@page phase_comparison_balsam Сравнение фазовой части Balsam 165 и Balsam 167

# Сравнение фазовой части Balsam 165 и Balsam 167

## Область сравнения

Сравнивались:

- захват фазных сигналов АЦП;
- удаление нулевого смещения;
- масштабирование в физические единицы;
- расчёт общего действующего значения;
- расчёт уровней отдельных фаз A, B и C;
- диагностика перекоса и обрыва фаз;
- диагностические биты и регистры Modbus;
- пороги напряжения и выдержки времени.

Исходные проекты:

- `K:/git_project/Balsam_165_periph`;
- `K:/git_project/Balsam_167_periph`.

Основные файлы:

| Проект | Файл |
|---|---|
| Balsam 165 | `K:/git_project/Balsam_165_periph/Source/Internal/measure.c` |
| Balsam 165 | `K:/git_project/Balsam_165_periph/Source/Internal/ADC.c` |
| Balsam 165 | `K:/git_project/Balsam_165_periph/Source/Internal/Include/measure.h` |
| Balsam 165 | `K:/git_project/Balsam_165_periph/Doc/Balsam 165 data stru.xls` |
| Balsam 167 | `Source/Internal/measure.c` |
| Balsam 167 | `Source/Internal/ADC.c` |
| Balsam 167 | `Source/Internal/Include/measure.h` |
| Balsam 167 | `Doc/Balsam 167 data stru.xls` |

## Вывод

Balsam 167 использует более правильный способ расчёта действующих значений
отдельных фаз: усреднение квадрата с последующим извлечением корня. Balsam 165
сглаживает модуль сигнала, что не является настоящим RMS.

При этом в Balsam 167 появились две ошибки индексации:

1. Парный канал записывается по абсолютному индексу, но читается по
   относительному.
2. Бит `Ignor` устанавливается у абсолютного номера датчика, но проверяется у
   относительного `chan`.

Для УМП, где `pow_addr == 0`, первая ошибка не проявляется. Для силового блока
она может приводить к дублированию фазных уровней и ложному `Wry + Stop`.

Рекомендуемый вариант: сохранить RMS-алгоритм Balsam 167, исправить индексацию
и выполнять диагностику трёх фаз один раз после обработки всей пары каналов.

## Сводная таблица

| Параметр | Balsam 165 | Balsam 167 | Оценка |
|---|---|---|---|
| Частота АЦП | 5000 Гц | 3750 Гц | Изменена |
| Выбор фазных входов АЦП | `CONV02…CONV05` | `CONV02…CONV05` | Одинаковый |
| Формула `im_calc()` | Одинаковая | Одинаковая | Без изменений |
| Фаза B | `-A-C`, для `dsk_COMM` эквивалентная разность | `-A-C` после смены знака A | По модулю эквивалентно |
| Уровень отдельной фазы | EMA от `abs(x)` | `sqrt(EMA(x²))` | 167 корректнее |
| Частота фильтра результата | 5 Гц | 3 Гц | 167 медленнее |
| Тип `lev_count[]` | `float` | `int` | В 167 раньше теряется дробная часть |
| Порог перекоса | 20% | 30% | 167 менее чувствителен |
| Выдержка измеряемой фазы | около 1,5 с | около 3 с | 167 медленнее |
| Выдержка восстановленной фазы | около 0,75 с | около 1,5 с | В обеих версиях вдвое короче |
| `Curr_Edge`, УМП | 100 | 300 | Порог существенно повышен |
| `Curr_Edge`, силовой блок | 40 | 200 | Порог существенно повышен |
| Низкое `Utr` | без выдержки | счётчик около 3 с | Улучшено, но блокируется `Ignor` |
| Верхнее `Utr` | без выдержки | без выдержки | Без улучшения |
| Калибровка входов | жёсткий `curK[]` | Modbus/EEPROM `Caliber[]` | 167 гибче |
| Пары каналов силового блока | корректные относительные индексы | несогласованные индексы | Регрессия 167 |
| Обработка `Ignor` | правильный абсолютный датчик | проверяется `chan` | Регрессия 167 |
| Отдельные биты фаз A/B/C | нет | нет | Общий недостаток |
| Контроль пределов АЦП U/I | нет | нет | Общий недостаток |

## 1. Захват сигналов АЦП

Для УМП обе версии используют одинаковые входы:

```c
CONV02 = 0x5; // напряжение 1
CONV03 = 0x4; // напряжение 2
CONV04 = 0x7; // ток 1
CONV05 = 0x2; // ток 2
```

Данные читаются из результатов `ADCRESULT2…ADCRESULT5`, после чего вызывается
`Current_count(i)`.

Различается частота обработки:

```text
Balsam 165: ADC_FREQ = 5000 Гц
Balsam 167: ADC_FREQ = 3750 Гц
```

Назначение входов УМП:

| `chan` | Сигнал |
|---:|---|
| 0 | `Utr A` |
| 1 | `Utr C` |
| 2 | `Itr A` |
| 3 | `Itr C` |

Фаза B физически не измеряется.

## 2. Нулевое смещение

В обеих версиях используется медленное усреднение:

```text
zero[n] = zero[n-1] + (ADC-zero[n-1]) / (5 * ADC_FREQ)
```

### Balsam 165

Ноль записывается постоянно:

```c
Zero_lev[chan] = filterbat(&out_filter[chan], zer_count[chan]);
```

Для подстройки используются те же `out_filter[]`, которые участвуют в другой
обработке сигналов.

### Balsam 167

Добавлены отдельные фильтры `zer_filter[]`:

```c
Zer = filterbat(&zer_filter[chan], zer_count[chan]);
if (WAKE < (WAKE_TIME / 2)) Zero_lev[chan] = Zer;
```

Разделение фильтров является улучшением. Однако после того как `WAKE` достиг
нуля, условие остаётся истинным. Подстройка нуля фактически продолжается во
время всей работы.

Если подстройка нужна только при запуске, должно проверяться также `WAKE > 0`.

## 3. Масштабирование

### Balsam 165

Используются жёстко заданные коэффициенты `curK[]`:

| Устройство | Напряжение | Ток |
|---|---:|---:|
| УМП 1/2 | `0.386` | `4.82` |
| Силовой блок | `0.402` | — |

Коэффициенты одинаковы для однотипных каналов и не берутся из EEPROM.

### Balsam 167

Коэффициенты вычисляются из `Caliber[0…3]`:

```text
напряжение: powK = Caliber / 10000
ток:        powK = Caliber / 1000
```

Преимущества:

- индивидуальная калибровка каждого входа;
- отдельные значения для экземпляров устройств;
- сохранение и загрузка через EEPROM.

Значения тока заметно отличаются от Balsam 165. Например, для УМП 1 в
Balsam 167 используются `3.505` и `3.380` вместо `4.82`. Это может быть связано
с изменением аппаратной части или новой калибровкой и требует стендовой сверки.

## 4. Общий уровень трёхфазного сигнала

Функция `im_calc()` в проектах совпадает:

```text
isA = -1.5 * (a + b)
isB = cos(π/6) * (a - b)
Amplitude = 2/3 * sqrt(isA² + isB²)
Level = Amplitude / sqrt(2)
```

Эквивалентная формула амплитуды:

```text
Amplitude = 2/sqrt(3) * sqrt(a² + a*b + b²)
```

### Фильтрация общего уровня

Balsam 165 сначала делит амплитуду на `sqrt(2)`, затем фильтрует `Level`
фильтром 5 Гц. Для тока и всех каналов `dsk_COMM` используется дополнительная
статическая переменная `ffLev`.

`ffLev` одна на все вызовы функции. На силовом блоке результаты разных пар
могут влиять друг на друга.

Balsam 167 фильтрует амплитуду отдельным фильтром текущего датчика:

```c
Amplitude = filterbat(&out_filter[sens], im_calc(Current, aCurrent));
Level = Amplitude / RADIX2;
```

Это устраняет общий `ffLev` и разделяет состояния фильтров разных пар.

### Зона нечувствительности

Balsam 165:

```text
Level < Curr_Edge -> Level = 0
```

Для УМП порог равен 100 единицам RMS.

Balsam 167:

```text
напряжение: Amplitude < 20 -> 0
ток:        Amplitude < 75 -> 0
```

В пересчёте на RMS это примерно 14,1 для напряжения и 53,0 для тока. Поэтому
Balsam 167 публикует слабые сигналы, которые Balsam 165 обнулял.

## 5. Уровни отдельных фаз

### Balsam 165: среднее модуля

```c
lev_count[chan] +=
    (fabs(Current) - lev_count[chan]) / (ADC_FREQ / 5);
```

Для синусоиды установившееся значение соответствует среднему модулю:

```text
MeanAbs = 2/π * Amplitude ≈ 0.6366 * Amplitude
```

### Balsam 167: настоящий RMS

```c
lev_quadr[chan] +=
    (Current * Current - lev_quadr[chan]) / ADC_FREQ;
lev_count[chan] = sqrt(lev_quadr[chan]);
```

Для синусоиды:

```text
RMS = 1/sqrt(2) * Amplitude ≈ 0.7071 * Amplitude
```

При одинаковом входном масштабе Balsam 167 показывает примерно в 1,1107 раза,
или на 11,1%, больше Balsam 165.

Это изменение влияет на абсолютные фазные уровни, но почти не влияет на
отношение минимальной фазы к максимальной, используемое для `Wry`.

### Скорость сглаживания

Balsam 165 использует коэффициент `5/ADC_FREQ`, что соответствует постоянной
времени около 0,2 с.

Balsam 167 использует коэффициент `1/ADC_FREQ`, что соответствует постоянной
времени около 1 с. Фазные уровни Balsam 167 изменяются медленнее и стабильнее.

## 6. Восстановление фазы B

Для УМП в обеих версиях:

```text
B = -A - C
```

Для силового блока в Balsam 165 используется:

```text
third = current_channel - first_channel
```

В Balsam 167 сначала меняется знак сохранённого первого канала, затем
применяется общая формула `-Current-aCurrent`. Результат отличается знаком, но
для RMS знак не имеет значения.

Основной недостаток общий: фаза B не измеряется. Неисправность B определяется
только через математическую связь с A и C.

## 7. Карта фазных регистров

В Balsam 165 код записывает:

```text
0x68 + n*3 + 0 = текущий нечётный канал, для УМП фаза C
0x68 + n*3 + 1 = парный канал, для УМП фаза A
0x68 + n*3 + 2 = восстановленная фаза B
```

То есть фактический порядок для УМП:

```text
C, A, B
```

В Balsam 167 первые две записи переставлены:

```text
0x68 + n*3 + 0 = парный канал A
0x68 + n*3 + 1 = текущий канал C
0x68 + n*3 + 2 = восстановленная фаза B
```

Порядок соответствует карте Balsam 167:

| Регистр | УМП |
|---:|---|
| `0x68` | `Utr A` |
| `0x69` | `Utr C` |
| `0x6A` | `Utr B` |
| `0x6B` | `Itr A` |
| `0x6C` | `Itr C` |
| `0x6D` | `Itr B` |

В карте Balsam 165 эти регистры не описаны как фазные. Адрес `0x68` обозначен
как яркость ламп, хотя исходный код записывает туда фазный уровень. Это риск
несовместимости прошивки с внешним ПО и документацией.

## 8. Диагностика `Wry`

В обеих версиях используется отношение:

```text
Max = max(phase_A, phase_C, phase_B)
deviation = (Max - phase) / Max
```

### Balsam 165

```text
deviation > 20%
Max > Curr_Edge
выдержка измеряемой фазы ≈ 1,5 с
```

`Curr_Edge`:

| Режим | Значение |
|---|---:|
| УМП | 100 |
| Силовой блок | 40 |

### Balsam 167

```text
deviation > 30%
Max > Curr_Edge
выдержка измеряемой фазы ≈ 3 с
```

`Curr_Edge`:

| Режим | Значение |
|---|---:|
| УМП | 300 |
| Силовой блок | 200 |

Balsam 167 значительно менее чувствителен к перекосу и реагирует медленнее.

### Ошибка выдержки восстановленной фазы

Один счётчик `err_count[thrd]` вызывается при обработке обоих каналов пары.
Поэтому он увеличивается дважды за цикл АЦП.

Фактическая выдержка постоянного дефекта фазы B:

| Проект | Заданная | Фактическая для B |
|---|---:|---:|
| Balsam 165 | 1,5 с | около 0,75 с |
| Balsam 167 | 3 с | около 1,5 с |

Проблема присутствует в обеих версиях.

### Деление на ноль

Обе версии сначала вычисляют отношение с делением на `Max`, а затем проверяют
нижний порог:

```c
((Max - phase) / Max > limit) && (Max > Curr_Edge)
```

При `Max == 0` выполняется `0/0`. Безопасный порядок:

```c
(Max > Curr_Edge) && (((Max - phase) / Max) > limit)
```

## 9. Различия обработки `Ignor`

### Balsam 165

Используется правильный абсолютный номер датчика:

```c
sens = tpl_cans + chan;
ignor = sens_error[sens].bit.Ignor;
```

Ошибки `Wry`, `Out` и `Hyper` продолжают вычисляться и передаваться, но
`Stop` не устанавливается для игнорируемого канала.

### Balsam 167

Проверяется относительный индекс:

```c
sens = pow_addr + chan;
if (WAKE || sens_error[chan].bit.Ignor) goto fin;
```

Последствия различаются по типу устройства.

#### УМП

Для УМП `pow_addr == 0`, поэтому индекс формально совпадает. Каналам напряжения
`0x00` и `0x01` по умолчанию устанавливается `Ignor`. В результате Balsam 167
полностью пропускает для напряжения:

- `Wry`;
- `Out` при `Utr < 300 В`;
- `Hyper` при `Utr > 420 В`;
- `Stop`.

В Balsam 165 эти информационные биты вычислялись, но `Stop` блокировался.

#### Силовой блок

На силовом блоке `pow_addr != 0`. `Ignor` устанавливается в
`sens_error[pow_addr+chan]`, но проверяется `sens_error[chan]`.

Из-за этого игнорирование может не сработать, а `Wry + Stop` сформироваться для
канала, который должен быть исключён из диагностики.

## 10. Регрессия `sens_pair` в Balsam 167

В Balsam 165 пары хранятся относительно `chan`:

```c
sens_pair[0] = 1;
sens_pair[1] = 0;
sens_pair[2] = 3;
sens_pair[3] = 2;
pair = sens_pair[chan];
```

В Balsam 167 пары записываются по абсолютному индексу:

```c
sens_pair[pow_addr+i] = pow_addr+(i^1);
```

Но чтение осталось старым:

```c
pair = sens_pair[chan];
```

Для силового блока элементы `sens_pair[0…3]` после общей инициализации равны
`0, 1, 2, 3`. Следовательно, `pair` указывает на текущий канал, а не на
соседний.

Последствия:

- один фазный уровень может записываться дважды;
- максимальная фаза выбирается из неполного набора;
- `Wry` может быть пропущен или сформирован ошибочно;
- карта `0x68…0x6D` для силового блока не соответствует ожидаемой.

Вероятное исправление:

```c
pair = sens_pair[sens] - pow_addr;
```

Окончательный вариант следует подтвердить стендовым тестом и ожидаемым
порядком фаз в регистрах.

## 11. Пороговые уровни УМП

Заводские уставки в проектах совпадают:

| Сигнал | Нижний порог | Верхний порог |
|---|---:|---:|
| `Utr` | 300 В | 420 В |
| `Itr` | 800 А, предупреждение | 900 А, авария |

Различается обработка нижнего напряжения:

| Проект | Реакция `Utr < 300 В` |
|---|---|
| Balsam 165 | `Out` сразу; `Stop` блокируется при штатном `Ignor` |
| Balsam 167 | счётчик около 3 с, но при штатном `Ignor` проверка не выполняется |

Верхний порог `Utr > 420 В` в обеих версиях не имеет отдельной выдержки и
гистерезиса.

## 12. Диагностические биты

Расположение основных битов не изменилось:

| Бит | Маска | Имя | Назначение |
|---:|---:|---|---|
| 0 | `0x0001` | `Tear` | обрыв датчика/предельное значение АЦП |
| 2 | `0x0004` | `Wry` | перекос фаз |
| 3 | `0x0008` | `Out` | ниже нижнего порога |
| 4 | `0x0010` | `Over` | выше предупредительного порога |
| 5 | `0x0020` | `Hyper` | выше аварийного порога |
| 8 | `0x0100` | `Stop` | авария |
| 9 | `0x0200` | `Ready` | готовность |
| 14 | `0x4000` | `Ignor` | игнорировать аварию |
| 15 | `0x8000` | `Bypas` | отключить канал |

В обеих версиях `Current_count()` не формирует `Tear` для фазных входов U/I.
Поэтому неисправность измерительного тракта нельзя надёжно отличить от
пропадания напряжения или тока.

## 13. Что следует перенести из Balsam 165

В Balsam 167 полезно вернуть следующие свойства реализации 165:

1. Согласованную систему индексов `sens_pair`.
2. Проверку `Ignor` через абсолютный индекс `sens_error[sens]`.
3. Использование `float` для внутренних фазных уровней до момента публикации.

Не следует возвращать:

- усреднение `fabs()` вместо RMS;
- общий статический фильтр `ffLev`;
- немедленное срабатывание нижнего напряжения;
- жёсткие коэффициенты `curK[]`.

## 14. Рекомендуемая итоговая реализация

1. Считать все абсолютные номера датчиков один раз:

   ```c
   sens = pow_addr + chan;
   ```

2. Хранить `sens_pair[]` либо полностью в относительных, либо полностью в
   абсолютных индексах. Не смешивать системы адресации.
3. Сохранить RMS Balsam 167, но хранить `lev_count[]` как `float`.
4. После поступления обоих отсчётов пары вычислять A, C и B в одном месте.
5. Один раз за цикл обновлять три RMS и три диагностических счётчика.
6. Проверять `Max > Curr_Edge` до деления.
7. Проверять `Ignor` через `sens_error[sens]`.
8. Разделить понятия:

   - информационная ошибка присутствует;
   - ошибка участвует в формировании `Stop`.

9. Добавить отдельную маску фаз A/B/C.
10. Добавить `Tear` по сырому значению АЦП.
11. Добавить выдержку и гистерезис для 300/420 В.
12. Явно определить, должна ли подстройка нуля работать после запуска.

## 15. Минимальные сравнительные тесты

| Тест | Что проверить |
|---|---|
| Одинаковая синусоида на обеих версиях | Разницу MeanAbs и RMS около 11,1% |
| Номинальные A и C | Правильный порядок A/C/B в `0x68…0x6D` |
| Обрыв A | RMS A, `Wry`, выдержку |
| Обрыв C | RMS C, `Wry`, выдержку |
| Нарушение вычисленной B | Отсутствие двойной скорости счётчика |
| Перекос 20%, 25%, 30%, 35% | Различия порогов 165 и 167 |
| `Max == 0` | Отсутствие деления на ноль |
| `Utr = 299 В` | `Out` и выдержку |
| `Utr = 421 В` | `Hyper` и отсутствие дребезга |
| `Ignor = 1` | Ошибка видна, но не создаёт `Stop`, если это требуемая семантика |
| Силовой блок, две пары | Отсутствие дублирования фазных RMS |
| АЦП около 0 и 4095 | Формирование `Tear` |

## Заключение

Фазовый расчёт Balsam 167 является хорошей основой благодаря настоящему RMS,
раздельным фильтрам и калибровке из регистров. Главный риск версии 167 находится
не в математике RMS, а в адресации состояния каналов.

До исправления `sens_pair` и `Ignor` фазные регистры и `Wry` силового блока
нельзя считать надёжными. Для УМП необходимо отдельно решить, должны ли
напряжения с установленным `Ignor` продолжать формировать информационные
`Wry`, `Out` и `Hyper`, как это происходило в Balsam 165.