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更新时间：2017-10-17 17:36:53浏览次数：146次

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详细介绍

名称:电机锁相转速控制系统的鉴相器
鉴相器是电机锁相环速度控制系统的关键部分。按照信号形式，可将鉴相器分为模拟锁相环、模数混合锁相环、数字锁相环和软件锁相环，在电机控制领域目前采用较多的是模数混合锁相环和数字锁相环。随着数字信号处理器运算速度和可编程逻辑器件集成度的大幅提高，使得软件锁相环计算周期足够短，促进了电机软件锁相环速度控制的应用。在电子锁相环中，由于Vco没有惯性，存在频率误差时可以通过鉴相器产生的瞬时频差电压使环路入锁。对于小惯量电机的转速控制，可以采用鉴相器使系统人锁；但对于惯性较大的电机，由于受系统带宽的限制，将可能导致谐波锁定、极限环或混沌现象。
鉴频鉴相器用数字相位比较器得到宽度与相位误差成正比的脉冲序列，然后再将脉冲宽度转化为控制部分可接受的模拟或数字信号。由于鉴频鉴相器的鉴相范围宽，且有鉴频功能，能保证环路有足够的捕捉范围：在电机控制领域应用较广泛。通用PLL集成芯片 MC4044和 MC4046都是采用泵电路和滤波器将脉冲形式的相位误差转换为模拟信号。
泵电路分为电压泵和电流泵两种，在电机转速控制领域一般采用电压泵电路。Margaris等人解释了电压泵PFD在不同应用中表现出不同特性的原因，说明了鉴相特性与滤波器形式之间的关系：采用有源滤波器时，鉴相特性在［-2π，2π］范围内为线性，控制结果存在稳态相位误差；采用无源滤波器时，鉴相特性在［-2π，2π］内为一条折线，转折点的位置与滤波器的参数有关，无源滤波器电路具有积分的性质，稳态时相位误差为零。但电压泵PFD通过电容充放电的方式将表示相位误差的脉冲宽度转换为模拟信号，存在非线性关系，而且采用无源滤波器时的非线性鉴相特性会导致电机转速的上下不对称脉动以及不同转速阶跃的动态性能不同。针对这一问题，Hsieh提出了自适应数字泵控制器。自适应数字泵控制器在相位误差脉冲的有效时间内，用加减计数器对基准脉冲计数，以量化误差为代价将表示相位误差的脉冲宽度转换为数字量。此外，采用可以直接输出与相位误差成正比的直流电压信号的采样保持鉴相器，也可以替代电压泵和滤波器。但是当采样保持鉴相器工作时，其鉴相特性并不是线性的，从而导致了电机稳定运行的zui低转速变高，必须加人补偿网络来解决这一问题。
理论上，PFD捕捉带为无限大，但由于PFD的饱和鉴频特性，单纯依靠PFD进行调速，电机的动态响应并不理想。早期采用相位误差的比例、微分、二次微分控制来改善系统的动态性能，用目标函数zui小化的方法抑制动态的相位波动。采用双模速度控制是改善动态响应、扩大调速范围的有效方法。双模控制器包括两种控制器，在大速度误差范围内采用其他控制方法（如常规PID控制、滑模控制、智能控制等）使转速误差迅速减小，一旦转速误差进人预先设置的误差带，则转入锁相环转速控制。双模控制既获得了良好的动态性能，又有高的稳态精度，但如何实现两种模式的平稳的无扰动切换是关键问题。在常规速度控制时，用硬件对锁相控制器的输出初始化，强迫使两种控制器的输出在切换时相等，消除了切换时的不稳定现象。但由于没有考虑切换瞬间鉴相器的初始相位，因此切换后还需要几个周期的相位捕捉才能使环路入锁，电机转速有时会出现短暂波动。对于具有三角波鉴相特性的鉴相器，在切换瞬间初始相位误差必须满足特定的条件才能保证切换后环路能在单周期内人锁。双模控制避免了鉴相器的非线性工作区，捕捉带的分析已不重要，而为了在切换时环路能够迅速人锁，设置的误差带必需处于锁相系统的快捕带。由于电机存在较大惯性，它的快捕带分析和通常的电子锁相环有本质区别。

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