數(shù)字鎖相環(huán)在電機控制系統(tǒng)中的應用
韓瑞，趙創(chuàng)社， 史志富
（西安應用光學研究所，陜西西安710065）
摘要：介紹了一種基于數(shù)字化鎖相環(huán)的電機控制系統(tǒng)。針對目前在大部分電機伺服系統(tǒng)中使用傳統(tǒng)模擬控制方式的情況，使用大規(guī)�？删幊踢壿嬈骷M行電機的數(shù)字化控制。分析了鎖相環(huán)的原理和特性，介紹了控制系統(tǒng)的組成和功能。針對該系統(tǒng)中實時控制處理的要求，提出了一種基于復雜可編程邏輯控制器( cpld)的電機控制方案。使用epm7128s作為主控制芯片，程序設計使用vhdi，語言編寫。仿真結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較好的魯棒性和精確性，改善了電機的調(diào)速性能。
關鍵詞：數(shù)字鎖相環(huán)；復雜可編程邏輯控制器i反電勢法；電機控制系統(tǒng)
中圖分類號：tm 30i.2文獻標志碼：a文章編號：1673-6540(2010)07-0037-05
0引言
鎖相環(huán)路(pll)是一個能夠跟蹤輸入信號相位的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，具有窄帶跟蹤性能、輸入輸出信號之間不存在頻率差而只有很小的穩(wěn)態(tài)相位差，具有很強的抗干擾性、抑制噪聲性和同步跟蹤性能，因而在通信、雷達、航天、航海、計算機、電動機控制等領域獲得了廣泛應用，逐漸成為電子設備中常用的一種基本部件。隨著大規(guī)模、超高速數(shù)字集成電路的發(fā)展及計算機的普遍應用，出現(xiàn)了全數(shù)字化pll，即環(huán)路部件全部數(shù)字化，采用數(shù)字鑒相器( digitalm基金項目：中國博士后基金資助項日(dpd)、數(shù)字環(huán)路濾波器(dlf)、數(shù)控振蕩器(dco)構(gòu)成pll。數(shù)字化鎖相環(huán)的電路完全數(shù)字化，受外界干擾小，系統(tǒng)可靠性大大提高。整個環(huán)路都可以直接用微處理機來模擬實現(xiàn)。
使用鎖相環(huán)進行電機的速度反饋控制，具有控制精度高、轉(zhuǎn)逮穩(wěn)定、鎖定時間短等優(yōu)點，本文就使用數(shù)字鎖相環(huán)構(gòu)成速度反饋環(huán)節(jié)進行速度控制。通過vhdl語言編寫程序構(gòu)成鎖相環(huán)，用鎖相方式進行電機控制系統(tǒng)速度回路的反饋控制。
1 數(shù)字鎖相環(huán)的原理
鎖相環(huán)最基本的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由鑒相器(pd)、環(huán)路濾波器(lpf)和壓控振蕩器(vvco)三個基本部件組成。pd是相位比較裝置，將輸入信號si(t)和vco輸出信號s0(t)的相位進行比較，產(chǎn)生對應于兩個信號相位差的誤差電壓s0(t)。lpf的作用是濾除誤差電壓se(t)中的高頻成分和噪聲，以保證環(huán)路所要求的性能，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。vc0受控制電壓sd(t)的控制，使vc0的頻率向輸入信號的頻率靠攏，直至消除頻差而鎖定。
瞬時頻率和瞬時相位的關系如下
加到pd的兩個振蕩信號的頻率差為
此時的瞬時相位差為
當wr=wv時，有δw(t)≈0，于是：
由此可知，當兩個振蕩器頻率相等時，他們的瞬時相位差是一個常數(shù)。
同樣的道理，如果θe(t)=θ0，則：
也就得到了wr=wv，證明了當兩個振蕩信號的瞬時相位差為一常數(shù)時二者的頻率必然相等。
在閉環(huán)條件下，如果由于某種原因使vco的角頻率發(fā)生變化，則會引起兩個信號間的相位差不再是恒定值，pd的輸出電壓也就跟著發(fā)生相應變化。該變化的電壓使vc0的頻率不斷改變，直到wr=wv為止，這就是pll的基本原理．
一般數(shù)字pll的組成與模擬pll相同，即由相位檢波器、lpf和vc0等基本部件構(gòu)成，但這些部件全部采用數(shù)字電路。輸入信號被采樣并與環(huán)路輸出的本地估算信號作相位比較，產(chǎn)生一個與兩者相位誤差成比例的數(shù)字樣本序列。這個代表相位誤差大小和極 |
