电机控制中的锁相环（PLL）设计详解

电机控制中的锁相环（PLL）设计详解

锁相环（PLL）是电机控制中的关键技术之一，广泛应用于永磁同步电机（PMSM）的无感FOC控制中。本文将从控制框图、理论公式到代码实现，全面介绍电机控制中的锁相环设计，帮助读者深入理解这一重要技术。

前言

本文着重参考了以下文献内容：

• 【电机控制】PMSM无感FOC控制（八）锁相环（PLL）的应用
• 永磁同步电机无速度算法–滑模观测器（PLL）
• 锁相环（PLL）基本原理
• PLL锁相环带宽定义，以及PI参数自动整定
• 使用频率响应法计算锁相环带宽
• 【PLL】为什么 环路带宽是参考频率的1/10

一、控制框图

锁相环（PLL）主要由三个部分组成：

• 鉴相器（PD）：起到相位比较器作用，它对输入信号相位ui(t)与输出信号相位uo(t)的相位进行比较，产生误差 ud(t)。
• 环路滤波器（LF）：环路滤波器作用是滤除误差的高频成分和噪声，并改善锁相环路的噪声性能，输出uo(t)信号的频率uc(t)。
• 压控振荡器（VCO）：根据来自滤波器的输出信号频率uc(t)调整其输出信号uo(t)。

二、理论公式

1. PD累计误差

2. LF环路滤波Kp，Ki调参

3.VCO 累计误差

三、代码实现

将理论公式离散化处理：

1. PLL计算

pv->Theta_Err = -(alpha*arm_cos_f32(pv->Theta)) + (-beta)*arm_sin_f32(pv->Theta);					//通过矢量叉乘或者角度误差
pv->Omega += pv->Kp*(pv->Theta_Err - pv->Theta_Err_last) + TS*pv->Ki*pv->Theta_Err;				//经过PI调节器获得转速，转速为弧度制电角速度

2. 参数初始化

PLL_SMO_Para.Kp = 540.35f;					//阻尼比为1，带宽为43Hz		Kp=2ζω0			ω0=2pi
PLL_SMO_Para.Ki = 72995.6f;					//Ki=(ω0)^2

PLL_HFI_Para.Kp = 540.35f;					//阻尼比为1，带宽为43Hz		Kp=2ζω0/k2			ω0=2pi
PLL_HFI_Para.Ki = 72995.6f;					//Ki=(ω0)^2/k2

四、参考文献

• 【电机控制】PMSM无感FOC控制（八）锁相环（PLL）的应用
• 永磁同步电机无速度算法–滑模观测器（PLL）
• 锁相环（PLL）基本原理
• PLL锁相环带宽定义，以及PI参数自动整定
• 使用频率响应法计算锁相环带宽
• 【PLL】为什么 环路带宽是参考频率的1/10

总结

本文简单介绍了电机控制中的锁相环（PLL）设计，欢迎在评论区进行深入讨论。