数字锁相环在电机控制系统中的应用
韩瑞，赵创社， 史志富
（西安应用光学研究所，陕西西安710065）
摘要：介绍了一种基于数字化锁相环的电机控制系统。针对目前在大部分电机伺服系统中使用传统模拟控制方式的情况，使用大规模可编程逻辑器件进行电机的数字化控制。分析了锁相环的原理和特性，介绍了控制系统的组成和功能。针对该系统中实时控制处理的要求，提出了一种基于复杂可编程逻辑控制器( cpld)的电机控制方案。使用epm7128s作为主控制芯片，程序设计使用vhdi，语言编写。仿真结果表明该系统具有较好的鲁棒性和精确性，改善了电机的调速性能。
关键词：数字锁相环；复杂可编程逻辑控制器i反电势法；电机控制系统
中图分类号：tm 30i.2文献标志码：a文章编号：1673-6540(2010)07-0037-05
0引言
锁相环路(pll)是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统，具有窄带跟踪性能、输入输出信号之间不存在频率差而只有很小的稳态相位差，具有很强的抗干扰性、抑制噪声性和同步跟踪性能，因而在通信、雷达、航天、航海、计算机、电动机控制等领域获得了广泛应用，逐渐成为电子设备中常用的一种基本部件。随着大规模、超高速数字集成电路的发展及计算机的普遍应用，出现了全数字化pll，即环路部件全部数字化，采用数字鉴相器( digitalm基金项目：中国博士后基金资助项日(dpd)、数字环路滤波器(dlf)、数控振荡器(dco)构成pll。数字化锁相环的电路完全数字化，受外界干扰小，系统可靠性大大提高。整个环路都可以直接用微处理机来模拟实现。
使用锁相环进行电机的速度反馈控制，具有控制精度高、转逮稳定、锁定时间短等优点，本文就使用数字锁相环构成速度反馈环节进行速度控制。通过vhdl语言编写程序构成锁相环，用锁相方式进行电机控制系统速度回路的反馈控制。
1 数字锁相环的原理
锁相环最基本的结构如图1所示。它由鉴相器(pd)、环路滤波器(lpf)和压控振荡器(vvco)三个基本部件组成。pd是相位比较装置，将输入信号si(t)和vco输出信号s0(t)的相位进行比较，产生对应于两个信号相位差的误差电压s0(t)。lpf的作用是滤除误差电压se(t)中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。vc0受控制电压sd(t)的控制，使vc0的频率向输入信号的频率靠拢，直至消除频差而锁定。
瞬时频率和瞬时相位的关系如下
加到pd的两个振荡信号的频率差为
此时的瞬时相位差为
当wr=wv时，有δw(t)≈0，于是：
由此可知，当两个振荡器频率相等时，他们的瞬时相位差是一个常数。
同样的道理，如果θe(t)=θ0，则：
也就得到了wr=wv，证明了当两个振荡信号的瞬时相位差为一常数时二者的频率必然相等。
在闭环条件下，如果由于某种原因使vco的角频率发生变化，则会引起两个信号间的相位差不再是恒定值，pd的输出电压也就跟着发生相应变化。该变化的电压使vc0的频率不断改变，直到wr=wv为止，这就是pll的基本原理．
一般数字pll的组成与模拟pll相同，即由相位检波器、lpf和vc0等基本部件构成，但这些部件全部采用数字电路。输入信号被采样并与环路输出的本地估算信号作相位比较，产生一个与两者相位误差成比例的数字样本序列。这个代表相位误差大小和极 |
