你了解锁相环吗？

说起锁相环，学过自动控制原理的人都知道，这是一种典型的反馈控制电路，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，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，一般用于闭环跟踪电路。

——那么问题来了！——

1 三相电压不平衡（谐波、不平衡、偏移）时对三相锁相环检测的影响？

2 三相电压相序错位对锁相环检测的影响？

3 三相锁相环硬件实现时，采用查找表方式实现正余弦计算有什么优缺点，如何克服采用查找表方式的缺点？

4 单相锁相环是否可以通过虚拟B、C两相组成三相对称信号，采用三相锁相环基于同步坐标系的锁相控制策略；如果可以，是否同样可以只虚拟相α相或β相，采用基于同步坐标系的锁相控制策略；如果可以，具体怎样实现？

5 单相锁锁相环在鉴相过程中采用了滤波器，这会带来什么影响，如何克服其带来的影响？

首先，从基本原理开始吧。

锁相环原理

锁相环一般由鉴相器、环路滤波器（用PI控制器实现）和压控振荡器（用积分器实现）构成一个闭环反馈系统，通过反馈使输出相位跟踪目标信号相位。其中环路滤波器将相位差信号转换成角频率，压控制振荡器将角频率转换成相位信号输出。其中，最关键的是鉴相器的设计，单相锁相环与三相锁相环的不同就在于鉴相器的设计不同。

三相锁相环鉴相原理

如图1所示，通过Clark变换（abc→αβ）和Park变换（αβ→dq）可以实现三相鉴相。Clark变换如式(1)所示，Park变换如式(2)所示。

则可以通过上述变换得到：

其中为三相电压相位，为锁相环输出相位。通过控制为“0”实现相位跟踪。

单相锁相环鉴相原理

单相锁相环的基本思路是构造两正交变量并输入乘法器，在通过具有积分环节的控制环路使乘法器输出的平均值为零，从而实现锁相控制。如果输入信号归一化表示为：，输出相位信号为，于是将输出相位信号做余弦计算后与输入信号相乘，如式（6）所示。

接下来，是建模与仿真。

三相锁相环建模与仿真

在Matlab/Simulink平台上建立如图3所示的仿真模型，仿真结果如图4所示。

单相锁相环的建模与仿真

在Matlab/Simulink平台上建立如图3所示的仿真模型，仿真结果如图4所示。

锁相环的硬件实现

最后来看实验结果

那么，锁相环又有哪些应用，来看以下案例。

*本文是由西南交大舒泽亮老师撰写并发表于电源网论坛