06、电力电子技术matlab仿真-锁相环

锁相环
1.svpwm调制
（1）、simulink搭建的结构图为
（2）、三相正弦波经过alpha-beta 坐标变换的x-y坐标图形为
（2）、以上结果经过svpwm调制模块后输出的适量顶点轨迹xy图形为
2
2、三相锁相环的设计
（1）、三相锁相环的原理为
三相锁相环的基本原理是基于坐标变换，采用静止坐标变换和同步坐标变换完成鉴相功能（将输入的三相电压经过坐标变换输出输入电压（相位给定）与输出信号的相位差），然后经过滤波器将高频信号过滤，经过pi调节器锁定到输入信号的频率，然后经过积分器对频率w进行积分得到电角度。

最后将输出反馈到输入端，构成闭环系统。

（2）、结构框图为
Pll局部结构图为
（3）、仿真结果与分析1 三相电源中含有谐波电源波形含有五次谐波
电源波形
仿真结果为
当三相电源不平衡时
仿真结果图为
电源波形为
仿真结果图为
对以上仿真结果的具体分析为
如果电源中含有直流分量，在进行abc到dq变换过程中直流分量会自动消失掉，故输出波形中不会含有直流分量
当电源中含有谐波时变换以后会是一个正弦量这个时候在系统
中添加一个滤波器将高频信号过滤掉即可。

其实锁相环最终的输出量为与输入量同相位的基波分量。

3 单相锁相环的设计
结构图为
pll具体结构图为
该仿真电源含有三相谐波。

锁相环设计与MATLAB仿真锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种电路设计技术，用于提取输入信号中的相位信息，并在输出信号中保持输入信号与输出信号的相位差稳定。

PLL广泛应用于通信系统、时钟生成器、频率合成器等领域。

锁相环主要由相位检测器（Phase Detector，PD）、环路滤波器（Loop Filter，LF）、振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）和分频器（Divider）组成。

相位检测器用于比较输入信号和VCO输出信号的相位差，并产生一个低频的误差信号。

传统的相位检测器包括异或门相位检测器（XOR PD）和倍频器相位检测器（Multiplier PD）。

异或门相位检测器适用于窄带相位差测量，倍频器相位检测器适用于宽带相位差测量。

MATLAB提供了用于建模和仿真PLL的工具箱，可以方便地进行相位检测器的设计和性能分析。

环路滤波器用于滤波相位误差信号，根据滤波器的设计方法不同，可以实现不同的环路特性。

传统的环路滤波器包括积分环路滤波器和比例积分环路滤波器。

积分环路滤波器对误差信号进行积分，使得环路系统具有很高的稳定性和抗干扰能力，但响应时间较长。

比例积分环路滤波器在积分环路滤波器的基础上引入比例增益，可以更快地响应相位误差的变化。

振荡器（VCO）根据环路滤波器输出的控制电压来生成输出信号，并提供给分频器进行频率除法操作。

振荡器通常采用压控振荡器（VCO）或电流模式逻辑（Current Mode Logic，CML）结构，可以根据应用需求选择合适的振荡器设计。

分频器用于将振荡器输出的高频信号按照设定的分频比例进行分频，生成与输入信号相位对齐的输出信号。

分频器采用计数器和锁存器设计，计数器用于记录输入信号的周期数，锁存器将计数器的值锁定在一个周期，输出给相位检测器进行相位比较。

锁相环的设计和仿真可以通过MATLAB工具箱进行。

首先，设计相位检测器的传输函数和特性，选择适当的相位检测器类型和设计参数。

锁相环matlab代码锁相环（Phase-Locked Loop, PLL）是一种常用的控制系统技术，用于将一个参考信号的相位与一个输出信号的相位保持在恒定的差值范围内。

在Matlab中，可以使用信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）来实现锁相环。

以下是一个简单的锁相环的Matlab代码示例：matlab.% 参数设置。

fs = 1000; % 采样率。

fref = 10; % 参考信号频率。

fout = 9; % 输出信号频率。

Kp = 1; % 比例增益。

Ki = 0.1; % 积分增益。

Kd = 0.01; % 微分增益。

% 生成参考信号和输出信号。

t = 0:1/fs:1; % 时间向量。

ref_signal = sin(2pifreft); % 参考信号。

out_signal = sin(2pifoutt); % 输出信号。

% 初始化锁相环参数。

phase_error = zeros(size(t)); % 相位误差。

integrated_error = 0; % 积分误差。

previous_error = 0; % 上一时刻误差。

% 锁相环控制。

for i = 2:length(t)。

% 计算相位误差。

phase_error(i) = angle(ref_signal(i) conj(out_signal(i-1)));% 比例控制。

proportional_term = Kp phase_error(i);% 积分控制。

integrated_error = integrated_error + Ki phase_error(i) (1/fs);integral_term = Ki integrated_error;% 微分控制。

derivative_term = Kd (phase_error(i) previous_error) fs;previous_error = phase_error(i);% 总控制信号。

%频偏：-60Hz%相偏：在0－－2*pi内随机分布%程序及结果如下：clear all;close all;%定义锁相环的工作模式：单载波为“1”、BPSK调制为“2”、QPSK调制为“3”PLL_Mode = 3;%仿真数据长度Simulation_Length=1000;%基带信号if PLL_Mode == 1I_Data=ones(Simulation_Length,1);Q_Data=I_Data;else if PLL_Mode == 2I_Data=randint(Simulation_Length,1)*2-1;Q_Data=zeros(Simulation_Length,1);elseI_Data=randint(Simulation_Length,1)*2-1;Q_Data=randint(Simulation_Length,1)*2-1;endendSignal_Source=I_Data + j*Q_Data;%载波信号Freq_Sample=2400;%采样率，HzDelta_Freq=-60; %频偏，HzTime_Sample=1/Freq_Sample;Delta_Phase=rand(1)*2*pi; %随机初相，RadCarrier=exp(j*(Delta_Freq/Freq_Sample*(1:Simulation_Length)+Delta _Phase));%调制处理Signal_Channel=Signal_Source.*Carrier'; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%以下为锁相环处理过程%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%参数清零Signal_PLL=zeros(Simulation_Length,1);NCO_Phase = zeros(Simulation_Length,1);Discriminator_Out=zeros(Simulation_Length,1);Freq_Control=zeros(Simulation_Length,1);PLL_Phase_Part=zeros(Simulation_Length,1);PLL_Freq_Part=zeros(Simulation_Length,1);%环路处理C1=0.22013;C2=0.0024722;for i=2:Simulation_LengthSignal_PLL(i)=Signal_Channel(i)*exp(-j*mod(NCO_Phase(i-1),2*pi)); I_PLL(i)=real(Signal_PLL(i));Q_PLL(i)=imag(Signal_PLL(i));if PLL_Mode == 1Discriminator_Out(i)=atan2(Q_PLL(i),I_PLL(i));else if PLL_Mode == 2Discriminator_Out(i)=sign(I_PLL(i))*Q_PLL(i)/abs(Signal_PLL(i)); elseDiscriminator_Out(i)=(sign(I_PLL(i))*Q_PLL(i)-sign(Q_PLL(i))*I_PL L(i)).../(sqrt(2)*abs(Signal_PLL(i)));endendPLL_Phase_Part(i)=Discriminator_Out(i)*C1;Freq_Control(i)=PLL_Phase_Part(i)+PLL_Freq_Part(i-1);PLL_Freq_Part(i)=Discriminator_Out(i)*C2+PLL_Freq_Part(i-1);NCO_Phase(i)=NCO_Phase(i-1)+Freq_Control(i);end%画图显示结果figuresubplot(2,2,1)plot(-PLL_Freq_Part(2:Simulation_Length)*Freq_Sample);grid on;title('锁相环频率响应曲线');axis([1 Simulation_Length -100 100]);subplot(2,2,2)plot(PLL_Phase_Part(2:Simulation_Length)*180/pi);title('锁相环相位响应曲线');axis([1 Simulation_Length -2 2]);grid on;%设定显示范围Show_D=300; %起始位置Show_U=900; %终止位置Show_Length=Show_U-Show_D;subplot(2,2,3)plot(Signal_Channel(Show_D:Show_U),'*');title('进入锁相环的数据星座图');axis([-2 2 -2 2]);grid on;hold on;subplot(2,2,3)plot(Signal_PLL(Show_D:Show_U),'r*');grid on;subplot(2,2,4)plot(Signal_PLL(Show_D:Show_U),'r*'); title('锁相环锁定及稳定后的数据星座图'); axis([-2 2 -2 2]);grid on;figure%设定显示范围Show_D=300; %起始位置Show_U=350; %终止位置Show_Length=Show_U-Show_D;subplot(2,2,1)plot(I_Data(Show_D:Show_U));grid on;title('I路信息数据');axis([1 Show_Length -2 2]);subplot(2,2,2)plot(Q_Data(Show_D:Show_U));grid on;title('Q路信息数据');axis([1 Show_Length -2 2]);subplot(2,2,3)plot(I_PLL(Show_D:Show_U));grid on;title('锁相环输出I路信息数据');axis([1 Show_Length -2 2]);subplot(2,2,4)plot(Q_PLL(Show_D:Show_U));grid on;title('锁相环输出Q路信息数据');axis([1 Show_Length -2 2]);。

锁相环的matlab的仿真程序（PLL matlab simulation program）% phasell。

M%锁相环（PLL），调整一个本地振荡器的相位。

%与输入的调制信号。

这样的阶段%输入信号被锁定，信号解调。

%也用于PM和FM。

我们将使用闭环系统来实现它。

控制系统这里应用了%技术。

%*********************************************************** ***锁相环一阶闭环透过率的%阶跃响应% h（s）= 1；%系统类型号= 1；%道/ thetai（输出/输入阶段）关闭所有千伏= 1；KD＝1；DT = 0.01T＝0：dt：2u =（1，长度（t））G11 = [ TF（[ 2 * pi *千* KD ]、[ 1 2 * pi *千* KD ]）]为其传递函数在给定的讲义[ 11 ] = lsim（G11，U，T）图形情节（t，Y11）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（第一阶'step响应闭环率”）%*********************************************************** ****锁相环一阶闭环误差透过率的阶跃响应所有其他因素h（s）等在这里都一样。

%中来/ thetai（相同的解释。

如上）G12 = [（[ 1，0 ]，TF [ 1 2 * pi *千* KD ]）]误差透过讲义中给出[ 12 ] = lsim（G12，U，T）图形情节（t，Y12）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（第一阶'step响应闭环误差率”）%*********************************************************** *****锁相环一阶闭环透过率的%阶跃响应VCO与输入信号相位之间的百分比% h（s）= 1；%系统类型号= 1；% v2 / thetaiKD＝1；G13 = [ TF（[ 0 ] [ 1 KD，2 * pi *千* KD ]）]为压控振荡器的电压和输入信号透过率[ 13 ] = lsim（G13，U，T）图形情节（t，Y13）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（第一阶'step响应闭环透光率的B / W的VCO和输入阶段”）%*********************************************************** *********锁相环二阶闭环透射率的阶跃响应%系统类型号= 2；%道/ thetai= 3.15ζ= sqrt（（π*千* KD）/（2 *））omegan = sqrt（2 * pi *伏* KD *）G21 = [（[ 2 *泽塔* TF omegan omegan ^ 2 ]、[ 1 2 *泽塔* omegan omegan ^ 2 ]）]【Y21 T ] = lsim（G21，U，T）图形情节（t，Y21）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（二阶锁相环的环路闭合'step响应率）%*********************************************************** **********锁相环二阶闭环误差透过率的阶跃响应%系统类型号= 2；% / thetai中来G22 = [（[ 0 ] 0 TF 1，[ 1 2 *泽塔* omegan omegan ^ 2 ]）]【Y22 T ] = lsim（G22，U，T）图形情节（t，Y22）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（二阶锁相环的环路闭合'step响应误差率）%*********************************************************** **********锁相环二阶闭环透射率的阶跃响应VCO与输入信号相位之间的百分比%系统类型号= 2；% v2 / thetaiG23 = [ TF（KD KD * [ 0 ]、[ 1 2 * pi *千* 2 * pi *千* KD KD ]）]【Y23 T ] = lsim（G23，U，T）图形情节（t，Y23）xlabel（秒的时间）ylabel（幅度标准”）标题（二阶'step响应闭环透光率的B / W的VCO和输入阶段”）%*********************************************************** ***************%锁相环。

摘要锁相环是一个能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统。

它广泛应用于无线电的各个领域，并且，现在已成为通信、雷达、导航、电子仪器等设备中不可缺少的一部分。

根据虚拟无线电技术的特点和锁相环的基本原理,提出一种适于计算机软件化实现的锁相环数学模型,分析不同参数对锁相环捕获和跟踪性能的影响,得出不同情况下参数设定的基本准则。

计算机仿真结果表明,软件锁相环在加性高斯白噪声信道下具有较好的捕获与跟踪性能。

最后提出软件锁相环在测控系统中实现信号实时处理的优化方借助于MATLAB中的Simulink仿真软件，在Simulink中利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型。

先借助模拟锁相环直观形象、易于理解的特点，通过锁相环在频率合成方面的应用，先对模拟锁相环进行了仿真，对锁相环的工作原理进行了形象的说明。

在模拟锁相环的基础上，重新利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型，通过仿真达到了设计的目的，验证了此全数字锁相环完全能达到模拟锁相环的各项功能要求。

关键词：锁相环，压控振荡器，锁定,MATLAB，Simulink，频率合成，仿真模块ABSTRACTPhase-locked loop is a closed loop frequency control system,which functioning is based on the phase sensitive detection of phase difference between the input and output signals of the controlled oscillator.It has been widely used in all aspects in radio field and ,has becomed a indispensable part in communication、radar、nevigation and electronic equipments.But with the disign complexity of phase-locked loop in works,there will meet a lot of datas and a long simulation time if simulating the PLL with SPICE ,what is worse, which need to simulate several times to extract the disign parameters,at that way,the disign term will be extended.With the help of flexibility and palpability of Matlab’s simulink,the behavioral model of DPLL is builded using the block in simulink based on the frequency systhesis.Through the DPLL applicating in frequency systhesis,the principle of phase-locked loop and the work process is simulated. According to the characteristics of the Virtual Radio technology and the basic theory of the Phase Look Loop ( PLL) ,this paper puts forward the mathematicalmodel of the PLL which is suitable for software realization by the computer. In this paper,the influences of the parameters to the cap ture performance and the tracking performance are analyzed, and the basic p rincip le of the parameter setting in different conditions is given. The results of the simulation p rove that the cap ture performance and the tracking performance of Software PLL in AdditiveWhite Gaussian Noise are good. At the last of the paper, the op timized method of the PLL signal realtime p rocessing in the Tracking, Telemetering and Control System is p resented.KEYWORDS: MATLAB, phase-lockedloop, V oltage-controlledoscillator ,locked,simulink, frequency systhesis, simulationmodel。

本科生毕业设计（申请学士学位）论文题目基于Matlab的数字锁相环的仿真设计作者姓名专业名称电子信息工程指导教师2014年5月学生：（签字）学号：答辩日期：2014 年 5 月24 日指导教师：（签字）目录摘要 (1)Abstract (1)1 绪论 (2)1.1 本文研究背景 (2)1.2 本文研究意义 (2)1.3 锁相环和仿真方式 (2)1.3.1 锁相环 (2)1.3.2 仿真方式 (2)1.4 本文研究内容 (3)2 模拟锁相环Matlab仿真 (3)2.1 模拟锁相环方案 (3)2.1.1 模拟鉴相器 (3)2.1.2 模拟低通滤波器 (6)2.1.3 模拟压控振荡器 (7)2.2 模拟锁相环仿真 (8)2.3 本章小结 (9)3 数字锁相环Matlab仿真 (10)3.1 数字锁相环方案 (10)3.1.1 数字鉴相器 (10)3.1.2 数字滤波器 (12)3.1.3 数字压控振荡器 (13)3.2 数字锁相环仿真 (14)3.3 本章小结 (15)4 总结与展望 (15)参考文献 (16)致谢 (18)基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要：锁相环是一种能够自动跟踪信号相位并达到锁频目的的闭环负反馈系统。

数字锁相环在无线电领域得到较广泛的应用和发展。

而且已经成为雷达、通信、导航等各类电子信号产品不可替代的元器件之一。

锁相环的窄带跟踪性能使其得到较广泛应用。

因为锁相技术在实际应用中较为复杂，所以锁相环的设计通常采用仿真设计这种方式。

本次设计采用Matlab这一软件进行辅助仿真设计，完全能达到设计预期的目标。

Matlab中的Simulink仿真软件,具有很强的灵活性和直观性。

本次设计所采用的方法是在simulink中搭建模拟锁相的模型，并对模拟锁相环的组成、结构、设计进行不断的分析和改进。

然后根据模拟锁相环的原理进行改进，并搭建数字锁相环。

关键词：锁相环；自动跟踪；matlab；simulinkSimulative design of digital phase-locked loop based on MatlabAbstract:PLL is the automatic tracking system of close loop atracking signal phase. It is widely used in various fields of radio. It has become an irreplaceable part of radar, communication, navigation and all kinds of electronicsignal device. PLL is able to be widely used. Because, it has unique narrow-band tracking performance. However, because of the complexity of phase lock technique, for the design of PLL have brought great difficulty. This design uses Matlab, the simulative software for design assistance, can completely meet the design expectations. Simulink simulative software on Matlab, has strong flexibility and intuitive. Methods used by this project is to build the analog phase locked in the Simulink model, and the composition, structure, design of analog phase-locked loop of continuous improvement and analysis. It improved according to the principle of analog PLL, build digital phase-locked loop in Simulink, and then reach the simulation design of digitalphase-locked loop based on Matlab the design objective .Key words: PLL, Automatic tracking, Matlab, simulink1 绪论1.1 本文研究背景19世纪30年代法国H.de Bellescize首次提出同步检波这一概念，并且设计出锁相环电路这一划时代的研究成果 [1]。

基于Matlab的数字锁相环的仿真设计摘要：锁相环是一个能够跟踪输入信号相位变化的闭环自动跟踪系统。

它广泛应用于无线电的各个领域，并且，现在已成为通信、雷达、导航、电子仪器等设备中不可缺少的一部分。

然而由于锁相环设计的复杂性，用SPICE对锁相环进行仿真，数据量大，仿真时间长，而且需进行多次仿真以提取设计参数，设计周期长。

本文借助于Matlab中Simulink仿真软件的灵活性、直观性，在Simulink 中利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型。

先借助模拟锁相环直观形象、易于理解的特点，通过锁相环在频率合成方面的应用，先对模拟锁相环进行了仿真，对锁相环的工作原理进行了形象的说明。

在模拟锁相环的基础上，重新利用仿真模块搭建了全数字锁相环的仿真模型，通过仿真达到了设计的目的，验证了此全数字锁相环完全能达到模拟锁相环的各项功能要求。

关键词：锁相环，压控振荡器，锁定，Simulink，频率合成，仿真模块1引言1932年法国的H.de Bellescize提出同步捡波的理论，首次公开发表了对锁相环路的描述。

到1947年，锁相环路第一次应用于电视接收机的水平和垂直扫描的同步。

到70年代，随着集成电路技术的发展，逐渐出现集成的环路部件、通用单片集成锁相环路以及多种专用集成锁相环路，锁相环路逐渐变成了一个成本低、使用简便的多功能组件，为锁相技术在更广泛的领域应用提供了条件。

锁相环独特的优良性能使其得到了广泛的应用，其被普遍应用于调制解调、频率合成、电视机彩色副载波提取、FM立体声解码等。

随着数字技术的发展，相应出现了各种数字锁相环，它们在数字信号传输的载波同步、位同步、相干解调等方面发挥了重要的作用。

而Matlab强大的数据处理和图形显示功能以及简单易学的语言形式使Matlab在工程领域得到了非常广泛的应用，特别是在系统建模与仿真方面，Matlab已成为应用最广泛的动态系统仿真软件。

利用MATLAB建模可以快速地对锁相环进行仿真进而缩短开发时间。

基于matlab的全数字锁相环的设计与实现
全数字锁相环在微型机控制系统中被广泛应用，它能够通过控制脉冲重复率来控制检测信号的角度位置。

本文介绍如何使用Matlab来设计，以及在实际系统中实现一个全数字锁相环。

界面及模型的设计
首先，我们使用Matlab建立一个简单的GUI界面，以实现设定各项参数，以及便于观察系统数据的功能。

该界面包括可控变量，输入和输出变量以及控制参数三个部分，根据系统具体要求调整不同变量的值，以获得最佳性能。

然后，根据硬件设备的特性和系统要求，我们在Matlab中建立一个可表达系统真实行为的模型，并调整参数，将GUI界面设置的参数映射到模型上，以得到期望的结果和性能。

其中，模型的构成包括：比较电路、相位比较器、滤波电路、激励采样电路、控制逻辑等。

硬件和固件的实现
接着，根据模型获得的参数，我们使用C语言在DSP或MCU上编写实时系统固件，以便实现基于模型的控制算法，实时调整检测信号的角度位置。

此外，基于硬件资源的限制，在设计过程中，可以根据实际需求和模型分析结果，采用软件/硬件混合的方法设计相应的功能，以降低系统硬件资源的占用。

仿真与验证
最后，我们使用Matlab作为仿真平台，对所设计的模型进行仿真分析，验证模型的正确性，确保模型的准确性与实时性。

实验结果表明，基于Matlab的全数字锁相环设计方法以及在实际系统中实现，基本上是可行的。

不仅可以满足系统检测信号角度位置的控制要求，还可以很好地保证系统性能和可靠性。