单相锁相环基于DSP的数字实现

一种基于DSP的软件锁相环模型与实现随着大规模集成电路及高速数字信号处理器的发展，通信领域的信号处理越来越多地在数字域付诸实现。

软件锁相技术是随着软件无线电的发展和高速DSP的出现而开展起来的一个研究课题。

在软件无线电接收机中采用的锁相技术是基于数字信号处理技术在DSP等通用可编程器件上的实现形式，由于这一类型锁相环的功能主要通过软件编程实现，因此可将其称为软件锁相环（software PLL）［1］。

尽管软件锁相环采用的基本算法思想与模拟锁相环和数字锁相环相比并没有太大变化，然而其实现方式却完全不同。

本文将建立软件锁相环的Z 域模型，分析软件锁相环中的延时估计、捕获速度及多速率条件下的软件锁相环模型问题［1］。

　1软件锁相环的基本模型在模拟锁相环的基础上，利用数字、模拟系统彼此之间的联系，以二阶二型锁相环为例建立软件锁相环的Z 域模型。

文献［2］详细给出了锁相环的基本模型和原理。

如果将锁相环的基本部件采用软件编程的形式实现，就可以得到软件锁相环的基本组成，如图1所示。

首先从模拟锁相环的S域模型出发得到软件锁相环的Z 域模型（二阶二型模拟锁相环的S 域模型请参阅文献［2］）。

由于双线性变换是联系模拟系统与数字系统的一个重要方法，具有转换简单且表达式清晰明了的特点［3］，因此本文选择双线性变换法作为模拟锁相环与软件锁相环之间的转换基础。

　式(1)是双线性变换法的复频域表达式：其中：T是联系数字系统与模拟系统的采样时间间隔，1/T表示采样频率。

根据该转换关系，对S域模型各部分对应的数字复频域表达式进行转换，可以得到如图2所示的复频域模型。

　在实际应用中，二阶线性系统常采用阻尼因子ξ、无阻尼振荡频率ωn描述。

在二阶二型锁相环中，τ1，τ2 ，K 与ξ，ωn之间的对应关系如下：在式(1)和式(2)的基础上对图2进行等效变换，可以得到软件锁相环的另一个线性相位Z域模型，如图3所示。

　在模型Ⅰ中，参数τ1，τ2和K与实现电路功能的电阻、电容、压控振荡器密切相关。

基于DSP的单相载波电能表算法优化一、引言随着电力系统的快速发展和智能电网的不断推进，电能表作为电力系统中的关键设备之一，承担着电能计量和信息采集的重要任务。

为了提高电能表的准确计量能力和稳定性，以及实现数据远传和远程控制等功能，各种基于数字信号处理（DSP）的算法应运而生，并取得了较好的应用效果。

本文将针对基于DSP的单相载波电能表算法进行优化的任务，从算法的基本原理、优化方法和实际应用等方面进行深入探讨，以期能够对相关领域的研究和开发工作具有一定的借鉴意义。

二、基于DSP的单相载波电能表算法基本原理基于DSP的单相载波电能表算法主要是通过采集电能信号，并利用数字信号处理技术进行处理和计算，最终实现准确计量和数据通信等功能。

其基本原理可以概括为以下几点：1. 载波通信原理：单相载波电能表采用载波通信技术，通过在电力线上叠加高频载波信号来传输数据。

接收端通过解调和解调多普勒等技术，将叠加在电力线上的载波信号分离出来，从而实现数据通信。

2. 电流、电压采集与处理：基于DSP的电能表通过电流互感器和电压采样器，对电力线上的电流和电压信号进行精确采集，并进行滤波、增益调整及数字化处理等，得到准确的电能信号。

3. 有功、无功功率计算：通过对采集到的电流和电压信号进行相位对齐和乘积计算，可以准确地得到有功和无功功率的数值。

4. 脉冲信号计数：电能表通常还具有脉冲输出功能，通过对有功或无功电能的计数，可以实现电能计量的目的。

基于DSP的算法可以准确地对脉冲信号进行计数并解码，从而得到准确的电能数据。

三、基于DSP的单相载波电能表算法优化方法为了进一步提高基于DSP的单相载波电能表的计量准确性和稳定性，可以采用以下优化方法：1. 算法优化：对于算法中的数字滤波器、增益调整、乘积计算等关键模块，可以通过优化算法的设计和参数选择，提高其计算精度和抗干扰能力。

2. 噪声抑制：采用降噪技术和滤波算法，对电流和电压信号进行处理，减少噪声的干扰，从而提高测量结果的准确性。

基于DSP的软件锁相环的实现点击数：140洪君，黄沃林，罗剑（广州骏发电气有限公司，广东广州511400）摘要针对传统锁相环存在硬件电路复杂、易受外界环境干扰及锁相精度不高等问题，介绍了一种基于数字处理器TMS320F2812 实现对电网电压软件锁相功能的设计方案，并给出了过零检测电路和部分软件设计流程图。

通过实验证明，软件锁相环能够对基波及一定频率范围内的谐波电压实现准确的相位锁定，由于软件锁相环功能主要由DSP完成，简化了硬件电路，具有更强的抗干扰能力和实际应用效果。

关键字软件锁相环；过零检测；相位捕捉AbstractKeywords0 引言准确获取电网基波及谐波电压的相位角，在变频器、有源滤波器等电力电子装置中具有重要的意义，通常需要采用锁相环得以实现。

传统锁相环电路一般由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器及分频器组成，其工作原理是通过鉴相器将电网电压和控制系统内部同步信号的相位差转变成电压信号，经环路滤波器滤波后控制压控振荡器，从而改变系统内部同步信号的频率和相位，使之与电网电压一致。

传统锁相环存在硬件电路复杂、易受环境干扰及锁相精度不高等问题，随着大规模集成电路及数字信号处理器的发展，通过采用高速DSP 等可编程器件，将锁相环的主要功能通过软件编程来实现。

本文设计的锁相环控制系统采用数字处理器TMS320F2812 芯片实现对电网基波及特定次谐波电压相位的跟踪和锁定。

1 软件锁相环的设计方案1.1 工作流程基于DSP的软件锁相环设计此方案的基本思路是通过采样电压过零点获取同步信号，采用DSP 内部定时器的循环计数产生同步信号来实现压控振荡器和分频器的功能，即通过改变定时器的周期或最大循环计数值的方法来改变同步信号的频率和相位，同时对电压进行A/D 转换及数据处理，得出基波及谐波电压的相位与频率，调整SPWM 正弦表格指针地址完成对基波及谐波电压的锁相功能，其工作流程如图1 所示。

通常，过零信号可以通过检测电网三相电压中任一相的过零点获取。

DSP锁相基于DSP的光伏并网发电系统数字锁相技术在光伏并网发电系统中，需要实时检测电网电压的相位和频率以控制并网逆变器，使其输出电流与电网电压相位及频率保持同步，即同步锁相。

同步锁相是光伏并网系统一项关键的技术，其控制精确度直接影响到系统的并网运行件能。

倘若锁相环电路不可靠，在逆变器与电网并网工作切换过群中会产生逆变器与电网之间的环流，对没备造成冲击，这样会缩短设备使用寿命，严重时还会造成设备的损坏。

TI公司生产的高速数字信号处理器TMS320C2000系列，不仅体积小、功耗小、可靠性高，而且内部集成了12路PWM发生器、6路CAPTURE单元电路等外设电路，非常适合于PWM信号的控制及锁相环的数宁实现。

本文采用了一种基于DSP芯片TMS320C2407A实现光伏并网系统数字锁相的与法，并给出了实验结果。

1 锁相的原理锁相环是一个闭环的相位控制系统，能够自动跟踪输入信号的频率和相位。

利用锁相环技术可以产生同步于输入信号的整数倍频或分数倍频的输出控制信号。

锁相环的基本结构是由签相器(PD)、环路滤波器(LF)、压控振荡器(VC0)和倍频器(MF)等组成，如图l所示。

倍频器实现对输出信号Uo进行整数或分数倍频。

鉴相器是用来比较输入信号Ui与倍频器输出的锁相信号Ub之间的相位差，并把该相位差转化为电压信号Ue。

环路滤波器通常具有低通特性，作用是滤除电压信号Ue中高频分量与其它噪声信号，产生稳定的电压控制信号Ue。

压控振荡器的振荡频率受电压控制信号Ue的控制，完成电压-频率的变换作用，从而实现锁相。

特殊情况，当倍顿器的倍频数为1时，即Ub=Uo，这时实际上实现了输出信号Uo与输入信号Ui之间的直接锁相。

一般来说，锁相可分为模拟锁相和数字锁相两种。

衡量锁相性能的三个技术指标是锁相范围、锁相速度和稳定性。

传统的模拟锁相电路复杂，器件参数需要调整，存在温度漂移，精度不高。

而采用数字锁相方法，可有效消除模拟方法的缺点，同时具有控制灵活，装置升级方便，可在线修改与调试，可靠性高，维护便利等优点，是PLL技术发展的趋势。

基于DSP的单相PFC控制器的研究摘要：本文在平均电流模式控制的基础上，设计了一种控制电路基于数字信号处理器（DSP）、主电路采用Boost变换器拓扑结构的全数字单相功率因数校正器；用数字控制电路代替传统的模拟电路来实现整个控制回路，最终使得校正器具有输入功率因数接近于1，低电流谐波以及高转换效率的特性.关键词：功率因数校正器（PFC） Boost变换器 数字控制A DSP-Based Control Strategy for Single PhasePower Factor CorrectorAbstract：The paper introduce the design and implementation of a fully digital controlled single-phase boost power-factor corrector with fast response，which based on average current mode.The control-loop circuit is realized by using digital control in place of analog control and the corrector can tend to unity power factor, lower current harmonics and high transfer efficiency.Keywords: Power Factor Corrector Boost Converter Digital Control1 引 言随着IEC1000-3-2等国际标准的颁布和强制执行，功率因数校正技术已成为电力电子领域的一个研究热点。

多年来，功率因数校正电路一直由专用PFC控制芯片组成的电路来实现，然而，这种专用芯片控制的电路本身具有模拟电路固有的缺陷，像元器件老化及热飘移问题，系统不灵活，难以实现进一步的优化，只能实现一些简单的控制算法等等。

基于DSP的软件锁相环的实现软件锁相环（Software-Defined Phase-Locked Loop，简称软件锁相环，简写为SDPLL）是一种基于数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）的锁相环控制算法。

它通过使用数字信号处理器来执行各种计算和调整，实现了锁相环的全部功能。

锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种闭环控制系统，用于将输入信号的频率和相位与参考信号保持同步。

传统的锁相环通常使用模拟电路来实现，而软件锁相环则通过数字信号处理器中的算法和计算来实现。

软件锁相环的实现步骤如下：1.采样输入信号：软件锁相环首先需要采样输入信号，通常使用高速模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

2.数字信号处理：采样得到的数字信号经过数字信号处理器进行各种运算和处理。

首先，对信号进行滤波，以去除不需要的频率成分。

然后，进行频率和相位的测量。

这可以通过计算信号的快速傅里叶变换（FFT）来实现。

另外，还可以使用相关函数或自相关函数来测量相位。

3.锁相环控制：基于测量得到的频率和相位信息，软件锁相环通过控制数字信号处理器内部的参数来调整输出信号的频率和相位，使其与参考信号同步。

控制算法通常包括PID控制等经典控制方法，以及其他更复杂的先进算法，如模糊逻辑控制、神经网络控制等。

4.输出信号生成：根据锁相环控制算法的计算结果，软件锁相环生成调整后的输出信号。

通常，使用数字信号处理器内部的数字频率合成器（NCO）来生成所需的频率和相位。

软件锁相环具有以下优点：1.灵活性：软件锁相环可以根据不同的需求进行定制，可以实现更复杂和灵活的控制算法，适应不同的应用场景。

2.可编程性：软件锁相环的算法和参数可以通过编程进行调整和改变，不需要修改硬件电路，提高了系统的可调性和可维护性。

3.数字精度：软件锁相环的计算和控制都是基于数字信号处理器进行的，具有很高的计算精度和稳定性。

sogi锁相环原理SOGI锁相环原理引言：锁相环（phase-locked loop，简称PLL）是一种常用于时钟恢复、频率合成、频率调制解调等信号处理电路的核心技术。

而SOGI锁相环作为一种新型的锁相环结构，在信号处理中具有较高的性能和适应性。

一、SOGI锁相环的概念及结构SOGI锁相环是由信号正交化器（SOGI）和传统锁相环（PLL）组成的。

其中，信号正交化器是SOGI锁相环的核心部分，用于将输入的信号分解成正交信号，从而提高系统的稳定性和抗干扰能力。

二、信号正交化器的原理信号正交化器的原理是基于数字信号处理（DSP）技术，通过将输入信号分别与正弦波和余弦波进行乘积运算，实现信号的正交分解。

具体步骤如下：1. 将输入信号经过低通滤波器进行预处理，去除高频噪声和杂散干扰。

2. 将预处理后的信号分别与正弦波和余弦波进行乘积运算，得到两个正交信号。

3. 对得到的正交信号进行滤波处理，得到锁相环的参考信号和相位差信号。

三、传统锁相环的原理传统锁相环由相位比较器、环路滤波器和控制电压发生器等组成。

其工作原理如下：1. 相位比较器将输入信号与参考信号进行比较，得到相位差信号。

2. 环路滤波器对相位差信号进行滤波，得到控制电压。

3. 控制电压发生器将控制电压转换为输出信号，用于驱动被控设备。

四、SOGI锁相环的优势相比传统锁相环，SOGI锁相环具有以下优势：1. 信号正交化器可以有效提高系统的稳定性和抗干扰能力，减小由于噪声和干扰引起的相位误差。

2. SOGI锁相环可以在输入信号频率变化范围较大的情况下仍能保持较高的稳定性和精度。

3. SOGI锁相环通过信号正交化技术，可以减小由于输入信号频率偏离锁定频率而导致的相位失锁现象。

五、SOGI锁相环的应用SOGI锁相环广泛应用于通信系统、雷达系统、电力系统等领域，具体应用包括：1. 时钟恢复：SOGI锁相环可以提取输入信号中的时钟信息，使得系统能够同步恢复时钟信号。