[发明专利]一种自适应变增益快速响应锁相环改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及自适应变增益的锁相环改进方法，用于实现系统快速响应。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，锁相环在其中担任的角色越来越重要。锁相环的特点是利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，达到电子设备的外部输入信号与内部的震荡信号同步的目的。这个技术在数据采集系统中非常有用，因为通过锁相环，可以使得不同的数据采集板卡共享同一个采样时钟，从而采样时钟也是同步的，准确性大幅度提高。另一方面，锁相环的鉴相环节利用的方式实现，当外部输入信号为小信号时，偏差的角度e趋向于零，此时的sine与e几近重合，可以近似为线性，锁相精准，动态响应迅速。但是，当外部输入信号为大信号时，偏差的角度e较大，sine不能忽略，此时的sine的非线性程度较大，截止频率ω_c减小，带宽的实际值比理论值小，锁相环系统的过渡时间增长，相应的动态响应速度变慢。

如申请号201510834014.8的专利一种快速三相电压锁相环方法及其动态响应性能分析方法，包括如下步骤：第一步，对三相电网电压采样,然后通过坐标变换得到两相旋转坐标系下电压分量；第二步，根据开环传递函数、采样频率和基波角频率得到班调节器参数变化的根轨迹；第三步，根轨迹通过闭环主导极点的方法将高阶系统等效简化成为典型二阶系统,得到两种三相电压锁相环对应的阻尼系数；第四步，根据阻尼系数分别得到两种电压锁相环对应的典型二阶系统的收敛时间；第五步，分别计算两种三相电压锁相环的对应的曲线在过零点处的斜率，并根据两曲线的斜率比较两三相电压锁相环达到稳态的时间。

如申请号201510227128.6的专利基于滑动滤波器的锁相环动态性能改进方法，步骤包括：将三相电压u_a、u_b、u_c通过Clark变换和Park变换转换为两相电压u_d、u_q。将获得的u_d求微分后除以角频率参数,然后再与u_q相加得到，将u_q的求微分后除以角频率参数,然后再与u_d相加得到；将通过滑动滤波器后得到基波正序电压幅值；将通过滑动滤波器后再通过调节器,调节器的输出加上预设角频率后得到锁相环测得的电网电压角频率，进行积分得到锁相环测得的电网电压相位，并将其反馈回输入端完成闭环控制。

发明内容

针对上述现有的技术问题，本发明利用一种自适应变增益快速响应锁相环的改进方法。该方法的实现是根据锁相环系统开环带宽，构建自适应积分增益，降低系统的非线性化程度，提高系统的响应速度，并通过仿真验证了本申请提出方法的有效性和正确性。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

自适应变增益快速响应锁相环改进方法，包括以下步骤

步骤一：将三相静止坐标系中的电压u_a、u_b、u_c转换为两相旋转坐标系中电压u_d、u_q；

步骤二：基于同步坐标系的锁相环（SRF-PLL）非线性数学模型，得到含非线性鉴相环节的锁相环开环传递函数；

步骤三：根据步骤二得到的传递函数的开环截止频率ω_c与输入偏差e的关系，构建变增益函数F(e)；

步骤四：利用步骤三中的变增益函数F(e)改造传统PI控制器，设计自适应积分增益 代替原有的k_i，得到自适应变增益锁相环系统；

步骤五：建立系统闭环等效线性模型，并进行时域分析。