一种非正弦周期信号锁相方法及系统

摘要

本发明涉及一种非正弦周期信号的锁相方法及系统，其中所述方法包括：根据预先获取的非正弦周期信号，经由二阶谐振低通滤波器处理，获取所述非正弦周期信号中的基频成分a2；根据基频成分a2，经由预先设定的线性系统处理，获取旋转矢量A2；基于非正弦周期信号相位角的估计值获取旋转单位矢量B1。根据旋转单位矢量B1，经由二阶谐振低通滤波器处理，获取旋转单位矢量B2；根据第一预设条件，对所述旋转单位矢量B1的转速进行闭环调节，使B2与A2的角度趋于相等并保持同步，获取非正弦周期信号的相位角θ。本发明在保证非正弦周期信号锁相精度的前提下，降低非正弦周期信号锁相的实现难度，减少处理器运算负担，削减信号分析方法对系统硬件资源的消耗。

说明书

技术领域

本发明涉及电子通信、电力电子技术领域，尤其涉及一种非正弦周期信号锁相方法及系统。

背景技术

现有双向DC/DC全桥电路中的电压、电流往往是以微秒级时间间隔为周期的高频信号，受制于这类非正弦周期信号正弦度低、谐波含量复杂以及谐波畸变率高等因素，传统的数字锁相算法即使充分提高采样频率，也难以准确获得有价值的电压、电流相位信息。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种非正弦周期信号的锁相方法及系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种非正弦周期锁相方法，包括：

S1、根据预先获取的非正弦周期信号，经由二阶谐振低通滤波器处理，获取所述非正弦周期信号中的基频成分a

S2、根据所述基频成分a

A

所述旋转矢量A

S3、基于非正弦周期信号相位角的估计值

令所述旋转单位矢量B

S4、根据第一延迟角△θ对所述旋转单位矢量B

优选的，S1具体包括：

令所述非正弦周期信号经由预先设定的二阶谐振低通滤波器处理，获取其中的基频成分a

优选的，所述二阶谐振低通滤波器的输出信号c(t)与输入信号r(t)之间的关系可由微分方程描述；所述微分方程经拉普拉斯变换，转化到复频域中，由传递函数关系式描述；

所述传递函数关系式为：

其中，C(s)和R(s)分别代表输出信号c(t)和输入信号r(t)经拉普拉斯变换得到的象函数；s为象函数的复频域自变量；ξ为谐振滤波器的阻尼比，且ξ∈(0，+∞)；ω

优选的，S2所述预先设定的线性系统用于将S1所述的基频成分a

所述实部α等于所述基频成分a

优选的，所述虚部β与所述基频成分a

所述第二传递函数关系是为：

其中，β(s)和a

优选的，所述步骤S3具体包括：

S31、基于非正弦周期信号相位角的估计值

其中，j为虚数单位；旋转单位矢量B

S32、基于旋转矢量A

所述第一延迟角△θ是旋转矢量B

需要指出，所述旋转矢量B

优选的，所述S

S41、利用偏差调节器(包括但不限于比例调节器等类型的偏差放大器)将第一延迟角△θ放大后，作为所述旋转单位矢量B

其中，K

S42、令所述旋转单位矢量B

其中，τ为定积分表达式中用于表示积分变量的符号；t

S43、需要指出，步骤S42所述的积分过程伴随锁相方法运行的全过程。暂态运行过程中，在锁相积分器的闭环修正作用下，旋转单位矢量B

第二方面，本发明实施例提供一种非正弦周期信号锁相系统，包括：

至少一个处理器；

至少一个与所述处理器通信连接的存储器；

所述存储器存储可被所述处理器执行的程序指令；所述处理器调用所述程序指令，能够执行如上述任一的非正弦周期信号锁相方法。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：根据预先获取的非正弦周期信号，经由二阶谐振低通滤波器处理，获取所述非正弦周期信号中的基频成分a

附图说明

图1为本发明的一种非正弦周期信号锁相方法的流程图；

图2为本发明实施例中的旋转矢量A

图3为本发明实施例中的旋转矢量A

图4为本发明实施例中的调节旋转矢量B

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。本发明的方法主要是应用于双向全桥直流变换器的非正弦周期信号的锁相方法。

如图1所示，本实施例中一种非正弦周期信号的锁相方法，包括：

S1、根据预先获取的非正弦周期信号，经由二阶谐振低通滤波器处理，获取所述非正弦周期信号中的基频成分a

S2、根据所述基频成分a

A

所述旋转矢量A

在本实施例中，基频成分a

如图2所示，将基频成分作为A

利用具有

故A

因此可得旋转矢量：A

S3、基于非正弦周期信号相位角的估计值

S4、根据第一延迟角△θ对所述旋转单位矢量B

在本实施例的实际应用中，S1具体包括：

采用预先设定的二阶谐振低通滤波器滤出所述非正弦周期信号中的基频成分a

本实施例中要想保持非正弦周期信号中的基频成分，可使用连续模型的二阶谐振低通滤波器，也可使用目前主流的数字滤波方法，包括但不限于FIR、IIR。

在本实施例的实际应用中，所述二阶谐振低通滤波器的输出信号c(t)与输入信号r(t)之间的关系可由微分方程：

其中，C(s)和R(s)分别代表输出信号c(t)和输入信号r(t)经拉普拉斯变换得到的象函数；s为象函数的复频域自变量；ξ为谐振滤波器的阻尼比，且ξ∈(0，+∞)；ω

幅频特性

当

当

为了使二阶低通滤波器保持谐振频率成分幅值不变，削弱其他频率成分幅值，将G(s)的分子由1调整为

当我们限定

为了充分衰减非正弦信号中除去基频分量的其它成分，可令非正弦周期信号的频率f

描述实现所述二阶低通滤波器的线性系统输入输出信号关系的微分方程为：

其中，f

在本实施例的实际应用中，有如下几个要点：

(1)先将非正弦周期信号的基频分量和一条虚拟的与它相位角同步的旋转矢量对应起来，称之为A

(2)二阶谐振低通滤波器的相频特性会造成A

(3)“B

令：A

则：

①当

q＝||A

②当

-π-(π-1)q＝-π-(π-1)A

③当

π-(π-1)q＝π-(π-1)A

综上，所述第一延迟角△θ可以近似描述旋转矢量B

综上，本实施例中，S3具体包括：

S31、基于非正弦周期信号相位角的估计值

其中，j为虚数单位(j

S32、基于旋转矢量A

所述旋转矢量B

参见图4，本实施例所述S4具体包括：

S41、利用偏差调节器(包括但不限于比例调节器等类型的偏差放大器)将第一延迟角△θ放大后，作为

S42、令所述旋转单位矢量B

其中，τ为定积分表达式中用于表示积分变量的符号。t

S43、需要指出，步骤S42所述的积分过程伴随锁相算法运行的全过程。暂态运行过程中，在锁相积分器的闭环修正作用下，旋转单位矢量B

本发明涉及一种非正弦周期信号的锁相方法及系统，其中所述方法包括：根据预先获取的非正弦周期信号，经由二阶谐振低通滤波器处理，获取所述非正弦周期信号中的基频成分a

由于本发明上述实施例所描述的系统，为实施本发明上述实施例的方法所采用的系统，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该系统的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的系统都属于本发明所欲保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。