一種單相電壓數字鎖相方法技術

本發明專利技術涉及一種單相電壓數字鎖相方法，構建一個與待測電壓信號相似的預設電平信號；在控制過程中，根據PI控制器輸出的增量角頻率與基準角頻率累加獲取的角頻率調整預設頻率，控制使得兩個電壓信號對應的電平矢量的相位差分量趨近為0，在控制達到穩態時，輸出的相位角跟蹤待測信號的相位，完成鎖相功能。本發明專利技術利用待測電壓信號的當前采樣點和之前的第k?n個采樣點構成電平矢量，控制過程中，只需保留n個采樣點，當n=1時，只需保留1個采樣周期的采樣值，占用的存儲空間極少，且計算簡便實用，可應用于產品開發。

Single phase voltage digital phase locking method

The invention relates to a single-phase voltage digital phase-locked method to construct a similar voltage signal to be measured the preset level signal; in the control process, according to the angular frequency adjustment incremental PI controller output angular frequency and the reference angle frequency cumulation acquisition preset frequency, control of the phase two level vector voltage signal corresponding to the difference component reaching 0, in the control at steady state, the phase angle phase output tracking of the signal, complete phase lock function. The invention uses the sampling points of the measured voltage signal and the K before n sampling points constitute the level vector control process, only need to keep the N sampling points, when n=1, only need to keep 1 sampling cycle value, storage space is little, and the calculation is simple and practical. Can be applied to product development.

【技術實現步驟摘要】
一種單相電壓數字鎖相方法
本專利技術涉及一種單相電壓數字鎖相方法。
技術介紹
三相電源由于三相電壓在空間形成矢量形式，則可以方便的利用空間坐標旋轉變換等數學工具，配合數字鎖相環原理形成三相數字逆變電源鎖相技術。然而，對于單相電源電壓，由于電源電壓只有一相，難以直接利用空間矢量的特點進行數字鎖相環控制。現有的單相電源電壓的鑒相、鎖相環控制中，常見的是將待測電壓延時90°構成正交的兩相電壓信號，待測電壓和經延時的電壓信號正好在α-β坐標系中構成互相垂直的兩相信號，在平面旋轉后構成矢量圓，然后通過平面坐標旋轉變換，實現單相電壓鑒相。這種方法計算簡單，但至少需要保留四分之一周期以上的數據，系統內存占用量大。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種單相電壓數字鎖相方法，以克服現有技術中存在的缺陷。為實現上述目的，本專利技術的技術方案是：一種單相電壓數字鎖相方法，包括以下步驟：步驟S1：將待測電壓信號u0以采樣頻率fs進行離散采樣，并構建電平矢量其中，u0(k)表示所述待測電壓信號u0在當前采樣周期內的采樣值，u0(k-n)表示所述待測電壓信號u0在當前采樣周期之前第n個采樣周期的采樣值，n為正整數；步驟S2：以fs為采樣頻率，在當前采樣周期中構建一個頻率為f1的電平信號u1，并構建一電平矢量其中，u1(k)表示在當前采樣周期內對應的構造值，u1(k-n)表示所述電平信號u1在當前采樣周期之前第n個采樣周期對應的構造值；步驟S3：將電平矢量和電平矢量作正交積運算獲取相位差分量Vq；將所得的相位差分量Vq輸入一PI控制器，并通過該PI控制器控制環路，將相位差分量Vq調節趨向0；將所述PI控制器輸出的增量角頻率Δω和一基準角頻率ω0累加獲得一角頻率ω'，并經一積分器積分輸出相位角θ'，且達到穩態后，所述輸出相位角θ'即為待測電壓信號的相位；其中，所述基準角頻率ω0為所述待測電壓信號u0的角頻率，所述步驟S2中頻率在本專利技術一實施例中，在所述步驟S2中，所述電平信號u1為正弦電平信號或余弦電平信號。在本專利技術一實施例中，在所述步驟S1中，所述n的取值范圍為：1≤n≤10。在本專利技術一實施例中，在所述步驟S2中，所述f1的初始值為在本專利技術一實施例中，記所述待測電壓信號u0的頻率為f0，且所述采樣頻率fs的取值范圍如下：fs≥100f0。在本專利技術一實施例中，在所述步驟S3中，所述電平矢量和電平矢量的正交積運算如下：相較于現有技術，本專利技術具有以下有益效果：本專利技術提出的一種單相電壓數字鎖相方法，構建一個與待測電壓信號相似、頻率為f1的正弦電平信號，f1的初始值為在控制過程中，根據角頻率ω'(或相位角θ')調整f1，控制使得兩個矢量的相位差分量Vq趨近為0，在控制達到穩態時，輸出的相位角θ'跟蹤待測信號的相位，完成鎖相功能。本專利技術利用待測電壓信號的當前采樣點u0(k)和之前的第k-n個采樣點u0(k-n)構成電平矢量，控制過程中，只需保留n個采樣點，當n＝1時，只需保留1個采樣周期的采樣值，占用的存儲空間極少，且計算簡便實用，可應用于產品開發。附圖說明圖1為本專利技術的控制原理圖。圖2為本專利技術實施例中的矢量圖。圖3為本專利技術實施例中的矢量幅值。圖4為本專利技術實施例中的矢量相角。圖5為本專利技術實施例中的示意圖。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術的技術方案進行具體說明。本專利技術一種單相電壓數字鎖相方法，控制原理如圖1所示，包括以下步驟：步驟S1：將待測電壓信號u0以采樣頻率fs進行離散采樣，并構建電平矢量其中，u0(k)表示待測電壓信號u0在當前采樣周期內的采樣值，u0(k-n)表示待測電壓信號u0在當前采樣周期之前第n個采樣周期的采樣值，n為正整數；優選的，n的取值范圍為：1≤n≤10；步驟S2：以fs為采樣頻率，在采樣周期中構造一個頻率為f1的正弦或余弦電平信號u1，并構建電平矢量其中，u1(k)表示當前采樣周期對應的構造值，u1(k-n)表示電平信號u1在當前采樣周期之前第n個采樣周期對應的構造值；步驟S3：將電平矢量和電平矢量作正交積運算獲取相位差分量Vq，將所得的相位差分量Vq輸入一PI控制器，并通過PI控制器控制環路將相位差分量Vq調節趨向0；將PI控制器輸出的增量角頻率Δω和基準角頻率ω0累加獲得角頻率ω'，經積分器積分輸出相位角θ'；達到穩態后，θ'即為待測電壓信號的相位，其中，基準角頻率ω0為待測電壓信號u0的角頻率，在步驟S2中，優選的，f1的初始值為進一步的，待測電壓信號u0的頻率記為f0；較佳的，采樣頻率fs的取值范圍如下：fs≥100f0。為便于計算和具體說明，以及讓本領域技術人員理解本專利技術所提出的方法，以下假定待測電壓是一個初始相角為0，且不含有諧波分量的正弦電壓信號，但本專利技術的待測電壓信號不局限于此，同樣適用于含有不同次數諧波干擾和/或初始相位角不為0的正弦電壓信號，或其他可等效變換為正弦電壓信號的待測電壓信號。假定待測電壓信號的表達式為：u0(t)＝U0∠0°＝U0sin(ω0t)(1)其中，U0為待測電壓幅值，f0為待測電壓的頻率，ω0＝2πf0。記采樣頻率為fs，則離散采樣后的電壓信號為：進一步的，利用當前采樣周期的電平值與前一采樣周期的電平值組成電平矢量，即：則該矢量在平面上形成一個扁圓形軌跡，如圖2所示。在本實施例中，令f0＝50Hz，fs＝20Hz，式(3)的矢量幅值和矢量相角分別如圖3和圖4所示。進一步的，以fs為采樣頻率，在采樣周期中構造一個頻率為f1、與待測電壓相同的電平信號u1，則當前采樣周期構造的電平信號為：進一步的，利用當前構造的電平值與前一采樣周期構造的電平值組成電平矢量，即：如圖5所示，定性的示意出矢量與矢量矢量與矢量作正交積運算得到相位差分量Vq，如下：進一步的，將得到的Vq輸入一PI控制器，PI控制器通過控制環路控制相位差分量Vq調節趨向0，并將輸出的增量角頻率Δω和一基準角頻率ω0累加獲得角頻率ω'；經一積分器積分輸出相位角θ'。由于在控制過程中根據輸出的θ'調整頻率f1，f1不斷趨近待測電壓信號u0的頻率f0，二者之間誤差很小，特別是在控制接近穩態時，可以認為f1≈f0，則上式(7)中忽略不計，則記其中，k表示采樣值u0(k)或u1(k)對應的采樣周期數，則且處于穩態時，則θ＝θ'(11)或者θ-θ'＝180°(12)因此積分器積分輸出的是待測電壓信號的相位或與待測信號相位滯后180°的相位。但與待測信號相位滯后180°是一個不穩定平衡點，因此積分器輸出的θ'即為待測電壓信號的相位θ。以上僅為本專利技術實施例中一個較佳的實施方案。但是，本專利技術并不限于上述實施方案，凡按本專利技術所做的任何均等變化和修飾，所產生的功能作用未超出本方案的范圍時，均屬于本專利技術的保護范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單相電壓數字鎖相方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟S1：將待測電壓信號u

【技術特征摘要】
1.一種單相電壓數字鎖相方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟S1：將待測電壓信號u0以采樣頻率fs進行離散采樣，并構建電平矢量其中，u0(k)表示所述待測電壓信號u0在當前采樣周期內的采樣值，u0(k-n)表示所述待測電壓信號u0在當前采樣周期之前第n個采樣周期的采樣值，n為正整數；步驟S2：以fs為采樣頻率，在當前采樣周期中構建一個頻率為f1的電平信號u1，并構建一電平矢量其中，u1(k)表示在當前采樣周期內對應的構造值，u1(k-n)表示所述電平信號u1在當前采樣周期之前第n個采樣周期對應的構造值；步驟S3：將電平矢量和電平矢量作正交積運算獲取相位差分量Vq；將所得的相位差分量Vq輸入一PI控制器，并通過該PI控制器控制環路，將相位差分量Vq調節趨向0；將所述PI控制器輸出的增量角頻率Δω和一基準角頻率ω0累加獲得一角頻率ω'，并經一積分器積分輸出相位角θ'，且達到穩態后，所述輸出...

【專利技術屬性】
技術研發人員：易龍強，王定富，蔡鐘山，
申請(專利權)人：漳州科華技術有限責任公司，廈門科華恒盛股份有限公司，
類型：發明
國別省市：福建,35