專利名稱：一種基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字鎖相技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)是一種利用反饋控制原理實(shí)現(xiàn)的頻率和相位同步的技術(shù)，其作用是使模塊的輸出與其外部的輸入信號(hào)保持相位上的同步。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率或相位發(fā)生變化時(shí)，鎖相環(huán)可以檢測(cè)到這種變化，并通過壓控振蕩器調(diào)節(jié)輸出頻率，直到兩者重新同步。鎖相環(huán)技術(shù)在通信、導(dǎo)航、廣播與電視、數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鎖相環(huán)可以分為模擬鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)，相對(duì)而言數(shù)字鎖相環(huán)的優(yōu)點(diǎn)多，性能穩(wěn)定、誤差小。如圖I所示，現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字鎖相環(huán)模塊是由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩 器和分頻器組成的一個(gè)反饋回路。鑒相器用于檢測(cè)出參考時(shí)鐘與分頻器輸出的反饋信號(hào)的相位差；環(huán)路濾波器一般為低通濾波器，其作用是將鑒相器輸出的含有紋波的信號(hào)平均化；壓控振蕩器是一種頻率可變的振蕩器，根據(jù)輸入的直流信號(hào)控制振蕩頻率，其給出的信號(hào)一部分作為輸出，另一部分通過分頻器分頻后，再輸出到鑒相器與參考時(shí)鐘輸入進(jìn)行相位比較。為保持頻率不變，要求相位差不發(fā)生改變，若相位差有變化，則鎖相環(huán)的電壓輸出端的電壓發(fā)生變化，再反饋控制壓控振蕩器，直到相位差恢復(fù)，可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的N倍頻，達(dá)到鎖相的目的。目前，數(shù)字鎖相環(huán)主要分為基于單同步坐標(biāo)系的數(shù)字鎖相環(huán)和基于雙同步坐標(biāo)變換的數(shù)字鎖相環(huán)兩類。基于單同步坐標(biāo)系的數(shù)字鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)是基于跟蹤電網(wǎng)電壓的正序分量而提出的檢測(cè)算法，在電網(wǎng)電壓平衡時(shí)，該鎖相環(huán)能快速有效地檢測(cè)電網(wǎng)電壓相位、頻率。如圖2所示，該鎖相環(huán)的原理為三相輸入電壓經(jīng)單dq坐標(biāo)變換后得到Ud和U,，針對(duì)Uq的閉環(huán)控制采用PI控制器來消除偏差。當(dāng)Uq = O時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)輸出相位與電網(wǎng)電壓相位同步。由于采用閉環(huán)控制，可獲得良好的鎖相性能。該算法在三相電壓平衡的條件下，能取得很好的效果，但是當(dāng)三相電壓不平衡時(shí)，相位跟蹤效果較差?；陔p同步坐標(biāo)變換的數(shù)字鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)是基于跟蹤電網(wǎng)電壓的正序分量而提出的檢測(cè)算法，無論電網(wǎng)電壓是否平衡，該算法都能快速檢測(cè)出電網(wǎng)電壓正序分量的相位、頻率。如圖3所示，該鎖相環(huán)的工作原理為將三相電壓信號(hào)分別進(jìn)行正序、負(fù)序兩個(gè)坐標(biāo)軸下的dq轉(zhuǎn)換，并利用負(fù)序坐標(biāo)軸下的轉(zhuǎn)換結(jié)果消除正序坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的二倍頻分量，從而抑制了負(fù)序分量對(duì)鎖相結(jié)果的影響。該算法的計(jì)算量頗大，在需要實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，當(dāng)三相電壓不平衡時(shí)能有效跟蹤出其正序相位與正負(fù)序分量之和的相位，且運(yùn)算量較小?！N基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，包括鑒相器、數(shù)字濾波器、全波積分器和正序積分器；其中所述的鑒相器用于根據(jù)全波積分器輸出的反饋相位對(duì)三相電壓進(jìn)行dq變換(同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換)，得到d軸分量和q軸分量；所述的數(shù)字濾波器用于對(duì)所述的q軸分量進(jìn)行帶通濾波，得到全波控制量和正序控制量；所述的全波積分器用于對(duì)所述的全波控制量進(jìn)行積分，產(chǎn)生反饋相位；所述的正序積分器用于對(duì)所述的正序控制量進(jìn)行積分，輸出正序相位。所述的全波積分器和正序積分器的傳遞函數(shù)均為1/s，s為拉氏算子。所述的數(shù)字濾波器包括兩個(gè)加法器、一減法器、一積分控制器、一比例控制器和 一諧振器；其中減法器的減數(shù)端與鑒相器相連接收q軸分量，減法器的被減數(shù)端接收給定的參考分量，減法器的輸出端與積分控制器的輸入端、比例控制器的輸入端和諧振器的輸入端相連，積分控制器的輸出端與加法器Jl的第一輸入端和加法器J2的第一輸入端相連，比例控制器的輸出端與加法器Jl的第二輸入端和加法器J2的第二輸入端相連，諧振器的輸出端與加法器Jl的第三輸入端相連，加法器Jl的第四輸入端和加法器J2的第三輸入端均接收給定的相位增量，加法器Jl的輸出端與全波積分器相連且輸出全波控制量，加法器J2的輸出端與正序積分器相連且輸出正序控制量。所述的諧振器的傳遞函數(shù)如下

權(quán)利要求
1.一種基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于，包括鑒相器、數(shù)字濾波器、全波積分器和正序積分器；其中 所述的鑒相器用于根據(jù)全波積分器輸出的反饋相位對(duì)三相電壓進(jìn)行dq變換，得到d軸分量和q軸分量； 所述的數(shù)字濾波器用于對(duì)所述的q軸分量進(jìn)行帶通濾波，得到全波控制量和正序控制量; 所述的全波積分器用于對(duì)所述的全波控制量進(jìn)行積分，產(chǎn)生反饋相位； 所述的正序積分器用于對(duì)所述的正序控制量進(jìn)行積分，輸出正序相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于所述的全波積分器和正序積分器的傳遞函數(shù)均為1/s，s為拉氏算子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于所述的數(shù)字濾波器包括兩個(gè)加法器、一減法器、一積分控制器、一比例控制器和一諧振器；其中減法器的減數(shù)端與鑒相器相連接收q軸分量，減法器的被減數(shù)端接收給定的參考分量，減法器的輸出端與積分控制器的輸入端、比例控制器的輸入端和諧振器的輸入端相連，積分控制器的輸出端與加法器Jl的第一輸入端和加法器J2的第一輸入端相連，比例控制器的輸出端與加法器Jl的第二輸入端和加法器J2的第二輸入端相連，諧振器的輸出端與加法器Jl的第三輸入端相連，加法器Jl的第四輸入端和加法器J2的第三輸入端均接收給定的相位增量，加法器Jl的輸出端與全波積分器相連且輸出全波控制量，加法器J2的輸出端與正序積分器相連且輸出正序控制量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于所述的諧振器的傳遞函數(shù)如下
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于所述的積分控制器的傳遞函數(shù)為K1/^ K1為積分系數(shù)，s為拉氏算子。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于所述的比例控制器的傳遞函數(shù)為Kp, Kp為比例系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于所述的諧振系數(shù)取1，所述的諧振頻率取100Hz，所述的諧振帶寬取30Hz。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于所述的積分系數(shù)取 O. 3。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于所述的比例系數(shù)取 I. 5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于諧振濾波的數(shù)字鎖相環(huán)，包括鑒相器、數(shù)字濾波器、全波積分器和正序積分器；數(shù)字濾波器包括加法器、減法器、積分控制器、比例控制器和諧振器。本發(fā)明數(shù)字鎖相環(huán)相對(duì)于基于單同步坐標(biāo)的數(shù)字鎖相環(huán)，能在三相信號(hào)不平衡時(shí)有效跟蹤出其正序分量；相對(duì)于基于雙同步坐標(biāo)的數(shù)字鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)的運(yùn)算量較小，更適合在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中使用。
文檔編號(hào)H03L7/099GK102931980SQ20121043118
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者李陽春 申請(qǐng)人:浙江日風(fēng)電氣有限公司