ml bis M8 des Speichers 22 werden in die Speicherplätze Ml bis M8 des Speichers 23 übertragen, d. h. die Speicherplätze Ml bis M8 des Speichers 23 enthalten danach ebenfalls die Abtastwerte Aη_ bis A8. Aus den in dem Speicher 23 enthaltenen Werten berechnet die Recheneinrichtung 24 den Effektivwert zum Zeitpunkt t8, der die Abtastwerte der Periode Tl, also die Abtastwerte A-^ bis A8 , berücksichtigt. Nachdem die Abtastwerte Aη_ bis A8 in dem Speicher 23 zwischengespeichert worden sind, werden die Abtastwerte A2 bis A8 von den Speicherplätzen M2 bis M8 des Speichers 22 in die Speicherplätze Ml bis M7 verschoben. Dabei wird der im Speicherplatz Ml gespeicherte Abtastwert A-j_ von dem Abtastwert A2 überschrieben. In entsprechender Weise werden die Inhalte der Speicherplätze M3 bis M8 in die Speicherplätze M2 bis M7 verschoben. Danach steht der Speicherplatz M8 für die Speicherung eines neuen Abtastwertes zur Verfügung. Die für die Berechnung des Effektivwertes zum Zeitpunkt t vorgesehenen Abtastwerte A-j_ bis A8 stehen noch im Speicher 23 zur Verfügung. Im Zeitpunkt tg veranlaßt die Recheneinrichtung 24 die Abtastvorrichtung 20 über die Steuerleitung 26, die Spannung u(t) wieder abzutasten. Der abgetastete Spannungs- wert wird in den digitalen Wert Ag umgewandelt und in dem
Speicherplatz M8 des Speichers 22 gespeichert. Die Speicherplätze Ml bis M8 des Speichers 22 enthalten jetzt die Abtastwerte A2 bis Ag , also wieder acht Abtastwerte, die den Zeitraum einer Periode der Grundschwingung der Spannung u(t) bis zum Zeitpunkt tg abdecken. Durch einen Steuerbefehl der Recheneinrichtung 24 werden jetzt die Inhalte der Speicherplätze Ml bis M8 des Speichers 22 in die entsprechenden Speicherplätze des Speichers 23 übertragen. Aus den in den Speicher 23 übertragenen Werten berechnet die Recheneinrich- tung 24 - wie oben beschrieben - einen neuen Effektivwert. Dieser Effektivwert liegt bereits eine Abtastzeit Δt nach dem vorhergehenden Effektivwert vor.
Nachdem die Abtastwerte A2 bis Ag in dem Speicher 23 zwischengespeichert worden sind, werden die Abtastwerte A8 bis A9 von den Speicherplätzen M2 bis M8 des Speichers 22 in die Speicherplätze Ml bis M7 verschoben. Dabei wird der im Speicherplatz Ml gespeicherte Abtastwert A2 von dem Abtastwert A3 überschrieben. In entsprechender Weise werden die Inhalte der Speicherplätze M3 bis M8 in die Speicherplätze M2 bis M7 verschoben. Danach steht der Speicherplatz M8 wieder für die Speicherung eines neuen Abtastwertes zur Verfügung. Die für die Berechnung des Effektivwertes vorgesehenen Abtastwerte A2 bis Ag stehen noch im Speicher 23 zur Verfügung. Im Zeitpunkt t^o veranlaßt die Recheneinrichtung 24 die Abtastvorrichtung 20 erneut, die Spannung u(t) abzutasten. Der abgetastete Spannungswert wird in einen digitalen Wert A10 umgewandelt und in dem Speicherplatz M8 gespeichert. Die Speicherplätze Ml bis M8 des Speichers 22 enthalten jetzt die Abtastwerte A3 bis A]_Q, also wieder acht Abtastwerte, die den Zeitraum einer Periode der Grundschwingung der Spannung u(t) vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t10 abdecken. Durch einen Steuerbefehl der Recheneinrichtung 24 werden die Inhalte der Speicherplätze Ml bis M8 des Speichers 22 in die entsprechenden Speicherplätze des Speichers 23 übertragen. Aus den in den Speicher 23 übertragenen Werten berechnet die Recheneinrichtung 24 - wie oben beschrieben' - einen neuen Effektivwert. Auch dieser Effektivwert liegt bereits eine Abtastzeit Δt nach dem vorhergehenden Effektivwert vor. Dies bedeutet, daß nach jedem Abtastzeitpunkt ein neuer Effektivwert der Spannung u(t) vorliegt.
Erfolgt die Berechnung des Effektivwertes jeweils vor der Verschiebung der Abtastwerte im Speicher 22, kann der Speicher 23 entfallen. Eine Verschiebung der Abtastwerte im Speicher 22 kann entfallen, wenn der neue Abtastwert den jeweils ältesten Abtastwert überschreibt.
Bei jedem Abtastvorgang ersetzt der neue Abtastwert den jeweils ältesten Abtastwert im Speicher. Dabei bleiben die anderen Abtastwerte im Speicher erhalten, so daß die Berechnung des Mittelwertes auf der Basis der jeweils neuesten Abtastwerte erfolgt .
Soll der Mittelwert von Signalen mit periodischem Verlauf gebildet werden, bei denen die Frequenz der Grundschwingung u0(t) unterschiedliche Werte innerhalb eines Bereichs zwischen zwei Grenzwerten fomin un<^ ^Omax annehmen kann, muß sichergestellt sein, daß bei der größten Frequenz oma ' also dann, wenn die Periodendauer am kleinsten ist, eine Mindest- anzahl Nmj_n von für die Mittelwertbildung erforderlichen Abtastwerten zur Verfügung steht . Für den Zusammenhang zwischen der Periodendauer T(f0max) der Grundschwingung mit der größten Frequenz fomax' ^er Zeit Δt zwischen zwei Abtastvorgängen und der Mindestanzahl Nmj_n der für die Mittelwer- tbildung erforderlichen Abtastwerte gilt die Beziehung T(f0max) = Nmin x Δt (Gleichung 1), wobei die Periodendauer T(f0max) der Kehrwert der Frequenz ^Omax ist - Sind zwei dieser Größen gegeben, läßt sich die dritte Größe aus ihnen berechnen. Nachdem die Zeit Δt zwischen zwei Abtastvorgängen für die größte Frequenz omaχ festgelegt ist, erhöht sich mit sinkender Frequenz der Grundschwingung die für die Speicherung der Abtastwerte einer Periode erforderliche Anzahl der Speicherplätze. Die sich für 10
die Frequenz fomin ergebende Anzahl der Speicherplätze ist im folgenden mit Nmaχ bezeichnet. Für den Zusammenhang zwischen der Periodendauer T(f0m_n) der Grundschwingung mit der kleinsten Frequenz fomin' ^er Zeit Δt zwischen zwei Abtast - Vorgängen und der für die Speicherung der Abtastwerte erforderlichen Anzahl der Speicherplätze Nmax gilt die Beziehung τ(f0min) = Nmax x Δt (Gleichung 2), wobei die Periodendauer T(f0min) der Kehrwert der Frequenz r θmin ist • Nachdem die Zeit Δt zwischen zwei Abtastvorgängen gemäß der Gleichung 1 ermittelt worden ist, ergibt sich die erforderliche Anzahl der Speicherplätze Nmax aus der kleinsten Frequenz fo in un<^ ^er Zeit Δt •
Geht man von einem Frequenzbereich der Grundschwingung von fomin = 1 Hz bis fo ax = 10° Hz unc^ von ei-ner Mindestanzahl von Nmj_n = 40 Abtastwerten bei omax = 100 Hz aus, ergibt sich aus der Gleichung 1 die Zeit Δt zwischen zwei Abtastvorgängen zu 250 μs . Für fo in = 1 Hz sind dann nach der Gleichung 2 mindestens Nmaχ = 4000 Speicherplätze erforder- lieh. Bei einem Frequenzbereich der Grundschwingung von z. B. f0min = °»1 Hz bis ^Omax = 10° Hz unc von eιner Mindestanzahl von Nm;j_n = 40 Abtastwerten bei omax = 1(^ Hz ergibt sich aus der Gleichung 1 die Zeit zwischen zwei Abtastvorgängen wieder zu Δt = 250 μis . Für fo in = °'1 Hz s^-n<^ dann nach der Gleichung 2 mindestens Nmaχ = 40000 Speicherplätze erforderlich. In diesem Beispiel werden für kleine Frequenzen während einer Periode der Grundschwingung mehr Abtastwerte als eigentlich erforderlich gespeichert. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für einen 11
Teilbereich der Frequenzen der Grundschwingung, z. B. von fornin = 0,1 Hz bis f0* = 1 Hz, die Zeit zwischen zwei Abtastvorgängen gegenüber der für den oberen Grenzwert oma des Frequenzbereichs vorgesehenen Zeit Δt = 250 μs zwischen zwei Abtastvorgängen um den Faktor 10 auf Δt* = 2,5 ms vergrößert. Betrachtet man den Frequenz f0* = 1 Hz als unteren Grenzwert des Frequenzbereichs von 100 Hz bis 1 Hz , so sind bei der Frequenz von fg* = 1 Hz und der Zeit Δt = 250 μs zwischen zwei Abtastvorgängen 4000 Speicherplätze erforderlich. Nach einer Vergrößerung der Zeit zwischen zwei Abtastvorgängen auf Δt* = 2,5 ms sind die 4000 Speicherplätze noch bis zu einer kleineren Grenzfrequenz, nämlich bis zu 0,1 Hz, ausreichend. Durch eine Vergrößerung der Zeit zwischen zwei Abtastvorgängen im Bereich kleiner Frequenzen der Grundschwingung läßt sich ohne die Anzahl der Speicherplätze erhöhen zu müssen, eine niedrigere untere Grenzfrequenz erreichen.
Wird ein Glied einer Steuerkette oder eines Regelkreises mit einem zeitlich veränderlichen Signal beaufschlagt, das aus einer periodischen Grundschwingung und dieser überlagerten Schwingungen höherer Frequenz besteht, ist das Ausgangssignal dieses Gliedes ebenfalls ein periodisches Signal, das aus einer Grundschwingung und dieser überlagerten Schwingungen höherer Frequenz besteht . Die Frequenz der Grundschwingung des Ausgangssignals ist in diesem Fall gleich der bekannten Frequenz des Eingangssignals. Die Frequenz der Grundschwingung des Ausgangssignals braucht daher für die Änderung der Zeit zwischen den Abtastvorgängen in Abhängigkeit von der Frequenz der Grundschwingung nicht gesondert aus dem Ausgangssignal ermittelt zu werden. 12
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildung des Mittelwertes in kurzen Zeitabständen wieder ein aktualisierter Mittelwert zur Verfügung steht, brauchen bei der multiplikativen Korrektur eines einer Steuerkette zugeführten Sollwertsignals, die in Abhängigkeit von dem Quotienten aus dem Mittelwert des Sollwertsignals und dem Mittelwert des am Ende der Steuerkette erfaßten Istwertsignals erfolgt, keine zusätzlich Dämpfungsmaßnahmen ergriffen zu werden. Hierdurch wird die Wirksamkeit des Korrektureingriffs verbessert . Für die multiplikative Korrektur des Sollwertsignals ist es vorteilhaft, anstelle der Berechnung der Effektivwerte einen unter der Bezeichnung „LMS" als Abkürzung für „least mean square" bekannten Algorithmus zur Bildung der Mittelwerte zu verwenden, der im wesentlichen die Grundwelle von Sollwertsignal und Istwertsignal bewertet.
In entsprechender Weise wird auch bei einer additiven Korrektur eines Sollwertsignals die Wirksamkeit des Korrektureingriffs verbessert.

Claims

13Patentansprüche
1. Verfahren zur Bildung des Mittelwertes einer Anzahl von zeitlich aufeinander folgenden Abtastwerten eines zeitlich veränderlichen Signals,
- bei dem der Mittelwert durch mathematische Verknüpfung einer Anzahl von aufeinander folgenden Abtastwerten berechnet wird,
- nach jedem Abtastvorgang eine Berechnung des Mittelwertes aus den letzten k Abtastwerten erfolgt, wobei k die für die
Berechnung des Mittelwertes vorgesehene Anzahl der Abtastwerte ist,
- bei jedem Abtastvorgang der neue Abtastwert den jeweils ältesten Abtastwert ersetzt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zeitlich veränderlichen Signal (u(t)), das aus einer periodischen Grundschwingung (u0(t)) und dieser überlagerten Schwingungen höherer Frequenz besteht, wobei die Frequenz der Grundschwingung (u0 (t) ) verschiedene Werte zwischen zwei Grenzwerten (fomin' ^Omax^ annehmen kann, die Zeit (Δt) zwischen zwei Abtastvorgängen so gewählt ist, daß bei der größten Frequenz (fomax^ eine Mindestanzahl (Nmj_n) von für die Mittelwertberechnung erforderlichen Abtastwerten innerhalb einer Periode der Grundschwingung gespeichert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der für die Abtastwerte vorgesehenen Speicherplätze (Nmaχ) mindestens gleich der Periodendauer (τ(fθmin^ ^er Grundschwingung bei der kleinsten Frequenz 14
(f0mj_n) dividiert durch die Zeit (Δt) zwischen zwei Abtastvorgängen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit (Δt*) zwischen zwei Abtastvorgängen für Frequenzen der Grundschwingung (u0(t)), die zwischen dem unteren Grenzwert (fomin^ des Frequenzbereichs und einer zwischen den beiden Grenzwerten (fomin' ^Omax^ ^es Frequenzbereichs liegenden Frequenz (fg*) liegen, gegenüber der für den oberen Grenzwert (fomax^ ^es Frequenzbereichs vorgesehenen Zeit (Δt) zwischen zwei Abtastvorgängen vergrößert ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Berechnung des
Mittelwertes vorgesehenen Abtastwerte nach jedem Abtastvorgang in einen Zwischenspeicher (23) übertragen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Abtastvorgang der älteste
Abtastwert gelöscht wird und die verbleibenden Abtastwerte jeweils um einen Speicherplatz verschoben werden, derart daß der bis dahin Zweitälteste Abtastwert zum ältesten Abtastwert wird, und daß die Speicherung des neuen Abtastwertes bei dem nächsten Abtastvorgang in dem frei gewordenen Speicherplatz (M8) erfolgt.
6. Verwendung eines Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Berechnung von Korrekturwerten für die Korrektur eines Sollwertsignals mit vorgegebenem zeitlichen 15
Verlauf durch Vergleich des Mittelwertes des Sollwertsignals mit dem Mittelwert des Istwertsignals, wobei für die Mittelwertbildung ein Algorithmus zugrunde gelegt wird, der im wesentlichen nur den Anteil der Grundwelle des Sollwert- signals und des Istwertsignals bewertet.
7. Verwendung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Berechnung von Korrekturwerten für eine multi- plikative Korrektur eines Sollwertsignals mit zeitlich vor- gegebenem Verlauf aus dem aus dem Mittelwert des Sollwertsignals und dem Mittelwert des Istwertsignals gebildeten Quotienten, wobei für die Mittelwertbildung ein Algorithmus zugrunde gelegt wird, der im wesentlichen den Anteil der Grundwelle von Sollwertsignal und Istwertsignal bewertet.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002012909A3 (en) * 2000-08-09 2002-11-21 Teradyne Inc Capturing and evaluating high speed data streams
US7143323B2 (en) 2002-12-13 2006-11-28 Teradyne, Inc. High speed capture and averaging of serial data by asynchronous periodic sampling
US8980950B2 (en) 2002-11-26 2015-03-17 GlaxoSmithKline, LLC Calcilytic compounds

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19946626A1 (de) * 1999-09-29 2001-04-26 Micronas Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung eines Messsignales
DE10256176B4 (de) * 2002-12-02 2006-06-22 Infineon Technologies Ag Verfahren und Vorrichtung zur Bildung des Mittelwertes eines periodischen Signals
DE102009024492A1 (de) * 2009-06-10 2010-12-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Signalerfassung einer mit einer variablen Signalfrequenz schwingenden Messgröße

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3905735A1 (de) * 1989-02-24 1990-08-30 Pierburg Gmbh Verfahren zum auswerten eines eingangssignals
DE4337388A1 (de) * 1992-11-02 1994-05-05 Vaillant Joh Gmbh & Co Verfahren zur außentemperaturgeführten Steuerung/Regelung eines Heizgerätes

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3905735A1 (de) * 1989-02-24 1990-08-30 Pierburg Gmbh Verfahren zum auswerten eines eingangssignals
DE4337388A1 (de) * 1992-11-02 1994-05-05 Vaillant Joh Gmbh & Co Verfahren zur außentemperaturgeführten Steuerung/Regelung eines Heizgerätes

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002012909A3 (en) * 2000-08-09 2002-11-21 Teradyne Inc Capturing and evaluating high speed data streams
US6694462B1 (en) 2000-08-09 2004-02-17 Teradyne, Inc. Capturing and evaluating high speed data streams
KR100816468B1 (ko) * 2000-08-09 2008-03-26 테라다인 인코퍼레이티드 고속 데이터 스트림을 캡쳐하여 평가하는 방법 및 장치
US8980950B2 (en) 2002-11-26 2015-03-17 GlaxoSmithKline, LLC Calcilytic compounds
US7143323B2 (en) 2002-12-13 2006-11-28 Teradyne, Inc. High speed capture and averaging of serial data by asynchronous periodic sampling

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