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Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteWizy93 » 4 dic 2021, 17:32

Buonasera a tutti

Avrei questo quesito da porvi.
Ho effettuato due registrazioni di tensione e corrente ( senza grandi oscillazioni ) per circa 10 min e ho esportato i dati tramite excel con campionamento di 50 Hz. Mi ritrovo quindi con due colonne di valori nel tempo, una per V e una per I.Il mio obbiettivo sarebbe di confrontare le due onde estraendo solo le componenti nella banda 0,5 - 1 Hz, e valutare lo sfasamento delle due.
Io per estrarre le componenti ho fatto l'FFT, e pensavo di fare la FFT inversa nella banda 0,5-1hz per ottenere l'onda con il solo contributo di queste armoniche ( nel dominio del tempo ). Sto sbagliando qualcosa??
Per effettuare tutto questo sto usando Excel.


Grazie in anticipo
un saluto
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[2] Re: Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 4 dic 2021, 18:28

Ho effettuato due registrazioni di tensione e corrente ( senza grandi oscillazioni ) per circa 10 min e ho esportato i dati tramite excel con campionamento di 50 Hz.

campionamento 50 Hz >> ogni 20 ms 0,02 secondi

10 x 60 /0,02 = 30000 campioni ?

Descrivi i segnali fisici, a cosa si riferiscono?

Il procedimento non mi pare sbagliato, forse può essere semplificato, filtrando i due segnali con un filtro passa basso con banda 5 o 10 Hz per ridurre il numero dei campioni,
visto che ti interessa la banda minore di 1 Hz.
O forse adoperare un filtro passa banda numerico con banda di 0,5 Hz centrata su 0,5 Hz.
Per validare l'algoritmo, ti conviene prima generare numericamente un segnale campione di componenti note, che poi filtri e vedi se riesci a ottenere la componente di interesse.

Hai motivo di sapere che tensione e corrente sono correlate fra loro?
E se variassero casualmente attorno al valore medio?
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[3] Re: Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteWizy93 » 4 dic 2021, 19:31

Grazie per la risposta
esatto 30000 campioni :D ma posso analizzarne anche di meno, era per descrivere la situazione :D
Hai ragione, provo a spiegarmi meglio :D

I segnali sono tensione e corrente di un generatore sincrono, ottenuti tramite un sistema di acquisizione che li ha riportati in un file csv.
Ottengo quindi due colonne V e I con 30000 righe. Le registrazioni sono state effettuate in condizioni d'esercizio, quindi il modulo delle due misure è sempre rimasto molto stabile sul valore nominale. Ne consegue che analizzando i due segnali con FFT si ottenga un modulo enorme a 0 Hz e valori molto bassi alle altre frequenze. Mi si richiede di estrarre la banda sopracitata nei due segnali e fare un confronto in termini di correlazione incrociata e ( se la Correlazione incrociata è maggiore di un certo valore ) verificare lo sfasamento.

Le soluzioni che hai scritto mi sembrano interessanti :D ;-) ma come faccio ad applicarle su excel?? posso provare matematicamente a usare un filtro "ideale "?

grazie ancora
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[4] Re: Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 4 dic 2021, 21:24

Trattare i dati è un' arte di cui conosco solo i primi rudimenti.
Excel forse non è lo strumento adatto.
30anni fa avrei adoperato quickbasic aprendo un file in lettura e uno in scrittura. :-)

Ne consegue che analizzando i due segnali con FFT si ottenga un modulo enorme a 0 Hz
calcola il valore medio dei campioni (li sommi e dividi la somma per il numero dei campioni) e lo sottrai a tutti i campioni. Così scompare il termine a frequenza zero. Forse lo puoi fare per 100 campioni alla volta.
Se togli la componente continua puoi usare un semplice filtro passa basso del primo ordine U = U + (I-U)* K ; con K = dT/tau ;
dt = 0.01 intervallo campionamento; costante di tempo tau= 0.1 per esempio

Ottengo quindi due colonne V e I con 30000 righe.
Me ne intendo poco di excel, ma gestire colonne di 30000 valori è difficoltoso.

Se non ti interessano frequenze maggiori di 5 Hz, fai una media a gruppi di 10 valori
otterrai 3000 campioni campionati ogni 0,2 s.

Altri ti potranno aiutare meglio di me.

Per aiutarti meglio: in che corso di studi sei coinvolto ?

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[5] Re: Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteEcoTan » 4 dic 2021, 22:03

Mi stavo chiedendo se sia utile applicare la FFT inversa o se basti confrontare gli spettri ottenuti dalla FFT diretta.
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[6] Re: Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteGioArca67 » 4 dic 2021, 23:08

Perché invece di excel non usi python?
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[7] Re: Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteWizy93 » 4 dic 2021, 23:47

MarcoD ha scritto:Trattare i dati è un' arte di cui conosco solo i primi rudimenti.
Excel forse non è lo strumento adatto.
30anni fa avrei adoperato quickbasic aprendo un file in lettura e uno in scrittura. :-)

Ne consegue che analizzando i due segnali con FFT si ottenga un modulo enorme a 0 Hz
calcola il valore medio dei campioni (li sommi e dividi la somma per il numero dei campioni) e lo sottrai a tutti i campioni. Così scompare il termine a frequenza zero. Forse lo puoi fare per 100 campioni alla volta.
Se togli la componente continua puoi usare un semplice filtro passa basso del primo ordine U = U + (I-U)* K ; con K = dT/tau ;
dt = 0.01 intervallo campionamento; costante di tempo tau= 0.1 per esempio

Ottengo quindi due colonne V e I con 30000 righe.
Me ne intendo poco di excel, ma gestire colonne di 30000 valori è difficoltoso.

Se non ti interessano frequenze maggiori di 5 Hz, fai una media a gruppi di 10 valori
otterrai 3000 campioni campionati ogni 0,2 s.

Altri ti potranno aiutare meglio di me.

Per aiutarti meglio: in che corso di studi sei coinvolto ?

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Studio ingegneria elettrica, ma la domanda è relativa a una questione lavorativa :D
SI in effetti potrei utilizzare anche un filtro per isolare le componenti che mi servono, e forse è la soluzione migliore. Il problema di fare la FFT come ho fatto è che poi devo necessariamente ritornare nel dominio del tempo, visto che mi si chiede di calcolare lo sfasamento fra le due onde ( nella banda 0,5-1 Hz ).
Se sto interpretando male ditemelo :D
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[8] Re: Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteWizy93 » 5 dic 2021, 0:00

EcoTan ha scritto:Mi stavo chiedendo se sia utile applicare la FFT inversa o se basti confrontare gli spettri ottenuti dalla FFT diretta.


Eh da come la interpreto io devo ritornare nel dominio del tempo per poter calcolare lo sfasamento.
Ma posso aver interpretato male :D
Oltretutto c'è una cosa che non capisco, sicuramente per un mio limite tecnico....
Una volta fatta la FFT, ( con excel ) mi trovo in colonna il totale dei numeri complessi relativi alle armoniche nelle varie frequenze.....ne estraggo il modulo e metto nella colonna accanto partendo da 0 i valori di frequenza con passo f/n ( f = frequenza di campionamento n = numero di campioni presi presi in esame nella FFT) e cosi posso fare graficamente lo spettro. Se provo a fare la FFT inversa ai soli valori nella banda di frequenze che mi interessa, ad esempio 10 valori, ottengo come risultato 10 numeri complessi....perche? :D

grazie in anticipo
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[9] Re: Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteWizy93 » 5 dic 2021, 0:01

GioArca67 ha scritto:Perché invece di excel non usi python?


Non è un linguaggio che conosco bene :D
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[10] Re: Estrazione componenti in una banda di frequenza definita

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 5 dic 2021, 0:22

Se stai studiando ing. Elettrica quasi di sicuro sai usare Matlab: direi che sia un ottimo strumento per farci su dei conti.

Per quanto riguarda il problema che hai posto non sono sicuro di capirlo bene.

Hai campionato a 50Hz un segnale a 50Hz, oppure da ogni ciclo di tensione e corrente viene estratto un parametro che puo` essere ad esempio il valore RMS?

Se tutti i tuoi numeri sono "quasi uguali" perche' rappresentano il valore di una misura integrata su 20ms, direi che come prima cosa, come dice Foto UtenteMarcoD dovresti togliere il valore medio dalle due serie di numeri, poi si comincia a ragionare perche' anche con la FFT non hai piu` dei valori in continua che saturano e "leakano" energia in giro.

A quel punto, quando hai le due serie di valori puoi provare a calcolarne la crosscorrelazione in funzione del ritardo temporale e vedi cosa viene fuori.
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
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