[发明专利]一种基于DSP的锁相环控制方法及其系统

说明书

本发明揭示了一种基于DSP的锁相环控制方法，步骤1、通过采样电网的电压过零点获取同步信号；步骤2、通过改变定时器的周期或最大循环计数值的方法来改变同步信号的频率和相位；步骤3、对电压进行A/D转换及数据处理，得出基波及谐波电压的相位与频率；步骤4、调整SPWM正弦表格指针地址完成对基波及谐波电压的锁相。本发明采用数字处理器DSP芯片实现对电网基波及特定次谐波电压相位的跟踪和锁定，有助于简化电路结构，保证锁相环功能运行的可靠性。

技术领域

本发明涉及DSP软件锁相环技术。

背景技术

准确获取电网基波及谐波电压的相位角，在变频器、有源滤波器等电力电子装置中具有重要的意义，通常需要采用锁相环得以实现。传统锁相环电路一般由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器及分频器组成，其工作原理是通过鉴相器将电网电压和控制系统内部同步信号的相位差转变成电压信号，经环路滤波器滤波后控制压控振荡器，从而改变系统内部同步信号的频率和相位，使之与电网电压一致。传统锁相环存在硬件电路复杂、易受环境干扰及锁相精度不高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种采用数字处理器DSP芯片实现对电网基波及特定次谐波电压相位的跟踪和锁定的锁相环控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于DSP的锁相环控制方法：

步骤1、通过采样电网的电压过零点获取同步信号；

步骤2、通过改变定时器的周期或最大循环计数值的方法来改变同步信号的频率和相位；

步骤3、对电压进行A/D转换及数据处理，得出基波及谐波电压的相位与频率；

步骤4、调整SPWM正弦表格指针地址完成对基波及谐波电压的锁相。

所述步骤1中，过零检测电路采集电网三相电压中任一相电压的每个周期的过零点作为系统产生的中断信号CAP1，使中断服务程序开始执行，开启事件管理器EVA的TIMER周期中断，周期设置为驻T/128s，触发A/D模块采样，其中，T为CAP1捕捉到的两个过零检测信号上升沿的间隔时间，等于电网待测信号的周期T。

所述步骤1中捕捉上升沿的间隔时间的方法：DSP的捕获单元CAP隶属于事件管理器获取过零检测电路CAP外部引脚的跳变，当捕捉到对应引脚发生特定的跳变时，触发相应的中断，并将定时器的值存入一个两级深的FIFO堆栈中，读取FIFO堆栈标志ctrl和标志位dft，标志ctrl来检测是否进入新的更新周期，当达到设定点数则启动新一轮数据分析和投出控制量。当标志位dft为0时表示重新初始化数据分析操作，当标志位dft为1时表示数据分析操作完毕，当标志位dft为2时表示允许启动新一轮数据分析，当标志位dft为3时表示当前正在进行数据分析。

所述步骤1中采用软件滤波来判断CAP1信号是否为毛刺干扰，判断方法：当产生CAP1中断时，计算本次中断与前次中断的计数差值，如果远小于电网基波频率波动工频周期计数差值，则认为捕获的中断为干扰产生，如该中断非连续两次以上出现，则中断返回，同时对产生的中断次数进行累加，达到设定范围时对电压过零时刻正弦表格的指针位置进行判断，调整正弦表格指针地址，实现过零指针的校准。

所述步骤2中，过零信号经过软件滤波及校准后，在捕获到输入电压信号过零点时，直接将发正弦信号的指针归零，保证输入电压信号过零时DSP发出的基准同步过零，实现相位同步。

所述步骤2中，电压过零信号送入管脚CAP1，作为一个采样周期的基准，该周期的128倍频信号作为每次ADC启动基准。

所述步骤3中基波及谐波电压相频和相位的计算方法：

式中：a、f₀、分别为信号的幅值、频率和初相角；