一种基于锁相环的可变量程转速控制系统

一种基于锁相环的可变量程转速控制系统

一种基于锁相环的可变量程转速控制系统
在电机转速控制系统中，经常需要对电机的转速信号进行测量和处理，以达到精确控
制转速的目的。通常采用旋转编码器、测速发电机等传感器测量转速，不但体积大、安
装不便，而且价格高；而利用锁相环路可用很低的成本对电机转速实施非常精确的转速
测量和控制。本文介绍的基于锁相环的可变量程转速控制系统，是为研制新一代具有卷
绕特性的调速电机控制器而开发的[1]，其转速信号检测方法具有结构简单、安装方便、
价廉可靠的特点。

1 PLL电机转速控制系统原理

用锁相环路构成的电机转速控制系统的框图如图1所示，其中，VCO已由电机和光转速表
取代。激励电压调节电机的转速，在电机的轴上安装一个开槽的扇形平盘。扇形盘转动
时不断地切断发光二极管发出的光线，使光耦合器中的光敏管产生频率与电机转速成整
数倍的方波脉冲序列u2(ω2)。这样，方波脉冲的频率与激励电压有一定的函数关系，等
效为锁相环中的压控振荡器。为了使光电耦合器能输出波形良好的方波，在光敏管之后
通常还要接一个施密特触发器，用于对信号整形，如图2所示。
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2 PLL电机转速控制系统模型设计

　　由于电机具有较大的惯性，等效于一个时间常数很大的相位滞后网络，可能会对环
路稳定性有较大的影响。
环路中采用CMOS鉴频鉴相器。光电耦合器产生的方波信号的频率与电机转速成正比，它
与输入参考信号u1(ω1)的频率进行鉴频与鉴相。当锁相环路锁定之后，电机的转速可稳
定在设定值上，没有跟踪频率误差，只有相位误差。所选用的鉴频鉴相器应保证环路具
有足够的捕获范围，在各种不同的起始条件下，环路都能锁定。

下面重点介绍对电机和光转速表组合的传递函数的推导。
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以上分析表明，由于电机和光转速表本身就是一个二阶系统，在考虑了环路滤波器的作
用之后，整个控制环路就是一个三