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
阳明山水8 分钟前
销量预测的“隐形杀手”:概念漂移与自适应学习实战
人工智能·深度学习·算法·机器学习·架构
szarron14 分钟前
HT666 0.6-6GHz 定向高增益手持天线:EMC 测试与频谱定位实战指南
网络·算法·5g·信号处理·射频工程·频谱仪
liulilittle25 分钟前
反量化:反量化Q8零(q8_0)
人工智能·算法·机器学习·ai·llm
青 春 记 忆7 小时前
LeetCode 21. 合并两个有序链表|Python 解法详解
python·算法·leetcode·链表
Sagittarius_A*9 小时前
后量子密码|通识认知 03|量子威胁辟谣:Grover 算法对对称密码的影响与误区
算法·信息安全·密码学·量子计算·pqc·后量子密码
QAQo7T11 小时前
Python组蓝桥杯备赛超详细知识点总结笔记_排序算法篇
笔记·python·算法·蓝桥杯·排序算法
千里之行,始于足下sanhai11 小时前
P8686 [蓝桥杯 2019 省 A] 修改数组 - 数字魔法大冒险 题解
c++·算法·动态规划
小星星闪亮登场11 小时前
Codeforces Round 1115 ( Div. 2)
数据结构·c++·算法·贪心算法·排序算法·codeforces
计算机小白一个11 小时前
蓝桥杯 Java B 组之哈希表应用(两数之和、重复元素判断)
java·数据结构·算法·蓝桥杯
Loge编程生活11 小时前
打卡信奥刷题(3449)用C++实现信奥题 P10429 [蓝桥杯 2024 省 B] 拔河
开发语言·数据结构·c++·算法·青少年编程