[发明专利]一种输出正弦波锁相移相装置及正弦锁相移相算法

权利要求书

1.一种输出正弦波锁相移相装置，由鉴相器、调节器、低通滤波器、信号发生器、高阶带通滤波器组成，其特征在于：鉴相器依次与调节器、低通滤波器、信号发生器、高阶带通滤波器相连，高阶带通滤波器输出端又与鉴相器相连。

2.根据权利要求1所述的输出正弦波锁相移相装置，其特征在于：所述的调节器由移相器和PI调节器组成，PI调节器分别与鉴相器、移相器和低通滤波器相连。

3.根据权利要求2所述的输出正弦波锁相移相装置，其特征在于：所述的信号发生器为正弦信号发生器。

4.利用权利要求3所述的输出正弦波锁相移相装置的正弦锁相移相算法，其特征在于按以下步骤进行：

a、预先构造正弦信号发生器，根据锁相目标频率设定压频比，并固定于电路中或存储于寄存器中；

b、预置PI调节器参数，并将移相器前置，其中PI调节器和移相调节器函数根据目标输出频率以及相位误差范围给出，属于非线性函数，不同频段具有不同参数整定值；PI调节器和移相器调节综合传递函数如下：

其中，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_θ为移相系数，θ₀为相位设定，s为拉普拉斯算子；

c、根据正弦信号发生器、目标频率及PI调节器，设计正弦信号发生器前端低通滤波器及后端的高阶带通滤波器；

d、周期性检测给定始终信号与输出信号的相位差，根据相位差值进行PI调节和滤波运算，则输出信号相位频率自动与输入一致。

5.根据权利要求4所述的输出正弦波锁相移相装置的正弦锁相移相算法，其特征在于：其中，表达式(1)中所述PI参数设计采用如下函数构造：

K_p＝a₁*f² (2)

K_p为比例系数，K_i为积分系数，a₁、a₂、b₂、c₂为PI参数整定系数，取正实常数，f为目标频率，Δe为相位差，按目标频率取最大相位差绝对值。

6.根据权利要求4所述的输出正弦波锁相移相装置的正弦锁相移相算法，其特征在于：所述步骤a中还包括：当检测到低通滤波器滤波后给定正弦信号发生器的输入高于或低于门线数据，则自动限制到装置默认门限值，如果相差在上电状态时出现偏差，低通滤波器滤波后端输出信号超过默认门限，但在经过相差周期性检测和反馈后，低通滤波器后端输出信号将在5-10个周期内收敛至目标频率值。

7.根据权利要求4所述的输出正弦波锁相移相装置的正弦锁相移相算法，其特征在于：所述步骤d中还包括：装置在锁定状态下，如果给定信号发生相位漂移，则装置检测出现相位差，装置继续检测给定信号相位差，直至给定信号相位差值归零，进入锁相保持状态。

8.根据权利要求4所述的输出正弦波锁相移相装置的正弦锁相移相算法，其特征在于：所述鉴相器采用两种方式：其一，通过输入信号与反馈信号频相差Δθ，乘以鉴相增益移相系数K_θ；其二，通过过零点电压采样得到Δu，乘以鉴相增益电压系数Ku，再引入较大惯性环节进行控制。

9.根据权利要求4所述的输出正弦波锁相移相装置的正弦锁相移相算法，其特征在于：所述高阶带通滤波器能将频率控制在需要的频率，对于工频电路控制在25Hz-75Hz，能有效滤除移相及锁频过程中产生的高频谐波，使锁相控制更加平滑稳定。