分析锁相环速度控制系统的结构和原理

锁相环主要是使反馈信号与给定基准信号同步，将这个思想引人电机的速度控制系统中，能够实现稳态精度很高的速度控制，这一点在⒛世纪60年代初期已经意识到，但直到集成锁相电路的普及才真正实现。锁相环系统根据参考转速和反馈转速间频率或相位的任意差异来校正电机转速。因此，只要使基准信号频率精度较高，其稳定精度就可达到很高。对于电机锁相环来说，一般由鉴频鉴相器（PFD）、低通滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成，其结构和工作原理如图1所示。

图1 锁相环内部结构框图

频率发生器FG产生输出频率fo，经1/N分频得反馈频率fb，在FPD中与参考频率进行频率和相位比较后，产生差值信号。此信号经LPF后得到与之成正比的电压信号Vo，再经放大与校正后，作用于FG，控制输出频率茂。锁相环其实就是一个闭环控制系统，在闭环负反馈作用下，系统使fr和fb，的频差和相差朝着减小的方向变化，最后，系统“锁住”，两个信号频率达到了同频和接近于同相。

锁相控制系统可以获得高稳态精度的根本原因在于PLL将相位作为控制信号，传递相位信息的光电码盘或旋转变压器只存在瞬时的信号抖动，每周的平均误差为零，能够准确地传递相位信息。由于相位是转速的积分，对于转速阶跃，即使稳态相位存在误差，对于速度而言是无差的。当速度反馈信号和速度参考信号锁定时，电机的平均速度误差将为零，只存在很小的瞬时高频抖动，稳态精度很高。