06、电力电子技术matlab仿真-锁相环
matlab锁相环仿真
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。
06、电力电子技术matlab仿真-锁相环
Thyristor
GTO/IGCT
IGBT
MOSFET
(Base/gate) Driver circuit
Control Circuit
Driver Circuit
From control circuit
+VGG R1 + Rg G + VGS _ D VDC S _
Q1 LM311
MOSFET gate driver
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西南交通大学
锁相环的应用——APF
主电路板
18
控制路板
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APF静态性能
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STATCOM控制系统
STATCOM 控制器
PWM
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20
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Modeling and Simulation of Three-phase PLL
• IGCT – Integrated with its driver
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Photos of IGBT
西南交通大学
Power Switches: Power Ratings
1GW 10MW 10MW 1MW 100kW 10k W 1kW 100W 10Hz 1kHz 100kHz 1MHz 10MHz
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Isolation
R1 ig
+
vak
-
R2 Pulse source
iak
Isolation using Pulse Transformer
From control circuit
锁相环设计与MATLAB仿真
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。
锁相环的MATLAB的仿真程序
g13 = [tf([Kd 0],[1 2*pi*kv*kd])] %vco voltage and input signal transmittance
[y13 t] = lsim(g13,u,t)
figure
plot(t,y13)
xlabel('TIME IN SECONDS')
clt_2 = tf([2*zeta*wn wn^2],[1 2*zeta*wn wn^2]);
[out_2 t] = lsim(clt_2,step,t);
figure
subplot(3,1,1)
plot(out_2)
xlabel('Time in seconds')
%techniques are applied here.
%**************************************************************
%STEP RESPONSE OF THE FIRST ORDER CLOSED LOOP TRANSMITTANCE OF PLL
ylabel('Amplitude')
TITLE ('Step Response of 2nd Order transmittance of PLL')
grid on;
Hale Waihona Puke % Step response of 2nd order closed loop error transmittance of pll
grid on;
% Step response of 1st order closed loop error transmittance of pll
可以仿真的锁相环的matlab代码
%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)
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。
锁相环设计及其MATLAB仿真
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。
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• IGCT – Integrated with its driver
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Power Switches: Power Ratings
1GW 10MW 10MW 1MW 100kW 10k W 1kW 100W 10Hz 1kHz 100kHz 1MHz 10MHz
电力电子应用中的基本模块
——锁相环(PLL)
舒泽亮 西南交通大学 电气工程学院
shuzeliang@
Photos of Power Switches
• Power Diodes – Stud type – “Hockey-puck” type
• IGBT – Module type: Full bridge and three phase
'
Vq 2 [Va cos(t ) Vb cos(t 2 ) Vc cos(t 2 )] 3 3 3
13 西南交通大学
三相锁相环的仿真性能
14
西南交通大学
不包含谐波时频率突变实验
15
西南交通大学
包含三次谐波时频率突变实验
16
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锁相环在APF控制器中的应用
三相锁相环的建模与仿真
21
西南交通大学
锁相环的建模
22
PLL_V2010b.mdl
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Modeling and Simulation of Power Electronics System
Modeling and Simulation of Single-phase PLL
单相锁相环的建模与仿真
单相SPWM逆变电路
建立单相SPWM逆变器模型，应用双极性、单极 性SPWM方法控制仿真
分析在相同开关频率条件下双极性和单极性调制 的输出电压THD
三相SPWM逆变电路
三相SPWM逆变电路的仿真 总结调制度和调整比变化时负载电压、电流的变 化规律
西南交通大学
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课后作业2
三相锁相环
参考Matlab提供的模块建立三相锁相环的计算模型 要求简化abc-dqz的只计算Vq，保留其它必要的步骤
Paper Review
相关论文预览
9
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Paper Review
作者
Se-Kyo Chung, Member, IEEE
题目
A Phase Tracking System for Three Phase Utility Interface Inverters
期刊
IEEE Transactions on Power Electronics
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锁相环的应用——APF
主电路板
18
控制路板
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APF静态性能
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STATCOM控制系统
STATCOM 控制器
PWM
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Modeling and Simulation of Power Electronics System
Modeling and Simulation of Three-phase PLL
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Isolation
R1 ig
+
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R2 Pulse source
iak
Isolation using Pulse Transformer
From control circuit
D1
Q1
A1
To driver
Isolation using Opto-coupler
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Isolation- one phase leg
页码
VOL. 15, NO. 3, MAY 2000
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Phase Locked Loop
锁相环
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三相锁相环的原理
12
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三相锁相环的理论基础
静止坐标变换
V T Vabc
三相锁相环的特性分析 （+3分的补充作业）
仿真并分析三相输入信号包含谐波、不平衡和零序分 量时三相锁相环的误差和锁相结果 仿真输入信号的频率在45、50到65Hz阶跃突变时锁相 环的动静态性能
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课后作业提交
报告文件:
仿真文件(S学号后3位_内容_版本,如S387_boost_10b) 及其文档说明(pdf, word2003, word2007文档)
Basic Modules for Power Electronic Applications —— Phase Locked Loop (PLL)
Zeliang Shu Department of Electronic Engineering, Southwest Jiaotong University
下周3晚11点前E-mail提交到：
shuzeliang@ 或 mailtosunny@
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Thyristor/gate) Driver circuit
Control Circuit
Driver Circuit
From control circuit
+VGG R1 + Rg G + VGS _ D VDC S _
Q1 LM311
MOSFET gate driver
DC+ A相上管驱动 R1 ig
+
vak
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R2 Pulse source
iak
A相输出 A相下管驱动 R1 ig
+
vak
-
R2 Pulse source
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DC-
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Isolation – three-phase module
DC+
A相
B相
C相
DC西南交通大学
Modeling and Simulation of Power Electronics System
Vdq Ts V
Vq
Vqr 0
1 1/ 2 1/ 2 2 T 3 0 3 / 2 3 / 2
dq坐标变换
cos sin Ts sin cos
'
控制目标 简化计算
sin(
)
'
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单相锁相环的结构
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单相锁相环的结构
输入与输出的积：
当输入锁定时：
低通滤波：
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单相锁相环的建模
single_phase_V2010b.mdl
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单相锁相环的建模
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single_phase_V2010b.mdl
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课后作业1