數字鎖相環在電機控制系統中的應用
韓瑞，趙創社， 史志富
（西安應用光學研究所，陜西西安710065）
摘要：介紹了一種基于數字化鎖相環的電機控制系統。針對目前在大部分電機伺服系統中使用傳統模擬控制方式的情況，使用大規模可編程邏輯器件進行電機的數字化控制。分析了鎖相環的原理和特性，介紹了控制系統的組成和功能。針對該系統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。仿真結果表明該系統具有較好的魯棒性和精確性，改善了電機的調速性能。
關鍵詞：數字鎖相環；復雜可編程邏輯控制器i反電勢法；電機控制系統
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
鎖相環路(pll)是一個能夠跟蹤輸入信號相位的閉環自動控制系統，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態相位差，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。隨著大規模、超高速數字集成電路的發展及計算機的普遍應用，出現了全數字化pll，即環路部件全部數字化，采用數字鑒相器( digitalm基金項目：中國博士后基金資助項日(dpd)、數字環路濾波器(dlf)、數控振蕩器(dco)構成pll。數字化鎖相環的電路完全數字化，受外界干擾小，系統可靠性大大提高。整個環路都可以直接用微處理機來模擬實現。
使用鎖相環進行電機的速度反饋控制，具有控制精度高、轉逮穩定、鎖定時間短等優點，本文就使用數字鎖相環構成速度反饋環節進行速度控制。通過vhdl語言編寫程序構成鎖相環，用鎖相方式進行電機控制系統速度回路的反饋控制。
1 數字鎖相環的原理
鎖相環最基本的結構如圖1所示。它由鑒相器(pd)、環路濾波器(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，以保證環路所要求的性能，增加系統的穩定性。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。
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時二者的頻率必然相等。
在閉環條件下，如果由于某種原因使vco的角頻率發生變化，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等基本部件構成，但這些部件全部采用數字電路。輸入信號被采樣并與環路輸出的本地估算信號作相位比較，產生一個與兩者相位誤差成比例的數字樣本序列。這個代表相位誤差大小和極 |
