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基于LabVIEWFPGA的三相锁相环设计与实现

摘要：针对传统 ＦＰＧＡ 模式开发的锁相环在实时人机交互方面的不足，设 计 了 基 于 ＬａｂＶＩＥＷ ＦＰＧＡ 技术的三相锁相环；方 案 以 ｓｂＲＩＯ－９６３１模块为硬件平台，利用 ＬａｂＶＩＥＷ 编程控制 ＦＰＧＡ 逻辑，在 ＦＰＧＡ 中分三级流水线实现了基于ｄｑ变换的锁相环算法，并通 过 ＦＩＦＯ 实时上传采集信号、锁定相位至 ＰＣ机，最后在 ＰＣ机上实现对锁相环性能分析、ＰＩ参数调控和

１ 三相锁相环模型 三相锁相环是基于静止坐标变换和旋转坐标变换 （ｄｑ变 换）的矢量变换实现的 ＶＣＯ 反馈控制。基于ｄｑ变换的改进型 锁相环模型，在ｄｑ变换的基础上提取正序分量进行 ＶＣＯ 反馈 控制，以抑制电压不 平 衡 的 扰 动［４－５］，如 图１所示。三相 信 号 首先经过静止坐标变换到ａβ坐标系μａ、μβ，然后经过 Ｔ／４延时 单元和计算单元计算出三相信号的正序分量变换到ａβ坐 标 系 上的μａｐ 、μβｐ ，此时μａｐ 、μβｐ 是不带电压畸变干扰的分量，对 其进行旋转坐标变换得到μｄ、μｑ。 ｕｑ ＝ｋ＊ｓｉｎ（ωｔ－ω０ｔ） （１） 　　μｑ 的表达如式 （１）所 示，ｋ为与输入电压有关的数，ｗ、 ｗ０ 分别为输入信号角频率和锁定信号角频率。当μｑ 由交流变 量变为直流分量时，ｗ＝ｗ０，锁 相环完 成 鉴 相，经 过 ＶＣＯ 控 制最终锁定相位θ。 ２ 方案设计 系统方案如图２所示，包括三相信号的输入、信号锁相和 实时调控３个部分。其中信号采集和锁相处理在ｓｂＲＩＯ－９６３１ 模块 实现，利 用ｓｂＲＩＯ－９６３１高速运行的特点，对 三 相信 号 进行采集、锁相和输出；ＰＩ参数和θ作为 ＦＰＧＡ 和 ＰＣ机的共 享变量实现数据交互，由ＰＣ机设置ＰＩ参数、

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