基于PI 控制算法的三阶全数字锁相环的详细分析与实验结果
三阶锁相环环路滤波器参数设计
[8]
3
2
2
2
2
2
2 锁相环线性模型
锁相环的线性模型如图 1 所示 , 图中 K, F ( s ) ,
1 / s分别是环路总增益 、 环路滤波器 、 VCO 环节
[ 8, 9 ]
;
由图可以得到系统的开环传递函数 、 闭环传递函数 [ 8, 9 ] 和误差传递函数 。
利用伯德法则 : 当开环增益为 1 时 ,其相位余 量必须大 于 0, 闭环 才 能 稳 定 。根 据 开 环 方 程 式 ( 5 ) ,计算出增益临界频率为 τ 2 ωT = K 2 ( 7) τ 1 环路稳定的相位条件 : ωTτ 2a rc tg + 180 °> 0 2 - 270 ° 由上式可求得稳定条件 : 2 τ 1 K > 3 τ 2 令
3
摘 要 : 锁相环在通信 、 遥测 、 导航等领域有着广泛的应用 ,三阶锁相环由于其频率斜率跟踪能力 ,越 来越受到重视 ,特别是深空探测的极窄带应用 。利用系统稳定性分析方法和高阶系统分析理论 ,分 别对两种模型的二阶环路滤波器 ,即理想二阶滤波器和三参数滤波器模型 ,推导了参数设计公式 ,给 出三阶锁相环设计参数的模拟及数字环路公式 , 并与 JPL 数字锁相环 ( DPLL ) 的设计参数经验公式 进行比较 。仿真结果表明 , 3 种设计方法近似相同 ,而所推导的参数设计方法优点在于可以灵活配 置系统的零 、 极点的位置以及阻尼系数等多种参数 ,为各种变带宽和自适应算法提供理论和应用基 础。 关键词 : 深空探测 ; 数字锁相环 ; 环路滤波器 ; 稳定条件 ; 高阶系统分析 ; 参数设计 中图分类号 : TN713 文献标识码 : A
其地面锁相接收机中的应用
三相锁相环原理范文
三相锁相环原理范文
三相锁相环是一种常用的信号同步技术，广泛应用于电力系统中的自
动化控制、通讯系统以及工业自动化领域等。
其原理是通过比较参考信号
和本地信号的相位差，据此产生控制信号来调整本地信号的相位，使其与
参考信号同步。
首先，参考信号和本地信号通过相位比较器进行相位差的比较。
相位
比较器将参考信号和本地信号分别转换为方波信号，然后比较它们的相位差。
相位比较器的输出为高或低电平，表示相位差的方向。
接下来，通过环路滤波器对相位差进行滤波处理。
环路滤波器将相位
比较器的输出信号进行滤波，以消除高频噪声和不稳定的干扰信号。
滤波
后的信号变为一个直流电压，表示相位差的大小。
然后，将滤波后的信号输入到控制环中。
控制环通常包括比例积分（PI）控制器和控制电压生成器。
PI控制器根据相位差的大小和方向产
生相应的控制信号，控制电压生成器将控制信号转换为一定的电压值。
这
个电压值表示需要调整的相位差大小和方向。
最后，将控制电压输入到VCO，VCO根据控制电压的大小和方向调整
本地信号的相位。
VCO是一种可调谐的振荡器，其频率的调谐范围与控制
电压的大小成正比。
通过调整VCO的频率，可以实现对本地信号相位的同步。
总结起来，三相锁相环的原理是通过相位比较器比较参考信号和本地
信号的相位差，并通过滤波、控制环和VCO来实现对本地信号相位的同步。
其核心是利用反馈控制的原理，不断调整本地信号的相位，使其与参考信
号保持同步，以达到信号同步的目的。
电网不平衡下三相锁相环研究
电网不平衡下三相锁相环研究1. 本文概述随着现代电力系统的快速发展，三相电力系统的不平衡现象日益凸显，对电力系统的稳定性和电能质量产生了严重影响。
为了解决这一问题，三相锁相环（ThreePhase PhaseLocked Loop, 3PPLL）作为一种有效的电力系统同步技术，受到了广泛关注。
本文旨在深入探讨电网不平衡条件下三相锁相环的工作原理、性能评估及优化策略，为提高三相电力系统的运行效率和稳定性提供理论依据和技术支持。
本文首先介绍了三相锁相环的基本原理，包括其数学模型和锁相机制。
随后，详细分析了电网不平衡对三相锁相环性能的影响，包括相位误差、频率偏移和稳态误差等方面。
在此基础上，本文提出了一种改进的三相锁相环结构，通过引入先进的控制策略和滤波技术，有效提高了锁相环在电网不平衡条件下的性能。
本文还通过仿真和实验验证了所提改进三相锁相环的有效性和优越性。
仿真结果表明，在电网不平衡条件下，所提锁相环具有更快的动态响应、更高的稳态精度和更强的鲁棒性。
实验结果进一步验证了仿真分析的结论，证明了所提改进三相锁相环在实际电力系统中的应用潜力。
本文对电网不平衡下的三相锁相环进行了全面研究，不仅分析了电网不平衡对锁相环性能的影响，还提出了一种有效的改进策略，并通过仿真和实验验证了其性能。
研究结果为三相电力系统的同步控制提供了新的思路和方法，对提高电力系统的运行效率和稳定性具有重要意义。
2. 电网不平衡的影响电网不平衡是一种常见的电力系统运行状态，它会对电力系统的稳定运行产生不利影响。
电网不平衡主要表现在三相电压或电流的不对称性上，这种不对称性可能由多种因素引起，如单相负载的接入、线路故障、发电机故障等。
（1）影响锁相精度：三相锁相环是依赖于三相电压或电流的对称性进行相位锁定的。
当电网出现不平衡时，三相电压或电流的对称性被破坏，导致锁相环难以准确锁定相位，进而降低系统的控制精度。
（2）增加系统振荡风险：电网不平衡可能导致系统出现负序和零序分量，这些分量会激发系统中的振荡模式，增加系统的不稳定性。
三相锁相环研究
三相同步锁相环研究1 三相同步锁相环的硬件方案概述传统锁相环一般采用过零比较方式，其结构如图1所示。
图 1 过零比较方式的锁相环结构框图该硬件锁相环采用过零比较将输入电压转换为方波，送锁相环芯片，得到电压的相位信息。
若要得到一个同相位的标准信号，可将信号信息存储在EPROM、FLASH 等存储芯片中，利用相位信息读出其中数据，经D/A 变换即可。
这种方案原理和结构都比较简单，在工程上得到了大量的应用。
但采用这种方法时，因为电网电压每个周期只有两个过零点，这就限制了锁相环的锁相速度，而且电网电压本身的畸变以及检测电路中的各种干扰信号使得难以检测过零点，会导致锁相环输出信号产生振荡。
为了避免检测过零点带来的问题，可以利用基于低通滤波器的锁相方法，其原理如图2所示。
三相电网电压从三相静止坐标系转换为两相静止坐标系，利用常见的低通滤波器滤除电网中的谐波干扰，然后对信号进行标么化处理，从而得到电网电压的相位，旋转矩阵R用于补偿滤波器所造成的相位滞后。
图2基于低通滤波器的锁相环结构框图对于这种方法而言，在设计低通滤波器时，需要在系统滤波器的鲁棒性和动态响应之间做出折中的选择，较低的截止频率可以抑制系统谐波对相位检测的干扰，但是也相应的降低了系统的响应速度。
另外，这种方法需求得反三角函数值，计算速度较慢，尤其在系统频率变动和三相电压不平衡时，对畸变电压的抑制作用弱，因此无法正确锁相[1]。
由以上分析可知，上述的两种硬件锁相方法都存在响应慢和对系统频率发生变化、三相电压不平衡比较敏感等问题，不适宜应用于电网畸变严重、动态响应要求高的场合。
2三相同步锁相环的软件方法介绍2.1 三相电压对称下同步锁相环的实现方法三相电压对称时同步锁相环的系统结构如图3所示。
图 3 三相电压对称时锁相环的基本结构设一个三相对称系统表示如下：sin()2sin()32sin()3a b c v V t v V t v V t ωϕωπϕωπϕ=+⎧⎪⎪=-+⎨⎪⎪=++⎩经过从a b c --三相到αβ-两相的Clarke 变换和从αβ-两相到d q -两相的Park 变换可得32sin()111sin()222sin()cos()30222sin()3a b c V t v v t C v V t v t v V t αβωϕωϕωπϕωϕωπϕ⎛⎫+ ⎪⎫⎛⎫-- ⎪⎪+⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪==-+= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-+⎝⎭⎝⎭ ⎪- ⎪⎝⎭⎝⎭ ⎪++ ⎪⎝⎭(1) cos()sin()sin()sin()cos()cos()sin()cos()d dq q v v t t t t C v v t t t t t t αβωωωϕωωωωϕωωϕωϕ'''+-⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪'''--+-⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭+-+( 2) (2)式中的输出角频率(d dtθωθ'''=为输出相位），由于完全捕获相位后ω'保持不变，故有t θω''=。
并网逆变器数字锁相环的数学物理本质分析
并网逆变器数字锁相环的数学物理本质分析曾正;邵伟华;刘清阳;马青;冉立【摘要】锁相环是并网逆变器与电网保持同步的关键环节,其高性能稳定运行是可再生能源接入电网的重要保障.从非线性动力学模型的角度揭示锁相环的数学本质,从虚拟同步电机的角度揭示锁相环的物理本质,采用李雅普诺夫能量函数分析锁相环的稳定条件,并分析电网电压不对称、低频谐波和直流偏置对锁相环的影响机理.此外,以一种基于隐式比例积分控制的锁相环结构为例,研究非线性动力学模型在探索新型锁相环结构中的应用.最后,考虑电网电压的频率阶跃、相位跳变、不平衡跳变、低频谐波跳变等扰动,利用实验结果对比研究锁相环的输出特性,为锁相环的研究提供了一条新的思路和方法.%Phase-locked loop (PLL) is one of the key elements of grid-connected inverter for renewable energy integration. Its performance and stability are important to guarantee the increasing penetration of renewable energy resources in utility. In this paper, the mathematical fundament of PLL is indicated by using nonlinear dynamic model. Meanwhile, the physical fundament of PLL is displayed by using the synchronous generator model. Lyapunov energy function is utilized to identify the stability of PLL. Based on the proposed model, the affecting mechanisms of low-frequency harmonic, unbalanced, and dc-bias voltage on PLL are achieved. Besides, taking an implicit proportional-integral based PLL into account, this paper also studies how the nonlinear mathematical model can be used to explore new PLL structure. Finally, experimental results are presented to study the PLLs in frequency variation, phase stepping, unbalanced, and distorted utility voltage conditions.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】9页(P808-816)【关键词】并网逆变器;电网同步;数字式锁相环;隐式比例积分控制;虚拟同步电机【作者】曾正;邵伟华;刘清阳;马青;冉立【作者单位】输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044【正文语种】中文【中图分类】TM46并网逆变器是可再生能源接入电网的关键设备之一[1]，随着可再生能源的快速发展，并网逆变器的高效电路拓扑和先进控制策略引起了广泛的关注[2]。
基于PI控制的全数字锁相环设计
基于PI控制的全数字锁相环设计作者：蒋小军单长虹原华盛臻来源：《现代电子技术》2013年第02期摘要：针对以往全数字锁相环研究中所存在电路结构复杂、设计难度较大和系统性能欠佳等问题，提出了一种实现全数字锁相环的新方法。
该锁相环以数字比例积分控制的设计结构取代了传统的一些数字环路滤波控制方法。
应用EDA技术完成系统设计，并进行计算机仿真。
仿真结果表明：在一定的频率范围内，该锁相环锁定时间最长小于15个输入信号周期，相位抖动小于输出信号周期的5%，且具有电路结构简单、环路性能好和易于集成的特点。
关键词：比列积分控制；全数字锁相环；超高速集成电路硬件描述语言；现场可编程门阵列中图分类号：TN402⁃34 文献标识码：A 文章编号：1004⁃373X（2013）02⁃0141⁃03锁相环在通信、无线电电子学和自动控制等领域得到了极为广泛的应用，它已成为各类电子系统中一个十分重要的部件。
由于全数字锁相环（ADPLL）消除了模拟锁相环中压控振荡器（VCO）的非线性，鉴相器不精确，部件易饱和以及高阶环不稳定等特点，而其本身又具有参数稳定、可靠性高、易于集成的特点[1⁃2]，因此，ADPLL得到了越来越多的应用。
传统的数字锁相环系统是希望通过采用具有低通特性的环路滤波器，获得稳定的振荡控制数据。
对于数字滤波器采用基于DSP的运算电路的全数字锁相环[3]，当环路带宽很窄时，环路滤波器的实现将需要很大的电路量，这给专用集成电路的应用和片上系统SoC（System on Chip）的设计带来一定困难。
另一种类型的全数字锁相环是采用脉冲序列低通滤波计数电路作为环路滤波器，如随机徘徊序列滤波器、先N后M序列滤波器等[1，4]。
这些电路通过对鉴相器模块产生的相位误差脉冲进行计数运算，获得可控振荡器模块的振荡控制参数。
由于脉冲序列低通滤波计数方法是一个比较复杂的非线性处理过程，难以进行线性近似。
因此，无法采用系统传递函数的分析方法确定锁相环的设计参数，不能实现对全数字锁相环性能指标的解耦控制和分析，无法满足较高的应用要求。
第7章数字锁相环
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-11 数字环路滤波器一般形式
第7章 数字锁相环
3. 数字压控振荡器(DCO)数字压控振荡器的基本组 成如图7-13所示。它由频率稳定的信号钟、计数器与 比较器组成,其输出是一取样脉冲序列,脉冲周期受数字 环路滤波器送来的校正电压控制。前一个取样时刻的 校正电压将改变下一个取样时刻的脉冲时间的位置。 DCO在环路中又被称为本地受控时钟或本地参考时钟 信号。
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-2 触发器型鉴相器
第7章 数字锁相环
(2) 奈奎斯特速率抽样鉴相器。该型鉴相器组成如 图7-3所示。模数变换器(A/D)的抽样率按带通信号的取 样定理选择，以使取样后信号含有充分的输入信号相 位信息。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-3 奈奎斯特速率抽样鉴相器
图7-15 超前—滞后数字锁相环基本组成 《锁相技术》
第7章 数字锁相环
一、电路组成与说明 电路实例是数字通信中常用的一种简单的超前—滞 后位同步环路,未用序列滤波器,电路组成如图7-16所示。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-16 位同步数字环组成电路
第7章 数字锁相环
二、环路位同步原理 图7-18为图7-16方案内各点的波形图,这里为分析 简便,以均匀变换的数字脉冲序列作为输入信号,它与随 机的数字脉冲序列作用下环路取得位同步的原理是一 样的。
《锁相技术》
第7章 数字锁相环
《锁相技术》
图7-7 简单二元鉴相器
第7章 数字锁相环
图 7-8 上 的 中 相 积 分 — 抽 样 — 清 除 电 路 是 用 来 判 断 DCO输出与码元转换边沿之间相位关系的。例如,中相 积分区间跨在从正到负的两个码元之间,而积分结果为 正,说明DCO时钟超前;积分结果为负,说明DCO时钟滞 后;积分结果为零,相位准确对准。
三阶锁相环阻尼因子
三阶锁相环阻尼因子锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种常用的控制系统，广泛应用于通信、测量、时钟同步等领域。
在PLL中，阻尼因子（damping factor）是一个重要参数，它决定了系统阻尼的程度，直接影响到系统的稳定性和动态响应。
本文将对三阶锁相环阻尼因子进行讨论和分析。
一、三阶锁相环基本结构三阶锁相环是一种常用的锁相环结构，由相位比较器（Phase Detector）、环路滤波器（Loop Filter）、控制电压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）和分频器（Divider）等组成。
其中相位比较器负责将参考信号和VCO输出信号进行相位比较，得到一个误差信号；环路滤波器用于对误差信号进行滤波处理，产生一个控制电压；控制电压控制VCO的频率，使其与参考信号保持同步；分频器负责将VCO输出信号进行分频，用于与参考信号进行比较。
二、三阶锁相环阻尼因子的定义在三阶锁相环中，阻尼因子是指系统的阻尼程度。
在阻尼因子为零时，系统处于无阻尼状态；在阻尼因子为1时，系统处于临界阻尼状态；在阻尼因子大于1时，系统处于过阻尼状态。
阻尼因子的大小直接影响到系统的稳定性和动态响应。
当阻尼因子过小时，系统容易发生震荡；当阻尼因子过大时，系统响应速度过慢。
三、三阶锁相环阻尼因子的影响因素1. 相位比较器增益：相位比较器的增益决定了相位比较器输出信号与VCO控制电压之间的线性关系。
增加相位比较器的增益可以增加锁相环的阻尼因子，提高系统的稳定性。
2. 环路滤波器参数：环路滤波器的参数决定了系统的频率响应和相位延迟。
选择适当的滤波器参数可以实现对系统动态响应的调节，进而影响到阻尼因子的大小。
3. VCO增益：VCO的增益决定了VCO输出频率与控制电压之间的变化关系。
增加VCO的增益可以增加锁相环的阻尼因子，提高系统的稳定性。
四、三阶锁相环阻尼因子的计算方法计算三阶锁相环的阻尼因子可以采用两种方法：数学模型法和试验法。
matlab 三阶锁相环
matlab 三阶锁相环摘要：1.Matlab 三阶锁相环概述2.Matlab 三阶锁相环的结构和原理3.Matlab 三阶锁相环的应用实例4.Matlab 三阶锁相环的优缺点5.总结正文：一、Matlab 三阶锁相环概述Matlab 三阶锁相环是一种在通信系统中广泛应用的同步技术，主要用于实现数据信号的相位同步。
锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种自动相位同步技术，通过比较输入信号与本地振荡器输出信号的相位差，控制本地振荡器的频率，使其与输入信号的频率保持同步。
三阶锁相环是锁相环中的一种，具有较高的同步精度和稳定性。
二、Matlab 三阶锁相环的结构和原理Matlab 三阶锁相环主要由以下几个部分组成：1.滤波器：滤波器的主要作用是去除输入信号中的高频噪声，提高锁相环的稳定性。
2.相位检测器：相位检测器用于检测输入信号与本地振荡器输出信号之间的相位差，并将相位差信号转换为电压控制信号。
3.电压控制振荡器：电压控制振荡器根据接收到的控制电压，调整其输出频率，实现与输入信号的频率同步。
4.低通滤波器：低通滤波器用于滤除控制电压中的高频噪声，提高锁相环的稳定性。
Matlab 三阶锁相环的工作原理是：输入信号经过滤波器后，进入相位检测器，相位检测器将输入信号与本地振荡器输出信号进行比较，得到相位差信号。
相位差信号经过电压控制振荡器后，调整本地振荡器的输出频率，使其与输入信号的频率保持同步。
低通滤波器用于滤除控制电压中的高频噪声，提高锁相环的稳定性。
三、Matlab 三阶锁相环的应用实例Matlab 三阶锁相环在通信系统中有广泛的应用，例如：1.数字通信系统：在数字通信系统中，数据信号需要进行相位同步，以保证数据信号的正确传输。
Matlab 三阶锁相环可以用于实现数据信号的相位同步。
2.卫星通信系统：在卫星通信系统中，由于信号传输距离较远，信号的相位同步显得尤为重要。
Matlab 三阶锁相环可以用于实现卫星通信系统中的信号相位同步。
4.27二阶锁频环和三阶锁相环实现载波同步
基于FLL与PLL级联的高动态载波跟踪技术高动态给载波的跟踪带来了很大的困难，本文研究采用锁频环（FLL）和锁相环（PLL）相结合的方法来实现载波跟踪。
对常用的叉积自动频率跟踪环（CPAFC）提出了改进，改进后的鉴频算法具有更宽的鉴频范围和更小的估计误差。
通过MATLAB对整体环路进行了仿真，结果表明该环路可实现在低信噪比、多普勒频移为300kH z、频率一次变化率为30 kHz/s下实现载波的跟踪。
载波的同步分为载波的捕获和跟踪，捕获通常采用FFT来实现载波频率粗捕，载波的跟踪通常采用锁相环（PL L）来实现,PLL在低动态时，具有较高的跟踪精度和较好的抗噪性能。
但是在高动态环境下由于多普勒效应使接收信号产生的频偏可能会达到几百千赫兹，频率变化率会达到几千赫兹/秒甚至几十千赫兹/秒。
这时为了满足高动态的要求，PLL必须具有较宽的带宽，这意味着抗噪性能和跟踪精度降低。
此时采用锁相环很难满足系统要求，可取的方案是采用锁频环（FLL）。
故在高动态接收机中，采用FLL来跟踪载波的频率而不是相位，FLL具有较好的动态性能，但是跟踪精度比PLL低，二者存在一定的矛盾所以在高动态和低信噪比下，采用FLL和PLL相结合来实现载波的跟踪，用FLL进行载波频率的跟踪，在频率跟踪之后采用PLL来进行相位补偿。
FLL通常采用叉积自动频率跟踪环（CPAFC）.但是这种鉴频算法得到的频差估计值受输入信号的幅度的影响是非线性的、估计误差大。
本文在此基础上进行了改进，改进后的算法线性鉴频范围比前者宽 估计误差小。
采用此改进的自动频率跟踪环和锁相环来实现载波的跟 踪,最后用Matlab 对整体环路进行了仿真。
1系统的结构整体的环路结构如图1所示。
输入信号与数控振荡器混频后，产生 的信号首先要进行多采样抽取，因为输入信号的采样频率高达数十 兆,如此高的频率给后续的数据处理增加了负担 ，因此在混频后要 进行D 倍的频率抽取使频率降低到信号波特率相近的水平。
三相锁相环算法
三相锁相环算法摘要：1.三相锁相环算法概述2.三相锁相环算法的工作原理3.三相锁相环算法的优缺点4.三相锁相环算法的应用领域正文：【三相锁相环算法概述】三相锁相环算法是一种在电气工程领域中广泛应用的算法，主要用于同步电机的控制系统。
它的主要目的是在三相交流电源供电的情况下，通过检测电机的电流和电压，实现对电机的精确控制，从而达到同步运行的目的。
【三相锁相环算法的工作原理】三相锁相环算法的工作原理主要分为以下几个步骤：1.检测电机的电流和电压：首先，需要通过传感器等设备，实时检测电机的电流和电压。
2.计算锁相环误差：根据电机的电流和电压，计算出锁相环误差。
锁相环误差是电机的实际电流与电压之间的相位差。
3.产生控制信号：根据锁相环误差，产生控制信号。
这个控制信号可以用于调整电机的电压和电流，从而使电机的电流和电压实现同步。
4.反馈控制：将控制信号作用于电机，实时监测电机的运行状态，并将反馈信号送回算法，用于下一次的计算。
【三相锁相环算法的优缺点】三相锁相环算法的优点主要有：1.控制精度高：由于锁相环算法是基于电机的电流和电压进行控制的，因此其控制精度高。
2.响应速度快：锁相环算法的控制信号是实时产生的，因此其响应速度快。
3.适用范围广：锁相环算法可以应用于各种类型的同步电机，因此其适用范围广。
缺点主要有：1.对传感器等设备的依赖性强：锁相环算法需要通过传感器等设备实时检测电机的电流和电压，因此对传感器等设备的依赖性强。
2.系统稳定性的影响大：锁相环算法的控制信号是基于锁相环误差产生的，因此锁相环误差的大小会直接影响系统的稳定性。
【三相锁相环算法的应用领域】三相锁相环算法广泛应用于各种需要同步运行的电气设备中，例如同步电机、发电机等。
在这些设备中，三相锁相环算法可以实现对电机的精确控制，从而达到同步运行的目的。
实验二数字锁相环实验报告
实验二数字锁相环
一．实验目的
1. 了解数字锁相环的基本概念
2. 熟悉数字锁相环与模拟锁相环的指标
3. 掌握全数字锁相环的设计
二．实验仪器
1.ZH5001通信原理综合实验系统一台
2.20MHz双踪示波器一台
3.函数信号发生器一台
三．实验内容
3. 同步带宽测量：
增加函数信号发生器输出频率TPMZ03，TPMZ02两点波形失步前频率为62khz
降低函数信号发生器输出频率TPMZ03，TPMZ02两点波形失步前频率为66.1khz
同步带：66.1-62=4.1（KHz）
4. 捕捉带测量
增加函数信号发生器输出频率TPMZ03，TPMZ02两点波形失步前频率为62.1khz
降低函数信号发生器输出频率TPMZ03，TPMZ02两点波形失步前频率为66khz
捕捉带：66-62.1=3.9（KHz）
同步带略大于捕捉带
5. 调整信号脉冲观测
改变函数信号发生器输出频率，观测TPMZ05点波形的变化规律。
基于FPGA实现的可变模全数字锁相环
基于FPGA实现的可变模全数字锁相环
肖帅;孙建波;耿华;吴舰
【期刊名称】《电工技术学报》
【年(卷),期】2012(027)004
【摘要】提出了一种可变模全数字锁相环。
与传统的全数字锁相环相比,该锁相环采用可变模分频器,使得中心频率可变,锁相范围增大;通过前馈回路进行鉴频调频,提高了锁相速度;同时其环路滤波器采用比例积分结构,使得锁相输出无静差,输出抖动减小。
本文对提出的全数字锁相环建立了小信号模型,从理论上分析了该锁相环的性能以及控制参数对锁相环性能的影响,通过基于QuartusⅡ的软件仿真和基于FPGA的硬件实验对该全数字锁相环的性能进行了验证。
结果表明,该全数字锁相环锁相范围大、速度快、精度高,可用于有快速同步需求的应用场合,如电网频率监测和并网变频器控制。
【总页数】6页(P153-158)
【作者】肖帅;孙建波;耿华;吴舰
【作者单位】清华大学自动化系北京100084;清华大学自动化系北京100084;清华大学自动化系北京100084;清华大学自动化系北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.基于FPGA的全数字锁相环的复频域分析与实现 [J], 马莽原;石新春;王慧;孟建辉;付超
2.基于FPGA实现的变PI参数全数字锁相环 [J], 彭咏龙;朱劲波;李亚斌
3.基于FPGA的自动变模控制感应加热电源全数字锁相环研究 [J], 尤波;李松洋;郑帅
4.基于FPGA的线性可变码位控制全数字锁相环的设计与仿真 [J], 单长虹;邓国扬;孟宪元
5.基于FPGA的自动变模全数字锁相环的设计 [J], 甘国妹;曹江亮;于丞琳
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全数字锁相环与位同步实验
实验五全数字锁相环与位同步实验一、实验目的1. 掌握数字锁相环工作原理以及微分整流型数～字锁相环的快速捕获原号理。
2. 掌握用数字环提取位同步信号的原理及对信息代码的要求。
3. 掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
二、实验内容1. 观察数字环的失锁状态、锁定状态。
2. 观察数字环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差、信息代码的关系。
3. 观察数字环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。
三、基本原理位同步电路的原理框图、波形图和电路图分别如图5-2、图5-3和图5-4所示。
一、位同步模块有以下测试点及输入输出点：• +5V +5V电源输入点（3个）• S-IN 基带信号输入、测试点（2个）• BS-OUT 位同步信号输出、测试点（2个）•TST_1 微分器输出测试点•TST_2 整流器输出测试点•TST_3 附加脉冲测试点•TST_4 扣除脉冲测试点二、图5-2中各单元与图5-3中元器件的对应关系如下：•晶振X1：晶体；•微分器U1A：LF347•放大器U1D：LF347•整流器U1B、U1C：LF347•单稳电路U2、U3：74LS123•分频器U4：EPM7064•门电路U4：EPM7064三、工作原理在本系统中采用的是微分整流型数字锁相环，它主要由波形转换电路及数字锁相器组成。
1、波形转换电路波形转换电路主要由一微分、整流电路组成，码元信号经微分、整流后就可以提出位同步信号分量，其波形如图5-1所示，原理框图如图5-2所示。
图5-1 基带信号微分、整流波形2、 数字锁相数字锁相的原理方框图如图5-2所示，它由稳定度振荡器、分频器、相位比较器和控制器组成。
其中，控制器包括图中的扣除门、附加门和“或门”。
高稳定度振荡器产生的信号经整形电路变成周期性脉冲，然后经控制器再送入分频器，输出位同步脉冲序列。
若接收码元的速率为F （波特），则要求位同步脉冲的重复速率也为F （赫）。
锁相环实验报告
锁相环实验报告1. 引言锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的控制系统，可以实现输入信号与参考信号之间的相位同步。
在通信、控制、测量等领域有广泛的应用。
本实验旨在通过搭建锁相环电路并进行实验，深入了解锁相环的工作原理和特性。
2. 实验设备和器材本实验所用设备和器材如下： - 函数发生器 - 直流稳压电源 - 射频信号源 - 锁相环芯片 - 示波器 - 电阻、电容等器件 - 连接线等3. 实验原理锁相环是由相位比较器、低通滤波器、控制电压产生电路和VCO（Voltage Controlled Oscillator）组成。
其工作原理可分为以下几个步骤：1.输入信号与参考信号经过相位比较器进行比较，得到相位误差信号。
2.相位误差信号经过低通滤波器得到控制电压。
3.控制电压经过控制电压产生电路产生驱动VCO的控制信号。
4.VCO根据控制信号输出频率可变的信号。
5.输出信号经过除频器和低通滤波器得到稳定的参考信号。
4. 实验步骤1.连接实验电路，将函数发生器作为输入信号源，射频信号源作为参考信号源，分别接入相位比较器的输入端和参考输入端。
将相位比较器的输出接入低通滤波器，再将低通滤波器的输出接入控制电压产生电路。
控制电压产生电路的输出接入VCO的控制信号输入端，VCO的输出信号接入除频器和低通滤波器，最后将低通滤波器的输出与相位比较器的输入相连。
2.将实验电路接通电源，调节函数发生器和射频信号源，使得函数发生器输出的波形为正弦波，在示波器上观察输入信号和输出信号。
3.调节控制电压产生电路中的参数，观察输出信号的频率和相位变化。
4.调节VCO的参数，观察输出信号的频率和相位变化。
5.记录实验数据并进行分析。
5. 实验数据和结果分析根据实验步骤中的操作，记录下实验数据，并进行结果分析。
可以观察到输入信号和输出信号的频率和相位的变化情况，通过对比分析得出锁相环的工作特性。
6. 结论通过本次实验，我们深入了解了锁相环的工作原理和特性。
基于三阶广义积分的锁相环设计
第44卷第23期电力系统保护与控制V ol.44 No.23 2016年12月1日Power System Protection and Control Dec. 1, 2016 DOI: 10.7667/PSPC152049基于三阶广义积分的锁相环设计郗来迎1，王金富1，侯川川2，仇志丽2(1.国网天津检修公司，天津 300000；2.中国矿业大学，江苏 徐州 221000)摘要：电力系统运行过程中，电网电压通常存在不平衡及畸变，而通过采样有时会引入直流分量，这对精确锁相将产生不利影响。
针对这种情况，引入三阶广义积分器(TOGI)滤波解耦结构，并构建锁相环。
分析了三阶广义积分器的正交信号发生功能，利用矩阵变换推导其等效结构，证明了该结构可将电压信号中的直流分量和高频分量明显滤除。
将等效环节嵌入锁相环，获得αβ坐标系下的电压正序分量，并分析了锁相环结构和相应参数。
最后，在电网电压信号包含直流分量、畸变、跳变的情况下进行仿真，仿真结果表明基于三阶广义积分的锁相环设计能够快速实现精确锁相。
关键词：直流分量；畸变；三阶广义积分；滤波；锁相环Design of phase locked loop based on third-order general-integratorXI Laiying1, WANG Jinfu1, HOU Chuanchuan2, QIU Zhili2(1. State Grid Tianjin Maintenance Company, Tianjin 300000, China;2. China University of Mining and Technology, Xuzhou 221000, China)Abstract: During the operation of power system, the voltage of the power grid is usually unbalanced and distorted, meanwhile the sampling signal may conclude DC component, which have a negative effect on the precision phase lock.Considering this situation, this paper introduces third-order general-integrator (TOGI) filter decoupling structure, and constructs a phase-locked loop. The function of the orthogonal signal in TOGI is analyzed, and the transformation matrix is derived to obtain the equivalent structure. It is proved that the structure can filter out the DC component and high frequency component obviously. Equivalent link is embedded in the phase locked loop (PLL) to get positive sequence voltage component in αβ coordinates, and the phase structure and the corresponding parameter are analyzed. In the end, simulation is carried out in the case of DC component, distortion and jump in the voltage signal. The simulation results show that the design of phase locked loop based on the TOGI can realize the phase lock precisely and quickly.Key words: DC component;distortion; third-order general-integrator; filter; phase locked loop0 引言真实的电网电压是非理想的，除了基波正序分量外，有时还存在基波负序分量与低频谐波分量，引起频率波动、三相不对称与电压畸变等电能质量问题。
数字锁相环实验报告
上图为锁定状态下，用示波器测量：上图为数字锁相环相位抖动特性测量TPMZ03 与TPMZ02的结果，看到两波形用示波器测量TPMZ02的结果：观察
的上升沿完全对齐。
到其上升沿较粗。
上图为待测点（TPMZ01）的输出时钟，上图为待测点（TPMZ02）的输出时钟，看到此时频率大小为55.56KHz 看到此时频率大小为15.87KHz
上图为待测点（TPMZ03）的输出时钟，上图为待测点（TPMZ04）的输出时钟，看到此时频率大小为55.56KHz 看到此时频率大小为15.87KHz
上图为待测点（TPMZ05）的输出时钟，上图为复位后，待测点TPMZ05的输出看到此时信号处于锁定状态波形
上图为有外部信号输入时，TPMZ02与上图为有外部信号输入时，由锁定到失TPMZ03测量结果，看到此时处于锁定锁状态下（f增大）TPM02与TPMZ03测状态，两波形上升沿对齐量结果，看到f=16.54KHz
上图为有外部信号输入时，由锁定到失上图为有外部信号输入时，由失锁定到锁锁状态下（f减小）TPM02与TPMZ03测定状态下（f增大）TPM02与TPMZ03测量结果，看到f=15.24KHz 量结果，看到f=16.54KHz
上图为有外部信号输入时，由失锁定到锁上图为有外部信号输入时，调整信号脉冲定状态下（f增大）TPM02与TPMZ03测测量结果，此时，将输入频率降低
量结果，看到f=15.53KHz
上图为有外部信号输入时，调整信号脉冲上图为有外部信号输入时，用示波器测量测量结果。
此时，将输入频率降低调整信号脉冲的结果。
（测试点TPMZ05）。
三相锁相环算法
三相锁相环算法摘要：1.三相锁相环算法简介2.三相锁相环算法的原理3.三相锁相环算法的应用领域4.三相锁相环算法的优缺点5.我国在三相锁相环算法领域的研究进展正文：三相锁相环算法是一种广泛应用于电力系统中的同步相量测量技术，对于电力系统的稳定运行具有重要意义。
本文将对三相锁相环算法进行简要介绍，并分析其原理、应用领域、优缺点，以及我国在该领域的研究进展。
1.三相锁相环算法简介三相锁相环算法是一种基于锁相环（PLL）的同步相量测量方法，通过锁相环实现对三相电压信号的相位同步，从而准确测量电力系统中的同步相量。
该算法具有较高的测量精度和稳定性，适用于各种电力系统环境。
2.三相锁相环算法的原理三相锁相环算法主要基于锁相环的原理，通过比较输入信号与参考信号的相位差来控制VCO（压控振荡器）的频率，使两者相位差保持恒定。
具体来说，首先对输入的三相电压信号进行相位提取，然后与参考信号进行比较，得到相位误差。
根据相位误差，调整VCO的频率，使输入信号与参考信号的相位差趋于零。
经过多次迭代，锁相环算法能够实现对三相电压信号的精确同步，从而得到同步相量。
3.三相锁相环算法的应用领域三相锁相环算法广泛应用于电力系统的同步相量测量、故障检测、保护及控制等领域。
在电力系统中，同步相量测量是实现电力系统稳定运行的关键技术，能够为电力系统的调度、运行和保护提供准确的信息。
此外，三相锁相环算法还在新能源接入、微电网等新兴领域发挥着重要作用。
4.三相锁相环算法的优缺点优点：- 测量精度高：三相锁相环算法能够实现对三相电压信号的精确同步，从而得到较高的同步相量测量精度。
- 稳定性好：该算法具有较强的抗干扰能力，适用于各种电力系统环境。
- 适用范围广：可用于同步相量测量、故障检测、保护及控制等多种应用场景。
缺点：- 对参考信号的依赖性强：三相锁相环算法需要一个稳定、精确的参考信号，这在实际应用中可能难以满足。
- 计算复杂度较高：相较于其他同步相量测量方法，三相锁相环算法的计算复杂度较高，可能影响系统的实时性能。
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基于PI 控制算法的三阶全数字锁相环的详细分析与
实验结果
锁相环在通信、雷达、测量和自动化控制等领域应用极为广泛，已经成为各种电子设备中必不可少的基本部件。
随着电子技术向数字化方向发展，需要采用数字方式实现信号的锁相处理。
因此，对全数字锁相环的研究和应用得到了越来越多的关注。
传统的数字锁相环系统是希望通过采用具有低通特性的环路滤波器，获得稳定的振荡控制数据。
对于高阶全数字锁相环，其数字滤波器常常采用基于DSP 的运算电路。
这种结构的锁相环，当环路带宽很窄时，环路滤波器的实现将需要很大的电路量，这给专用集成电路的应用和片上系统SOC（system on chip）的设计带来一定困难。
另一种类型的全数字锁相环是采用脉冲序列低通滤波计数电路作为环路滤波器，如随机徘徊序列滤波器、先N 后M 序列滤波器等。
这些电路通过对鉴相模块产生的相位误差脉冲进行计数运算，获得可控振荡器模块的振荡控制参数。
由于脉冲序列低通滤波计数方法是一个比较复杂的非线性处理过程，难以进行线性近似，因此，无法采用系统传递函数的分析方法确定锁相环的设计参数。
不能实现对高阶数字锁相环性能指标的解藕控制和分析，无法满足较高的应用需求。
本文提出了一种基于比例积分（PI）控制算法的高阶全数字锁相环。
给出。