分析鎖相環(huán)速度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理

鎖相環(huán)主要是使反饋信號(hào)與給定基準(zhǔn)信號(hào)同步，將這個(gè)思想引人電機(jī)的速度控制系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)精度很高的速度控制，這一點(diǎn)在⒛世紀(jì)60年代初期已經(jīng)意識(shí)到，但直到集成鎖相電路的普及才真正實(shí)現(xiàn)。鎖相環(huán)系統(tǒng)根據(jù)參考轉(zhuǎn)速和反饋轉(zhuǎn)速間頻率或相位的任意差異來(lái)校正電機(jī)轉(zhuǎn)速。因此，只要使基準(zhǔn)信號(hào)頻率精度較高，其穩(wěn)定精度就可達(dá)到很高。對(duì)于電機(jī)鎖相環(huán)來(lái)說(shuō)，一般由鑒頻鑒相器（PFD）、低通濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO）組成，其結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示。

圖1 鎖相環(huán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

頻率發(fā)生器FG產(chǎn)生輸出頻率fo，經(jīng)1/N分頻得反饋頻率fb，在FPD中與參考頻率進(jìn)行頻率和相位比較后，產(chǎn)生差值信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)LPF后得到與之成正比的電壓信號(hào)Vo，再經(jīng)放大與校正后，作用于FG，控制輸出頻率茂。鎖相環(huán)其實(shí)就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，在閉環(huán)負(fù)反饋?zhàn)饔孟?，系統(tǒng)使fr和fb，的頻差和相差朝著減小的方向變化，最后，系統(tǒng)“鎖住”，兩個(gè)信號(hào)頻率達(dá)到了同頻和接近于同相。

鎖相控制系統(tǒng)可以獲得高穩(wěn)態(tài)精度的根本原因在于PLL將相位作為控制信號(hào)，傳遞相位信息的光電碼盤(pán)或旋轉(zhuǎn)變壓器只存在瞬時(shí)的信號(hào)抖動(dòng)，每周的平均誤差為零，能夠準(zhǔn)確地傳遞相位信息。由于相位是轉(zhuǎn)速的積分，對(duì)于轉(zhuǎn)速階躍，即使穩(wěn)態(tài)相位存在誤差，對(duì)于速度而言是無(wú)差的。當(dāng)速度反饋信號(hào)和速度參考信號(hào)鎖定時(shí)，電機(jī)的平均速度誤差將為零，只存在很小的瞬時(shí)高頻抖動(dòng)，穩(wěn)態(tài)精度很高。