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1、第25卷第3期西安工业学院学报Vol25No32005年6月JOURNALOFXIANINSTITUTEOFTECHNOLOGYJun.2005文章编号:10005714(2005)0324604高精度锁相环电机控制系统耿朝阳,钟联炯,范跃华(西安工业学院计算机科学与工程学院,西安710032)摘要:锁相环路是一种能实现相位自动锁定的控制系统,主要用于频率合成及跟踪解调系统.本文介绍了一种使用锁相环技术控制电机的方法,将
2、电机的转速信号与控制信号进行相位比较,取出二者的相位差作为控制信号,经滤波、放大后控制电机运行,使电机始终保持匀速转动.引入锁相环后系统的控制精度从1%提高到0.1%,并且稳定度和抗干扰性等其他指标都有很大提高,克服了早期使用模拟器件控制电机时,控制精度低,稳定度差等缺点.关键词:锁相环;控制系统;直流电机;压控振荡器;转速中图号:TM935.23文献标识码:A某型高速摄影机用来拍摄高速飞行中的弹丸,统,按输入信号要求可以分为恒定输入环路与随动摄影机中电机的控制使用可控硅和集成稳压器.在输入环路.前者用于稳
3、频、频率合成等系统,后者用实际应用中,出现的问题主要是电机高速运行较长于跟踪、解调系统.时间后转速下降,低于原先设定值,调节电机转速锁相环最基本的结构如图1所示.它由三个基所需时间较长,精确调节不易等等.旧的控制系统本的部件组成:鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压虽然经过若干次改进,但只是改变可控硅、集成稳控振荡器(VCO).鉴相器是个相位比较装置.它把压器的型号和控制电路,产生问题的根本原因并未输入信号fi和压控振荡器的输出信号fo的相位得到完全消除.因为电机在高速运行时,电流很大,进行比较,产生对应于两个信号相位差的误差
4、电压整个电路发热,模拟电子器件对温度很敏感,温度Vd.环路滤波器的作用是滤除误差电压Vd中的升高使电路的工作点产生漂移,所以电机运行一段高频成分和噪声,以保证环路所要求的性能,增加时间后,其转速往往会自动下降,低于原先的设定系统的稳定性.压控振荡器受控制电压Vc的控值.另外,摄影机的鼓轮是在一个封闭的金属容器制,使压控振荡器的频率向输入信号的频率靠拢,中高速转动的,鼓轮外壁与金属容器内壁间的空隙直至消除频差而锁定.很小,在拍摄时鼓轮的外壁上还缠有一圈感光胶片,如果胶片缠得不紧的话,在鼓轮转动一段时间后,胶片往往会更松,使鼓轮转动
5、时的摩擦加大,这也会使电机转速下降.在最新研制的高速摄影机控图1锁相环工作原理框图制系统中,使用了锁相环技术控制电机,使其转速Fig.1FunctionaldiagramofPLL控制精度提高,稳定性增加,调节时间缩短,整体性锁相环是个相位误差控制系统.它比较输入信能有较大提高.号和压控振荡器输出信号之间的相位差,从而产生误差控制电压来调整压控振荡器的频率,以达到与1锁相环路工作原理输入信号同频.在环路开始工作时,如果输入信号锁相环路是一个实现相位自动锁定的控制系频率与压控振荡器频率不同,则由于两信号之间存收稿日期:20
6、050328作者简介:耿朝阳(1971-),男,西安工业学院工程师,主要研究方向为测试系统及人工智能.第3期耿朝阳等:高精度锁相环电机控制系统247在固有的频率差,它们之间的相位差势必一直在变效果很差.要在低频段取得好的滤波效果,必须加化,结果鉴相器输出的误差电压就在一定范围内大滤波器的时间常数,这样的话电机的加速过程将[5,6]变化.在这种误差电压的控制下,压控振荡器的频相当缓慢.因此必须采取一些方法来改进控制率也在变化.若压控振荡器的频率能够变化到与输电路
7、,需要将图2的单环控制电路改进为图3所示入信号频率相等,在满足稳定性条件下就在这个频的三环控制电路.率上稳定下来.达到稳定后,输入信号和压控振荡器输出信号之间的频差为零,相差不再随时间变化,误差电压为一固定值,这时环路就进入锁定[1]状态.2用锁相环控制电机2.1控制对象描述本系统要控制是高速摄影机的电机,摄影机工作时,胶片缠在摄影机鼓轮上,电机带动鼓轮高速图3三环控制系统原理图转动.鼓轮周长50cm,每隔1cm有一个小孔,当Fig.3Diagramofthreeloopscontrolsystem鼓轮转动时,光电二
8、极管将转速信号转换为电脉冲改进后的控制系统由3个锁相环路组成,环信号,对应鼓轮转速为1m/s时,信号频率为100Hz,路1和环路2的结构完全相同,其中都有一个可编转速为60m/s时,信号频率为6kHz,所以,环路程分频器,其分频系数在10~600之间,可由程序滤
