Multi-Order Intermittent Chaotic Synchronization of Closed Phase Locked Loop

For the model of a Closed Phase Locked Loop (CPLL) communication System consists of both the transmission and receiver ends. This model is considered to be in a multi-order intermittent chaotic state. The chaotic signals are then synchronized along side with our system. This chaotic synchronization will be demonstrated and furthermore, a modulation will be formed to examine the system if it will perfectly reconstruct or not. Finally we will demonstrate the synchronization conditions of the system.

Novel Joint Chip Sampling and Phase Synchronization Algorithm for Multistandard UMTS Systems

CDMA Timing and phase offsets tracking remain as one of considerable factors that influence the performances of communication systems. Many algorithms are proposed to solve this problem. In general, these solutions process separately the chip sampling offset and phase rotation. In addition, most of proposed solutions can not assure a compromise between robustness criteria and low complexity for implementation in real time applications. In this paper we present an efficient algorithm for chip sampling and phase synchronization. This algorithm allows estimating and correcting jointly in real time, sampling instant and phase errors. The robustness and the low complexity of this algorithm are evaluated, firstly by simulation and then tested by real experimentation for UMTS standard. Simulation results show that the proposed algorithm provides very efficient compensation for sampling clock offset and phase rotation. A real time implementation is achieved, based on TigerSharc DSP, while using a complete UMTS transmission-reception chain. Experimental results show robustness in real conditions.

一种面向Video Over IP系统的锁相式同步技术

提出了一种锁相式同步技术,以解决Video Over IP大屏拼接系统中多节点同步问题。整个同步系统采用主从式结构,主节点通过广播包方式发出全局网络同步帧信号,各分布式节点通过基于锁相环原理的闭环控制系统将各自的上屏帧信号与网络同步帧信号进行锁相处理。提出的锁相式同步技术,锁相范围为-π^+π,并采用多模式跟踪方式兼顾了锁相速度和锁定后稳定度。通过FPGA硬件平台验证及示波器实际测试,同步精度达±1μs,相位最大锁定时间约为34 s。

Non-PLL high-precision synchronous sampling method among lots of acoustics acquisition channels for underwater multilinear array seismic exploration system

Synchronous sampling is very essential in underwater multilinear array seismic exploration system in which every acquisition node(AN)samples analog signals by its own analog-digital converter(ADC).Aiming at the problems of complex synchronous sampling method and long locking time after varying sampling rate in traditional underwater seismic exploration system,an improved synchronous sampling model based on the master-slave synchronous model and local clock asynchronous drive with non phase locked loop(PLL)is built,and a high-precision synchronous sampling method is proposed,which combines the short-term stability of local asynchronous driving clock with the master-slave synchronous calibration of local sampling clock.Based on the improved synchronous sampling model,the influence of clock stability,transmission delay and phase jitter on synchronous sampling error is analyzed,and a high-precision calibration method of synchronous sampling error based on step-by-step compensation of transmission delay is proposed.The model and method effectively realize the immunity of phase jitter on synchronous sampling error in principle,and compensate the influence of signal transmission delay on synchronous sampling error.At the same time,it greatly reduces the complexity of software and hardware implementation of synchronous sampling,and solves the problem of long locking time after changing the sampling rate in traditional methods.The experimental system of synchronous sampling for dual linear array is built,and the synchronous sampling accuracy is better than 5 ns.

High dynamic synchronization algorithm based on cyclic spectral density

A new high dynamic synchronization algorithm using cyclic spectral density was presented according to the theories of cyclic spectral density and its anti-interface and anti-noise properties.The closed forms of frequency error and phase error were obtained,and their performances were analyzed.The in-phase signal throw costas loop was normalized to obtain a cosine signal.Cyclic spectral density of the cosine signal of was computed to obtain the frequency error and the phase error and then results were put into NCO to synchronize.Finally,the performance of the presented algorithms was compared with the conventional algorithms by virtue of simulations,and the simulation results proved the correctness and the superiority of the new algorithms.

基于改进正交锁相环的永磁同步电机无位置传感器控制

针对传统正交锁相环(QPLL)应用于永磁同步电机无位置传感器控制中存在的反转失效与加、减速工况下出现显著的转子位置直流偏移误差问题,该文提出一种改进的正交锁相环(IQPLL)。其通过重构鉴相器环节,使得鉴相器的输出与永磁同步电机的转向不再相关,从而解决传统QPLL在电机反转时估算转子位置出现180°偏差的问题。此外,在新型鉴相器结构下,设计前馈环路以补偿加、减速工况下的位置直流偏移误差。并建立了IQPLL的小信号模型,根据系统的频率响应特性给出了IQPLL的参数设计方法。实验结果表明,相对于传统的QPLL,所提出的IQPLL可实现永磁同步电机无位置传感器控制正、反转稳定运行,并有效抑制了加、减速工况下的转子位置直流偏移误差。

基于自适应增强型复系数滤波器的多电飞机变频电网状态估计

多电飞机的电网是一种典型的孤岛微网,具有360~800 Hz的宽频率工作范围,传统恒定频率电网同步方法的动态性能在飞机变频电网中有所不足。为了准确估计飞机变频电网的电网状态,结合自适应模块,对增强型复系数滤波器锁相环进行改进,设计了一种适应于MEA变频电网的自适应增强型复系数滤波器锁相环结构(AECCF-PLL)。分析了其传递函数与阶跃响应之间的关系,推导了模型参数与频率的关系,建立了频率自适应模块,满足飞机变频交流电网状态估计对稳定性和快速性的要求。实验结果表明,在飞机变频电网含有大小频率跳变、谐波、斜坡等扰动情况时,提出的AECCF-PLL可以实现对电网状态的快速稳定估计。

电网次同步振荡对光伏发电系统的影响分析及抑制策略研究

在电网发生次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)时,光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的工作性能会受到干扰,影响PV发电系统的稳定性。针对这一问题,文中首先分析锁相环(phase-locked loop,PLL)输出相位扰动对于坐标变换过程的影响,建立计及相位扰动的PV并网逆变器的数学模型,梳理电网SSO对PV并网逆变器产生扰动的机理,并将扰动分为物理扰动量以及误差扰动量;其次,设计改进型PLL以消除相位引起的误差扰动量对PV发电系统的影响;再次,针对不同目标下的抑制效果进行对比分析,同时确定振荡电压特性对控制器产生影响的关键因素。依据上述研究,提出一种基于自适应准谐振控制器的PV发电系统功率振荡抑制策略。最后,通过搭建实验平台,对所提控制策略的有效性进行验证。

风储锁相弹性耦合下的系统次同步振荡抑制技术

通过虚拟刚度建立储能与风电机组锁相间的弹性连接关系是高效抑制锁相环诱发次同步振荡的关键。以机械振动力学为基础,该文首先在风电机组锁相与储能虚拟同步机之间建立相位弹性耦合关系,并定义虚拟锁相刚度。其次,引入虚拟锁相刚度,建立风储弹性系统的两自由度运动模型,分析风电机组相位的幅频响应特性,并基于固定点理论,优化设计风储间整体刚度和阻尼。再次,提出虚拟锁相刚度控制策略,将其嵌入储能虚拟同步机控制系统中,并与虚拟惯量、阻尼环节构建风储弹性耦合控制系统结构。最后,搭建风储高渗透并网仿真系统,验证增设虚拟锁相刚度后,风电机组锁相环诱发的次同步振荡能够得到有效抑制,显著提升系统的稳定性。

基于SSO多扰动输入机理分析的DFIG-GSC功率振荡抑制策略研究

电网次同步振荡(SSO)已成为桎梏新能源发展的主要问题之一,针对SSO下双馈感应发电机(DFIG)中网侧变流器(GSC)的功率振荡问题展开研究。首先,建立SSO对GSC的多扰动输入数学模型,探究不同扰动输入的性质以及其对GSC系统的影响,明确了针对物理量扰动以及信号扰动分别采用补偿与滤除两种不同的抑制方法。其次,针对锁相环(PLL)输出误差经过坐标变换产生耦合振荡的问题,建立PLL输出误差角度的频域数学模型,并通过设计一种改进PLL消除其输出误差对GSC的信号扰动影响。同时,设计一种准谐振控制器的自适应算法,并提出基于自适应准谐振控制器的DFIG-GSC功率振荡抑制策略,消除SSO对GSC的物理扰动影响;最后,通过搭建具有SSO模拟环境的DFIG实验平台,验证本文所提控制策略的有效性。

基于新型自适应滑模观测器的PMSM无传感器控制

为了实现无位置传感器控制策略在永磁同步电机中的应用,在传统滑模观测器的基础上提出了一种改进型的自适应滑模观测器算法。提出的改进型自适应滑模观测器中使用更平滑的sigmoid函数取代了传统的符号函数,并结合反电动势的自适应律有效地减少了提取的反电动势中包含的高频分量,避免了低通滤波器在使用过程中带来的抖振和相位延迟现象。最后反电动势中包含的转子位置信息与速度信息通过锁相环提取。为了验证模型的可行性,基于MATLAB/Simulink搭建了仿真模型进行了仿真分析,并以TMS320F28377芯片为核心搭建了永磁同步电机硬件实验平台进行实验验证,仿真与实验结果验证了该方法的有效性和实用性。

用于新型符号的频偏补偿和解调的算法与电路

为提高传统脉冲位置调制(pulse position modulation,PPM)符号的频谱效率,提出了一种新型码片内4-PPM符号调制方法,在实现1 Gbit/s通信速率的同时,又大大减少所需频谱资源。可在解调时,该符号调制的误码率性能受到发射端时钟和接收端本地时钟之间的频率偏移的极大影响。针对此问题,又提出了一种在模拟域对该符号进行频偏补偿,并实现符号同步和高速数据解调的算法与电路。该电路系统通过消除接收数据和本地时钟的初始相差、提取两者的频偏信息、周期性改变本地时钟的瞬时相位3步实现频偏补偿,并同时在第3步利用本地时钟对接收数据进行解调。为提高相位插值器(phase interpolator,PI)的线性度,本文将延迟锁定环与PI相结合。在2π的插值范围内,实现插值区间32个,插值步长992个,分辨率2.016 ps,最大差分非线性(differential nonlinearity,DNL)0.183°,最大积分非线性(integral nonlinearity,INL)0.325°。此外,本文提出的相位控制算法有效避免了由电流毛刺所引起的输出相位突变。电路基于UMC 40 nm CMOS RF LP工艺进行设计与仿真。仿真结果表明:本文所提出的算法与电路,在典型工艺角下,将接收数据和本地时钟间的50×10^(-6)频率偏差度降至1.03×10^(-6),频偏补偿准确度达到97.94%,并实现1 Gbit/s的解调速率。该方法对高速PPM数据同步与解调具有良好的工程应用价值。

基于改进型积分滑模观测器的PMSM无位置传感器控制

针对传统滑模观测器在位置估计过程中的抖振问题,设计一种易于实现的分段平方根切换函数代替传统不连续开关函数,并利用李雅普诺夫稳定性判据对其稳定性进行分析。针对传统锁相环在进行位置估计过程中对转速变化跟踪能力差的问题,提出一种改进锁相环,通过增加微分环节提高电机转速与位置的估计速度,通过增加速度负反馈环节提高系统在暂态过程中的动态性能。在此基础上,通过锁相与位置误差辨识机制,提出一种位置误差全补偿算法,解决了由滤波器、零阶状态保持器等相位延迟环节引起的位置估计误差问题。此外,该文利用形式简单的d-q坐标系电压方程建立滑模观测器,在采用PLL进行位置估计时,无需进行α-β坐标系下的位置误差构建。最后,通过仿真和实验验证所提方案可行性和有效性。

基于主动式阻尼的混合式步进电机转速振荡抑制控制

混合式步进电机因其特殊的机械结构导致自身阻尼极小,在实际运行过程中会发生振荡过大,甚至失步的问题。为提高混合式步进电机的控制品质,提出一种基于主动式阻尼的步进电机转速振荡抑制方法。首先,将电机模型转化至同步旋转dq坐标系,将电流i_d控制恒为额定电流,利用位置误差和速度误差调节电流i_q生成瞬时转矩,抑制电机运行时存在的振荡现象。其次,为实现电机闭环反馈控制,提出一种将同步频率提取滤波器(SFF)与三阶锁相环(PLL~3rd)相结合的无传感器控制方法。SFF可以滤除反电动势信号中的高次谐波,PLL~3rd能消除转速变化过程中的稳态误差。实验证明,该方法有效抑制了步进电机运行过程中的振荡现象,提升了电机的运行品质。

基于功率同步控制的逆变器并网相位误差机理

在并网逆变器中,以锁相环(phase-locked loop,PLL)为代表的电网同步技术得到了广泛应用。然而,由于PLL的引入降低了并网系统的稳定性,使得包括功率同步控制(power synchronization control,PSC)在内的无PLL逆变器控制技术逐渐受到重视。针对PSC的同步技术,现有研究缺乏小扰动下的相位误差模型和理论分析,其同步特性与PLL之间的异同也尚未涉及。为此,在小扰动下首先建立PSC的相位误差模型,并对影响PSC相位误差特性的控制参数进行理论分析。利用所建立模型的频率特性,在相等带宽条件下,对比PSC与传统PLL相位误差之间的差异。仿真和实验证明了PSC相位误差模型的准确性,并且在相等带宽下PSC的同步响应速度显著优于PLL。该文结果可为PSC的控制参数设计、同步理论分析提供一定参考。

考虑PLL频率限幅的MMC风电场故障恢复同步稳定性

基于模块化多电平换流器的风电场在发生交流短路故障时,可能会出现风机变流器锁相环(phaselockloop,PLL)同步失稳问题。当前研究集中在故障阶段同步稳定机理研究和改善方案,但是缺乏故障切除后恢复阶段PLL同步稳定研究。该文研究恢复阶段PLL同步稳定问题,考虑到故障阶段可能出现同步失稳、以及PLL频率振荡过冲导致限幅,建立了考虑PLL频率限幅的系统暂态分析模型;引入恢复稳定域的概念,并且研究了PLL频率限幅、恢复阶段风机电流、电压(恢复速率)、PLL-PI参数对稳定域的影响;基于恢复稳定域提出了参数优化和PLL软件复位的恢复稳定改善措施;最后通过仿真验证了理论分析的合理性。

基于暂态响应时间分析与暂稳态模式识别的锁相环参数自适应方法

锁相环的设计对保障交流网络中设备安全运行有着重要意义,锁相环实现方法与参数设计对锁相环的响应时间、抗扰能力等控制特性起到重要影响。本文通过结合小信号频域模型与大信号状态空间模型,分析同步坐标系锁相环的暂稳态响应特性,得出各参数设计对于锁相环控制特性的影响;在理论分析基础上,提出了基于响应时间与暂稳态模式识别的锁相环参数自适应框架。仿真与实验结果验证了所提出的参数自适应方法可以通过实现参数动态调节,达到对锁相环暂态快速响应与稳态抗扰的设计要求。

基于改进SMO的PMSM无传感器控制

由于传统滑模观测器(SMO)中控制函数采用具有不连续性的符号函数(sign),导致SMO采集到永磁同步电机(PMSM)的反电动势存在严重的高频抖振,进而使得转子位置估计值与转子位置实际值存在较大的偏差。为了提高PMSM无传感器控制精度,提出了一种基于新型控制函数的改进SMO,采用具有连续性的控制函数■(s)作为SMO的控制函数,利用锁相环(PLL)提取转子位置信息,以减小系统抖振,提高转子位置估计精度。同时,根据李雅普诺夫稳定性判据(Lyapunov)对系统的稳定性进行了验证。最后,基于Matlab/Simulink软件的仿真结果表明,提出的改进SMO有效降低了PMSM反电动势的抖振,提高了PMSM无传感控制系统的控制精度。

双同步坐标系解耦滤波器复变量建模与分析

针对解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)传统实变量模型阶数较高、序分量响应不易观察、滤波性能评估困难等问题,提出了一种基于复变量的DDSRF-PLL建模方法。首先,建立了其复变量模型,分析了序分量响应特性,该复变量模型表明正序基波输出模型对负序基波分量实现负无穷大的衰减,同时可得到其他频率序分量的衰减增益;然后,基于提出的复变量模型,设计了二阶低通滤波器以显著增强解耦网络的滤波性能,并进一步分析了高阶低通滤波器的可行性与必要性。研究表明采用二阶低通滤波器即可满足大部分场景下的谐波抑制要求,且具有计算量小、模型阶数低、易于数字实现的优点。实验结果验证了所提复变量模型的正确性与有效性。

基于SOGI高频方波电压注入的永磁直线同步电机无感控制

针对永磁直线同步电机的无感控制技术,为了解决传统高频方波注入法无法准确定位转子位置和转速的问题,提出了基于SOGI高频方波电压注入的无感方法。与传统的高频方波电压注入法不同,为了得到更好的高频电流信号,采用二阶广义积分器提取响应高频电流信号,采用正交锁相环解决反正切函数没有反馈直接放大噪声的影响。为证明无感控制技术的有效性,用Simulink进行了仿真验证。结果表明,基于SOGI高频方波电压注入的无感方法大大降低了误差,缩短了调节时间,提升了响应时间。