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STM32F4-Base/App/algo/freq.h
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wandering1 64d8b052b1 docs(algo): App/algo/README 缩成目录索引,详细设计迁入 docs/算法
拆分层级
- 新建 docs/算法/采集与算法层设计说明.md(413 行、13 节)承接机制、契约、
  判据与设计理由:定位与边界 / 数据流与初始化落点 / adc_input / adc_health /
  sample_ring / phasor / freq(7.1 为什么自适应窗、7.2 判据 J1~J6)/
  prot_set / prot_elm / 关键约定与禁令 / 资源足迹 / 验证与判读 / 相关文档
- App/algo/README.md 360 -> 128 行:只留文件清单、依赖、逐文件"改代码必须
  知道"的红线、构建与测试入口、新增模块动作;深挖改成逐条指针
- README 保留 §3.1-§3.7 原编号,既有"§3.7"引用不失效

索引与引用同步
- 索引:docs/README.md §5.2 新增行;项目架构总览主题表拆成"设计与判据 /
  目录索引"两行;AGENTS.md 与 App/README.md 指向(后者原文还写着 L1/L2)
- 按内容重指(编号仍在但内容已搬走,只核编号会静默指错):App/algo/freq.h、
  test/host/freq/freq_test.c、run_unit_test.py、继电保护规划 L2-4 行、
  pre-commit使用说明 J4 行 -> 指向设计说明
- ADC采样节拍设计说明的两处指向同步改到新文档

修 README 内过时事实
- 挂载写"八个 .c",实际 uvprojx 内 7 个
- SIM_EXEMPT 写"prot_set / freq 才登记豁免",实际七个全在表内
- freq-unit-test 标"待登记",实际已在 .pre-commit-config.yaml
- 定值项数一处 31->40、一处 32->40;blob 144->176 B 证明是 32->40
- 用例与判据数字不再三处复制:属主是 test/host/<模块>/ 与 docs/测试说明/

门禁
- doc-links --all 无新增问题;--sections-strict 覆盖 10 篇文档通过
- id-check 可判定 82.65%(基线 82.6,容差 0.1);TC 双向追溯差异 124 处不变
- registration-check PASS(1 条已知 WARN);freq 单测 46/46;@build 0 错 0 警
- 全部改动文件无 BOM、无 CR、U+FFFD = 0
2026-10-21 11:39:53 +08:00

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6.3 KiB
C
Raw Blame History

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/*
* 模块名称:频率测量层(L2 派生量,L3-5 过频/低频的测量输入)
* 模块功能:由 L2 相量使用区的基波相量导出系统频率——相邻两拍基波相量取
* **共轭乘积** P = Z(m)·conj(Z(m-1))(其角 = 每拍相位增量,纯音 =
* +2πf/Fs,免显式解缠绕),再对**自适应窗长**的相位增量做滑动平均:
* K_eff = round(8·Fs/(2·f_hat)) ≈ 泄漏纹波周期 fs/(2f) 的整数倍
* -> 非整周波 DFT 负序泄漏造成的 ~10 ms 周期相位纹波相消
* (定长窗平均实测扫频误差 0.2~0.32 Hz,自适应窗进入 0.01 Hz 量级,
* 推导与实测见 freq.c 文件头与 test/host/freq 输出)。
* 覆盖规划 §3.3 L3-5 的测量侧与 §4.2 测频范围(45~55 Hz 建议段)。
*
* 原理与判据(详见 docs/算法/采集与算法层设计说明.md §7 与 test/host/freq/):
* - 采样率 Fs = 1000 Hz(TIM3 节拍,与 phasor 同源);45~55 Hz 段每拍
* 相位增量 ≈ 0.28~0.35 rad,距 ±π 缠绕边界裕度巨大,无歧义;
* - 瞬时值钳制:单拍相位差折算越出 35~65 Hz(**假值带**,宽于系统合理带
* 40.5~60.5=参考 CN_HERTZ_SOFTFR_MIN/MAX,规划 §10.1——贴边会非对称
* 丢弃泄漏纹波半周造成偏置,见 FREQ_INST_* 注释)判为采样间隙/相位
* 跳变假值,本拍不入窗;
* - 幅值门:源相量有效值 < FREQ_AMP_MIN 判"无有效波形"(浮空输入/PT 断线),
* 停止更新、valid 清零、读数保持 → 台架浮空 rms≈0 不发散;
* - 信号源优先级:UA 基波 → IA 基波(UA 无幅值时用 IA,台架只注电流亦可测频)。
*
* ⚠ 本层**纯算法**:不碰寄存器、不碰 RTOS、不自己取数(输入 = phasor 使用区)
* → 主机侧可免桩单测(L0.5,落实登记簿 A-4)。
* 适用平台:STM32F407ZGTx(Cortex-M4F,硬件 FPU)
* 作者:DTU 项目组
* 创建日期:2026-10-12(B8)
* 修改记录:
* v1.0 2026-10-12 DTU 项目组 创建:相位解缠绕测频 + 滑动平均 + 幅值门
*/
#ifndef FREQ_H
#define FREQ_H
#include <stdint.h>
/* 测频标称采样率(Hz):TIM3 1 kHz 节拍,与 phasor/sample_ring 同一时基 */
#define FREQ_FS_HZ 1000.0f
/* 单拍(逐拍相位差折算)**假值钳制带**(Hz):越出即判采样间隙/相位跳变/
* 深度畸变过渡段产生的粗大假值,本拍不入窗(读数保持)。
* ⚠ 与"系统合理频率带"分开定:非整周波 DFT 泄漏让单拍相位差本身带
* ±5 Hz 量级纹波(45/55 Hz 端实测),钳制带若贴住 40.5~60.5(参考
* CN_HERTZ_SOFTFR_MIN/MAX,规划 §10.1)会**非对称丢弃纹波半周** → 均值
* 偏置(实测 45 Hz 点 +0.16 Hz)。放宽到 35~65 Hz 后仍拦得住窗滑 2 拍的
* ≈2f(90~110 Hz)与相位跳变假值,又不吃掉正常纹波。
* 系统合理带 40.5~60.5 由消费侧把关(OF/UF 定值范围 50~55 / 45~50),
* 测量层不做截断——测量层只保证"测得准"。 */
#define FREQ_INST_MIN_HZ 35.0f
#define FREQ_INST_MAX_HZ 65.0f
/* 幅值门限(有效值,**原始码值口径**,L1-5 标定未实现):低于该值判
* "无有效波形"。⚠ 拟定值(远小于正常波形千级码值、远大于浮空噪声),
* 标定落地后须按工程量口径复核(同 prot_set 默认值"拟定"口径)。 */
#define FREQ_AMP_MIN 50.0f
/* 相位增量滑窗环容量(拍):96 拍 = 96 ms 上限。实际平均窗长**自适应**
* (freq.c fq_read_freq:K_eff = round(8·Fs/(2·f_hat)),45~55 Hz 段 73~89 拍),
* 使窗长恰为 DFT 负序泄漏纹波周期 fs/(2f) 的整数倍 -> 纹波相消。
* 保护定值延时 ≥100 ms,~90 ms 窗不影响动作时序判据。 */
#define FREQ_AVG_TAPS 96u
/* 自适应窗长下限(拍):K_eff 钳位区间下界(启动段窗未满时按已有拍数)。 */
#define FREQ_AVG_MIN 72u
/* 判"启动收敛完成"所需最少样本数(拍):20 拍 = 20 ms(首个有效相量后
* 21 拍内出首个读数)。窗未满时按已有样本求均值(部分窗),收敛快。 */
#define FREQ_START_TAPS 20u
/*
* 函数功能:频率测量层初始化
* 入口参数:无
* 返 回 值:0 - 成功
* 限定条件:内核启动前调用(无 RTOS 依赖);须在 phasor_init() 之后无要求
* (本层只在使用区就绪后才产出)
* 函数说明:清平均缓冲/计数/读数/有效标志;可重复调用(幂等)。
*/
int freq_init(void);
/*
* 函数功能:每拍测频步进(读 phasor 使用区 → 相位差 → 钳制 → 滑动平均)
* 入口参数:无
* 返 回 值:无
* 限定条件:仅采集消费者任务上下文(adcTask),**须在 phasor_run() 之后**
* 同拍调用(本拍相量已切换使用区)
* 函数说明:相量未就绪(-2)→ 本拍不更新;幅值门失效 → 停更新、valid 清零、
* 读数保持;单拍乘积角折算越出 40.5~60.5 Hz → 假值拍入 0(不进窗)。
* 窗未满 FREQ_AVG_TAPS 时按已有乘积求和(部分窗),收敛快。
*/
void freq_run(void);
/*
* 函数功能:读测得频率(工程量 Hz)
* 入口参数:out - 输出(NULL 直接返回 -1)
* 返 回 值:0 - 已有读数(out = 现值,可能为保持值);-1 参数错;
* -2 - 从未启动收敛(尚无任何有效读数,out 写 0)
* 限定条件:无(任意上下文;float 单字读,Cortex-M 原子)
* 函数说明:本函数判"**有没有数**";判"数新不新"(幅值门是否仍 OK)
* 用 freq_valid()。保护元件消费口径 = get==0 && valid==1。
*/
int freq_get(float *out);
/*
* 函数功能:读"本拍有效"标志(幅值门 OK 且已启动收敛)
* 入口参数:无
* 返 回 值:1 - 读数新鲜;0 - 未启动或幅值门失效(读数仍保持)
* 限定条件:无
* 函数说明:供心跳日志与保护元件判"测量可信"用。
*/
uint8_t freq_valid(void);
/*
* 函数功能:读最近一次有效读数(不判新鲜度)
* 入口参数:无
* 返 回 值:Hz;从未收敛返回 0.0
* 限定条件:无
* 函数说明:单字 float 读,原子。
*/
float freq_last(void);
#endif /* FREQ_H */