一种基于嵌套结构的锁频锁相高功率微波振荡器仿真研究

高功率微波(HPM)产生器件通过增加慢波结构的过模比使得功率容量显著提高。嵌套型结构让过模器件的空心结构或内导体结构得到使用,同时嵌套型器件的低阻抗使得其与低阻脉冲功率源能良好匹配。基于内外嵌套结构提出了一种锁频锁相高功率微波振荡器。相对于传统的锁频锁相方法,提出了基于耦合波导实现锁频锁相的新方法。内外相对论速调管振荡器(RKO)产生的微波信号通过耦合波导泄漏到高频结构中,对电子束进行预调制,从而实现锁频锁相。另外,为实现内外高功率微波通道合成,设计了双通道功率合成器。在振荡器的工作频点,功率合成器能弥补振荡器两输出通道相位差,使得功率合成效率提高,合成效率为98.3%。在二极管电压575 kV,磁场强度0.6 T条件下,内外RKO的微波输出功率分别为2.2 GW和3.2 GW,频率差波动小于20 MHz,相位差稳定在10°附近;加载双通道功率合成器,仿真结果表明,微波输出功率为5.31 GW,功率效率32.2%。结果表明,嵌套器件在互锁状态时,振荡器饱和时间缩短,输出功率增大。

基于锁频环辅助锁相环的载波跟踪方法研究

载波跟踪的目的是尽力使复制的载波信号与接收到的信号保持一致,从而能够很好地剥离卫星信号中的载波。因此,载波跟踪环路的跟踪精度很大程度决定了最后的定位测量精度。考虑到卫星等载体的高动态性带来的多普勒频移,跟踪环路需要同时具有较好跟踪精度和动态性能。因此,环路需要同时利用锁频环对信号具有较好的动态适应性和锁相环对信号具有较好的跟踪精度的特点。首先分析了锁频环和锁相环的原理,基于此采用了基于阈值调整的二阶锁频环辅助三阶锁相环的方法,最后利用Matlab对该算法进行仿真。结果表明跟踪环路能够较快地对信号进行跟踪的同时也具有较好的跟踪精度。

激光器自动锁频方法研究综述

介绍了激光自动锁频的意义与目的,阐述了实现激光自动锁频的算法和常用的光学频率参考,分析了不同算法和频率参考的区别和优劣,探讨了在自动领域下实现激光锁频需要解决的问题和方法,指出了有待加强的领域,提出了部分仍待解决的困难,得出了当前激光自动锁频领域的发展方向和改良趋势,为激光器自动锁频的后续研究提供了参考。

基于锁频环控制的多逆变器孤岛检测方法

为了解决多分布式电源(distributed generation,DG)孤岛检测时因注入扰动量相互抵消而产生的稀释效应问题,提出了一种基于锁频环控制的主从控制多DG孤岛检测方法。该方法通过锁频环控制和锁定孤岛发生时的相位,使孤岛发生时逆变器输出电压、电流的相位相同;然后,选择1台锁相环控制的DG作为主逆变器,其余的DG均采用锁频环控制。MATLAB/Simulink建模仿真和RTBox物理实验结果表明:该方法能够消除稀释效应,实现多DG孤岛检测。所提方法能够降低DG“反送电”的发生概率,提高供电的安全性。

一种超声治疗仪的自动跟踪锁频电路设计

针对超声治疗仪中压电超声换能器因制造工艺导致固有频率出厂误差的问题,以及因温度变化等因素导致频率漂移,使其工作在非谐振状态下影响压电超声换能器电-声转化效率降低、治疗波形变化以及输出功率不稳定,从而影响超声治疗仪的治疗效果的问题,设计了一种超声治疗仪的自动跟踪锁频电路。该系统采用STM32F103ZET6作为微控制器。利用压电超声换能器逆向压电效应特性原理和最大电压式反馈法,通过扫频采样将最大电压值和谐振频率进行实时反馈,使得压电超声换能器始终工作在谐振点上,以实现自动跟踪锁频。实验测试证明,基于该自动跟踪锁频电路的超声治疗仪能够保持较稳定的输出功率以及良好的治疗波形、频率跟踪精准且成本低,能够达到良好的治疗效果。因此本课题具有较好的创新性和应用前景及广泛的适用价值。

基于锁频环前馈的PMSM位置估计误差抑制

基于滑模观测器与锁相环(PLL)的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制系统,其矢量控制性能与转子位置的精度密切相关。针对传统PLL在斜坡加减速过程中存在位置估计稳态误差的问题,提出一种基于锁频环的前馈锁相环(FLL-FPLL)。通过在复系数滤波器的基础上构造锁频环(FLL),实现复系数滤波器中心频率的自适应调节,并将FLL的估计角速度引入PLL,提高位置估计精度。理论分析与实验结果表明:所提出的FLL-FPLL能够有效抑制斜坡加减速过程中的位置估计稳态误差,提高PMSM无位置传感器控制性能。

激光锁频实验研究

随着激光技术的发展,激光的频率稳定性越来越好,实际应用对激光频率稳定性的要求也逐渐提高.目前简单的被动稳频技术已不能满足实际应用需求,而主动锁频技术备受关注并得到高速发展.更高的频率稳定度意味着需要更精确的调控,激光锁频技术也成为现代量子技术的重要组成部分.本文介绍了几种常用的激光稳频技术,展现了激光锁频技术的重要发展,例如小型化和自动化、超稳腔锁频和传输腔锁频.

F-P干涉仪差分锁频系统研究

为解决法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)干涉仪锁频方法响应速度、抗干扰能力、长期稳定性方面存在不足的问题,提出了F-P干涉仪差分锁频方案,将存在频差的双频激光耦合入F-P谐振腔,当激光频差足够小时,两光强信号曲线存在交叉,以两光强信号的差值作为被控量,在交叉点附近构建单调过零函数,作为闭环控制系统的反馈量,实现动态差分锁频控制。基于该方案,搭建了一套F-P干涉仪微位移测量装置并开展实验验证,结果表明该装置能够实现0~300 nm范围内的微位移测量,位移测量分辨力达到23 pm,验证了F-P干涉仪差分锁频方案的有效性,为推动微位移测量领域的发展提供了重要借鉴。

电网电压不对称时锁频环同步信号检测方法的动态性能

三相并网变流器的控制需要电网基波电压同步信号的准确检测。针对锁频环同步信号检测方法,文中分析了锁频环在电网电压不对称时的动态性能。采用平均理论对锁频环进行线性化处理,简化为一阶系统,准确地计算出频率检测响应时间常数。结果表明,锁频环的动态性能不仅与电网电压正序分量幅值相关,还与电网电压负序分量幅值相关。提出了一种锁频环的归一化频率自适应方法,并与现有方法进行了比较,发现该方法的频率检测响应较好,能准确获取正、负序幅值与相位信息。仿真和实验结果验证了文中对锁频环动态性能分析的正确性,同时也验证了文中提出的归一化方法的有效性。

采用降阶谐振调节器的并网逆变器锁频环技术

在大规模新能源并网发电场合,电网常会出现电压跌落、频率突变、谐波污染等故障,给并网逆变器的运行控制提出了较高的要求。因此,需要采用更高性能的锁相(频)环技术实现故障情况下电网同步,增强并网逆变器的并网控制性能。提出一种基于降阶谐振调节器的锁频环(frequency-locked loop based on reduced order resonant controller,ROR-FLL)技术,频率自适应能够通过简单的反馈控制环节实现。ROR-FLL能够快速精确的从非理想正弦电压中分离出正序、负序、谐波分量,且其实现比较灵活、简单。仿真和实验结果验证了该锁频环的可行性及动态性能。

基于高精细度光腔锁频激光的分子吸收光谱测量

利用高精细度光腔锁定激光频率,实现了对分子吸收光谱的高精度测量.光腔采用低热膨胀系数的殷钢结构设计和温度控制,实现了腔长度的稳定;通过将激光频率锁定在光腔纵模上,实现了高频率精度和高灵敏度的光腔衰荡光谱测量.利用该装置示范性地测量了二氧化碳分子在6470.42 cm^(-1)附近的光腔衰荡光谱和色散光谱,得到了高精度的谱线参数,并和数据库谱线参数进行了对比.

锁频环辅助下锁相环的跟踪误差分析

为适应高动态环境,卫星导航接收机采取锁频环辅助锁相环的技术进行载波跟踪.锁相环在锁频环跟踪频率基础上锁定载波相位.现基于经典的二阶锁频环辅助三阶锁相环结构,研究其中的载波相位跟踪误差,包括动态应力误差与热噪声跟踪误差.通过推导,得到了2个误差的计算公式.仿真结果表明,有关载波相位跟踪误差的分析是准确的,有助于之后的载波跟踪环路设计.

基于锁频环与锁相环相结合的载波跟踪技术

针对锁频环与锁相环各自在载波跟踪方面的优点与不足,设计了一种基于Costas环的锁频环与锁相环相结合的载波跟踪环路。基于锁频环与锁相环各自锁定时残余频差与残余相差都接近于0的原因,提出了mc、mpe两个阈值,当阈值满足设定的条件时,载波跟踪环路自适应地选择相应的工作状态。仿真结果表明,在阈值达到设定的条件时环路能够正确地实现工作状态的转换,在多普勒频移为固定值以及阶跃函数时能进行准确的跟踪,达到了设计目的。

弱电网下单相光伏并网逆变器锁频环同步方法

弱电网的主要电气特性之一为高电网阻抗。高电网阻抗易导致电网电压波形畸变,畸变的电网电压会使光伏并网逆变器锁相环出现偏差甚至失效,并导致并网电能质量变差。针对这一问题,以LC型单相光伏并网逆变器为研究对象,提出采用基于2阶广义积分器锁频环(second order generalized integrator frequency locked loop,SOGI-FLL)同步方法来实现逆变器与弱电网的同步。在分析不同电网状态尤其是弱电网对逆变器影响的基础上,详细阐述SOGI-FLL的工作原理和实现方法。仿真和实验结果表明,该同步方法在电网电压扰动及过零点震荡情况下均可稳定可靠工作,对电网电压变化具有较强的鲁棒性和适应性,与传统过零同步方法相比,SOGI-FLL同步方法可提高弱电网下光伏并网逆变器的可靠性。

基于线性卡尔曼滤波器的三相锁频环设计

电网同步算法对提升并网控制器的性能有重要意义。该文基于线性卡尔曼滤波器提出一种三相锁频环技术(frequency-locked-loopbasedonlinearKalmanfilter,LKF-FLL),首先分析卡尔曼滤波器关于含直流偏置的电压畸变信号正交分解的有效性,分析表明当频率为已知量时可采用线性卡尔曼滤波器估计电网状态,包括频率、正/负序和直流偏置;接着针对基频观测采用三相锁频环,通过误差分析提出自适应三相锁频环结构;然后利用状态观测器的思想设计成本函数求取优化增益系数,逆推卡尔曼滤波参数,避免按照经验选取,最后通过和已有技术对比,显示所提三相锁频环在三相电压信号含直流偏置的畸变情况下的有效性和优越性,并通过仿真实验进行验证。

基于离散谐振器的自适应数字锁频环设计

对电网电压基波幅值、频率以及谐波信息的准确估计是保证分布式电源并网变流器控制性能的重要条件。因而该文首先从便于数字实现的角度出发,提出了一种新颖的离散谐振器(discrete resonator,DR),并在数字频域下分析了该谐振器对单相和三相系统中正弦信号的积分作用,特别是三相系统下的频率极性选择特性;接着,针对电网中存在多次谐波的情况,提出了多重离散谐振器的滤波结构及其精确数学模型,并通过根轨迹法分析了多重离散谐振器增益系数之间的交叉影响,优化了增益参数的设计,提高了谐波检测的动态性能;最后,基于多重离散谐振器,设计了自适应数字锁频环(digital frequency-locked loop,DR-DFLL),该锁频环能够在电网正常和畸变条件下高精度的估计电网基波频率,且自适应于采样频率,同时便于数字实现。仿真与实验验证该文所提自适应数字锁频环的有效性和优越性。

转子-联轴器-轴承-隔振器系统不对中及锁频故障实验研究

通过搭建转子-联轴器-轴承-隔振器系统实验台来模拟舰船主汽轮齿轮机组及其隔振系统,并通过轴承标高调节装置和不平衡质量来模拟实际机组运行过程中的不对中故障,分别研究了静、动态不对中和低频锁定故障的特征,并给出了解决途径。实验研究结果表明,对于含有隔振器的转子-联轴器-轴承系统,静态不对中和不平衡力等引起的动态不对中都会激起2倍频振动;在转速达到隔振系统的固有频率以后,系统有两个主要的振动频率:基频和被锁定的低频,说明系统出现结构不稳定性,发生概周期分岔,锁频故障会严重威胁转子系统的安全稳定运行。研究结果可以为舰船主汽轮齿轮机组及其隔振系统的不对中和锁频故障诊断以及稳定性理论分析提供实践依据。

谐振式光纤陀螺闭环锁频系统

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来检测旋转角速率的一种新型光学传感器。利用闭环锁频系统可以减小光纤环形谐振腔受温度、应力等外界环境变化的影响,提高陀螺性能。提出了数字与模拟相结合的闭环锁频系统方案设计,克服了模拟锁频电路带来的电路温漂,采用模拟解调技术来降低了对系统A/D转换器的转换速度的要求,同时无需对复杂数字解调算法的研究。闭环锁频系统应用于陀螺测试系统中,实验测得10 s时间内的锁频精度为2.15(°)/s。

分离流动诱发的失速颤振和锁频现象研究

采用非定常雷诺平均N-S方程(Unsteady Reynold Averaged Navier-Stockes,URANS)模拟失速颤振中的非定常气动力,通过耦合结构运动方程,建立时域气动弹性分析方法,其中结构运动方程采用基于预估-校正技术的四阶隐式Adams线性多步法进行时域推进求解。首先对动态失速气动力响应和锁频区域的预测精度进行验证,确保求解器适用于模拟失速颤振。其次,采用该气动弹性分析方法对NACA23012翼型的颤振边界进行数值模拟,结果表明,预测得到的颤振速度边界和实验结果吻合较好。通过对失速颤振中的结构运动响应和流动特性进行分析,发现在失速颤振中前缘漩涡的产生和尾涡脱落是一种能量转换和注入机制,用以维持翼型的等幅振荡;同时失速颤振中出现的锁频现象是导致翼型在初始攻角为15°、16°和17°时颤振频率突然降低的主要原因。

不理想电网下基于二阶广义积分的锁频环

三相AC/DC变流器广泛应用于中高功率场合,快速准确的相位同步检测是其控制的基础。然而由于电网电压存在不平衡和畸变的问题,电网电压检测和锁相角计算过程中会产生一定误差。因此,需要采用更高性能的锁相(频)环技术。这里针对可实现能量双向流动的三相AC/DC变流器,讨论了基于二阶广义积分(SOGI)的空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略的可行性,分析了电网角频率与SOGI的给定谐振角频率出现偏差时的问题。针对这一问题,提出了一种基于SOGI的锁频环(SOGI-FLL)技术,给出了其在频域上的数学模型,并分析了其动态响应性能。与常规锁相环(PLL)相比,SOG-FLL能够快速精确地从不平衡和畸变的电网电压中分离出正序分量,仿真和实验结果验证了其可行性及动态性能。