Matlab的小功率感应加热电源的设计与仿真(14)
3.5.2 锁相环电路构造
锁相环(PLL—Phase Locked Loop)电路是一个输出信号能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统，由于其独特的优良性能，在无线电通讯、电力电子技术、电力传动等各个领域都得到了广泛的应用。目前在中高频感应加热电源中，锁相环在锁相控制电路中得到了广泛的应用。锁相环是一个相位反馈控制系统，其作用是实现对输入信号频率和相位的自动跟踪。下图为基本的锁相环结构框图。锁相环可分为线性锁相环(LPLL)、数字锁相环(DPLL)、全数字锁相环(ADPLL)和软件锁相环(SPLL)，但几乎所有的锁相环电路都是由以下3部分组成的：鉴相器(PD—Phase Detector)；环路滤波器(LPF—Low．Pass Filter)；压控振荡器(VCo—V-oltage Controlled oscillator)，在环路中流通的是相位，而不是电压，因此研究锁相环的相位模型就可得环路的完整模型。
图3.4 锁相环结构框图
PLL的相位传递函数为：
——鉴相器的鉴相增益；
——压控振荡器的灵敏度；
F(S)——环路滤波器的传递函数；
K——环路的总增益。
锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴相器用来鉴别输入信号 与输出信号 之间的相位差，并输出误差 。 中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器的控制电压 。 作用于压控振荡器的结果是把它的输出震荡频率 拉响环路输入信号频率 ，当两者相等时，环路被锁定，成为入锁。文持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间有一定的相位差。
滤波器由一个模值为变量K的可逆计数器来实现，其作用用于消除数字鉴相器输出的相位误差信号Dout中的高频分量，保证锁相环路性能的稳定性和准确性。
图3.5 锁相环频率跟踪电路
3.6 PID控制模块
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。
（1）比例控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
（2）积分控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到接近于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后几乎无稳态误差。
（3）微分控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。