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
HiDev_4 分钟前
【非标自动化】2、认识元器件(气源处理组件)
运维·自动化
HiDev_5 分钟前
【非标自动化】2、认识元器件(远程I/O)
运维·自动化
青少儿编程课堂16 分钟前
用图形化编程做一个“少年探险闯关”小游戏:方向键控制、碰撞检测与多关卡串起完整项目
c++·python·算法·bfs·信息学竞赛
HiDev_26 分钟前
【非标自动化】2、认识元器件(运动控制模块)
运维·自动化
CQU_JIAKE42 分钟前
8.22【A】
算法
HiDev_1 小时前
【非标自动化】2、认识元器件(液压泵和液压阀)
大数据·人工智能·自动化
xiaoxiangsiyan1 小时前
全网IPv6规模化改造实战指南
运维·网络·笔记·云原生·自动化
大熊背2 小时前
ISP图像处理中大数乘法溢出处理(一)
人工智能·python·算法·溢出处理
wabs6662 小时前
关于栈【力扣1047. 删除字符串中的所有相邻重复项的思考】
数据结构·c++·算法·leetcode··代码随想录
疯狂打码的少年2 小时前
【数据结构】选择类排序:简单选择与堆排序
java·数据结构·笔记·算法