单相锁相环,原理与Matlab实现

单相锁相环基本原理

  单相锁相环的基本原理图如下所示, u α u_\alpha uα u β u_\beta uβ经Park变换、PI控制实现对角频率 ω \omega ω和角度 θ \theta θ的估算。不同锁相环方案之间的差异,主要表现在正交电压 u β u_\beta uβ的生成,以下对几种常见方案进行介绍。

延时正交方案

  一种比较直观的方案,是对输入信号 u α u_\alpha uα延时四分之一个周期从而构建正交信号 u β u_\beta uβ,如下所示:

  仿真结果如下:

全通滤波器正交方案

  此外,还可以利用全通滤波器在特定频率 ω 0 \omega_0 ω0处产生-90度相位的特点,构建正交信号。全通滤波器传递函数如下:
H ( s ) = − s + ω 0 s + ω 0 H\left( s \right) = \frac{{ - s + {\omega _0}}}{{s + {\omega _0}}} H(s)=s+ω0−s+ω0

  全通滤波器波特图验证如下:

  波特图代码为:

matlab 复制代码
Ca = tf([-1 2*pi*50],[1 2*pi*50])
bode(Ca)

  对应的仿真框图如下所示(结果图与此前类似,不再展示):

SOGI正交方案

  另一种构建正交的方案,可以采用二阶积分的形式,同时考虑对 u α u_{\alpha} uα进行带通滤波,对应的传递函数如下:

{ H α ( s ) = k ω 0 s s 2 + k ω 0 s + ω 0 2 H β ( s ) = k ω 0 2 s 2 + k ω 0 s + ω 0 2 \left\{ \begin{aligned} {H_\alpha}\left( s \right) = \frac{{k{\omega _0}s}}{{{s^2} + k{\omega _0}s + {\omega 0}^2}} \\ {H\beta}\left( s \right) = \frac{{k{\omega _0}^2}}{{{s^2} + k{\omega _0}s + {\omega _0}^2}} \\ \end{aligned} \right. ⎩ ⎨ ⎧Hα(s)=s2+kω0s+ω02kω0sHβ(s)=s2+kω0s+ω02kω02

  波特图验证如下:

  波特图代码如下:

matlab 复制代码
CaAlpha = tf([0.707*2*pi*50 0], [1 0.707*2*pi*50 (2*pi*50)^2]);
CaBeta = tf([0.707*(2*pi*50)^2], [1 0.707*2*pi*50 (2*pi*50)^2]);
bode(CaAlpha,CaBeta)
legend("CaAlpha","CaBeta")

  对应的仿真框图如下所示:

Park正交方案

  还可以利用,低通滤波+Park反变换,实现正交信号构建,如下所示:

补充说明

  1. 本文侧重点是基本的正交信号生成方案,更多锁相环相关技术,如控制参数设计、其他正交方案等,可移步参考文献1
  2. 锁相环的数字化实现可移步参考文献2,或移步至传递函数离散化方法

参考文献

1 Ciobotaru M , Teodorescu R , Blaabjerg F .A New Single-Phase PLL Structure Based on Second Order Generalized IntegratorJ.IEEE, 2006.DOI:10.1109/PESC.2006.1711988.

2 Han Y , Luo M , Zhao X ,et al.Comparative Performance Evaluation of Orthogonal-Signal-Generators-Based Single-Phase PLL Algorithms---A SurveyJ.IEEE Transactions on Power Electronics, 2015, 31(5):3932-3944.DOI:10.1109/TPEL.2015.2466631.

相关推荐
Maydaycxc3 分钟前
Codex 配置到落地:从 API 接入到自动化RPA工作流实战
自动化·ai编程·rpa
不大姐姐AI智能体20 分钟前
实测教程:用 Codex 配合 HyperFrames,把公众号文章做成可渲染的讲解型视频
人工智能·经验分享·gpt·自动化·aigc
2601_9564141428 分钟前
迈向智慧实验室:金现代的全链路质量管控与自动化解决方案
运维·自动化
退休倒计时34 分钟前
【每日一题】LeetCode 142. 环形链表 II TypeScript
算法·leetcode·链表·typescript
popcorn_min1 小时前
Digits 手写数字识别:随机森林多分类 + 像素级特征热力图
算法·随机森林·分类
liulilittle2 小时前
拥塞控制:排水终止的两种决策:OR 与 AND
网络·tcp/ip·计算机网络·算法·信息与通信·tcp·通信
weixin_307779132 小时前
从脚本执行到智能体协作:AI辅助测试能力的范式重构
运维·开发语言·人工智能·算法·测试用例
量化君也2 小时前
从回测到全自动实盘交易,全天候策略需要经历哪些改造?
大数据·人工智能·python·算法·金融
fox_lht3 小时前
第十五章 函数式语言:迭代器和闭包
开发语言·后端·学习·算法·rust
ShGamu3 小时前
自动化输送设备公司选型参考与核心维度梳理
运维·自动化·自动化输送设备