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文档简介

兰州交通大学毕业设计(论文)英文翻译中文摘 要 由于感应加热电源在工作时,其负载谐振频率不断变化。为了提高电源的效率,它要求逆变器输出频率可以跟随变化的负荷,即频率跟踪控制的固有频率。针对频率跟踪控制系统的不足,本文提出了一种方法,锁相回路(PLL)跟踪系统输出频率的实时控制电源,并引入了适合的逆变器数学模型,并提供使用PSPICE模,证明该系统善于频率跟踪。关键词:感应加热电源,频率跟踪,锁相环1 引言在加热的过程中,由于负载因素,如温度及熔化等,负载等效参数发生变化,从而导致固有负载频率变化。为了使逆变器在功率因数接近或等于1谐振状态下工作,感应加热电源通过锁相环进行电源频率跟踪技术,1.1 锁相环频率跟踪的基本原理和数学模型1.1.1 锁相环的基本组成和原理 锁相环频率跟踪环路是负反馈控制系统。它是由鉴相PID,环路滤波器LPF和压控振荡器VCO三个基本部分组成基本部件如图1.1所示。图1.1 锁相环的基本部件锁相环的工作原理:首先使输入信号的角频率的等于0。但是0使VCO的中心频率,即是控制电压等于0时的频率,此时,Phaseet是零,所以输出的鉴相是零,所述低通滤波器的输出是必须为零。因此该VCO的输出频率必须是中心频率。如果输入信号的频率的是不相等0,鉴相器的输出能产生非误差,低通滤波器将产生输出信号。这将减少VCO的中心频率,以不同的方向变化现在假设输入信号在时刻位,输入信号的相位从所述输出信号的相位开始,两个会产生相位差并且随时间增加。这时由鉴相生成输出信号也随时间增加。经过滤波电路延迟后,的同时也增加,这使得VCO频率的升高,相位差减小。经过一段时间,VCO的输出频率将恰恰等于输入信号的频率,其是否最终相位差是否减少,这取决于要使用的环路滤波电路的类型。1.1.2数学模型 Kd为鉴相灵敏度,Kv是压控振荡器的灵敏度,F(s)是环路滤波器的传递函数 锁相环数学模型基本框图如图1.2所示。图1.2 锁相环的线性模型相位检测器PD是一个比例部分,其传递函数为: (1) 环路滤波器属于外的组件,它的结构和参数是未知的,瞬态来表示其传递函数。根据反馈控制理论,当开环传递函数为系统,具有良好的性能。因此,可以设计为环路滤波器传递 (2) 电压控制振荡器(VCO)是电压和频率变换装置,它的振荡频率作为输入控制电压的线性变化。其瞬时角频率由控制电压的控制,使得其频率靠近输入的频信号,直到频率差消失,环路锁定。 VCO的角频率-电压特性示于图3中。图上的中心频率是没有VCO控制电压=0。除了振荡频率的偏压,被称为固有振荡频率。与为中心,在更大的范围内变化,应该与的是成线性关系,在线性范围中,控制特性由下公式: 是坡度的电压-控制振荡器特性曲线,它表示单元的控制电压可以使角频率变化的电压的大小控制振荡器。所以也被称为压控振荡器控制灵敏度,单位为rad/S / V。图1.3 VCO的角频率-电压特性在相位锁定回路(PLL)中,从图的相位特性的点,电压控制振荡器鉴相器输出的不是瞬时角频率,是瞬时相位,瞬时相位可以通过公式求得积分亦即 在频域表示为:这样的压控振荡器VCO作为传递函数:在式中,是与作为基准输出的瞬时相位。锁相环可以表示为基本方程的线性电路: 开环传递函数为:闭环传递函数为: 根据锁相环的和系统的具体的数学模型以及锁相环的要求,下面我们将构造合理的锁相环,在Pspice的软件仿真模型,确定合理的系统参数,使之有更快的响应速度和较小的稳态误差。2 PPL的仿真模型的建立 在Pspice的软件和仿真软件里面,没有现成的模式是可用的,为了实现锁相环的基本功能,我们必须构建合理的仿真模型。2.1 鉴相器的仿真模型的建立鉴相器仿真模型如图2.1所示。图2.1 鉴相器仿真模型图4是电压类型鉴别器的仿真模型-相位鉴别器电路,该鉴相器输出接近直流电压误差。工作波形图如图2.2所示。图2.2 电压类型鉴别器的仿真模型-相位鉴别器波形2.1 环路滤波器的仿真模型 环路滤波器(LPF)是锁相环电路的重要组成部分,其基本频率为由环路滤波器确定的,有源滤波器是最接近理想滤波器,从理想的模拟结果看,模拟使用有源比例积分过滤器,它具有两个独立的可调参数和滞后-先进的功能,其良好的环路的稳定性。有源比例积分滤波器如图2.3所示。图2.3有源比例积分滤波器2.3 压控振荡器的模拟模型 在本文中,我们使用了宏模型的方法,建立VCO的仿真模型。从式(8)可见,在锁相环(PLL),压控振荡器是一个理想的不可或缺的作用,输出电压的电压控制振荡器,可以表示为: (12)在式(12)中是电压控制振荡器的输出信号的振幅,是压控振荡器固有振动角频率,是压控以其固有的振动频率与重量振荡器输出信号瞬时作为参考。 (13)由(12)和(13)得,的可以表示为: (14) 根据公式(14)在Pspice的软件构造模拟VCO的模型。如在图2.4中示出。图2.4 VCO仿真模型2.4 锁相环的仿真模型的结构考虑到锁相环(PLL)的复杂性,PSPICE软件可以在相鉴相器(PD)和子电路模块化的压控振荡器(VCO),可以得到锁相环的模型图如图2.5所示。图2.5 锁相环的模型图其中,是输入方波信号,频率f:my - PD是鉴相器模块,其为图4所示电路;my-VCO是压控振荡器VCO模块,其电路如图7所示。2.5 Pspice仿真锁相环在锁相环设计过程中,特定的参数,主要包括:12 V,T,K等。根据低通滤波器的数学模型表达 设定输入信号的频率为,所述VCO的自由振荡频率为。锁相环模拟波形示如图2.6中,实线表示输入信号,虚线表示VCO的输出信号。图2.6(a) 图2.6(b) 图2.6(c) 如图2.6(a)所示,当兆赫,由于输入信号的频率和压控振荡器的频率是一致的,PLL实施捕捉输入和输出已经没有区别,捕获时间为约6微秒; 从图图2.6(b)中得到,当兆赫中,兆赫时,由于输入信号频率和反馈信号用0.1兆赫的频率偏移,首先环路频率捕捉,当反馈信号稳定在1.1兆赫,锁相环进入区域中,相位也终于达成,捕捉时间约20s的时间。可以从图图2.6(c)中看出,兆赫中,兆赫时,由于输入信号的频率和反馈信号频率0.1兆赫偏置,循环频率捕获第一,当反馈信号稳定在0.9兆赫,进入锁相环区,也终于到达

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