最近因項目需要，打算使用TI官方的軟件鎖相環(huán)實現(xiàn)三相逆變器的鎖相，其中坑基本都踩過，在此分享一下。
由于我用的是F2812的DSP，比較辣雞，沒有浮點運算引擎，因此為了提高浮點運算的速度，配合TI的IQmath定點運算庫 (關于IQmath，不了解的小伙伴可以Q私我1062057308，或者去TI官網(wǎng)搜一下) 和對應的太陽能庫，這個庫集成了大部分電力電子常用的算法，比如坐標變換、PID、濾波器、鎖相環(huán)等，而且TI很貼心的做了浮點、定點和CLA三個版本，這個庫在controlSUITE里可以找到。PS：如果用的DSP有浮點運算引擎（28335以上型號應該都有…），建議直接用浮點數(shù)運算，真的省了很多幺蛾子和未知的Bug！
TI的軟件鎖相環(huán)，有一個官方的應用文檔《使用C2000 ? 微控制器針對三相并網(wǎng)應用的軟件鎖相環(huán)設計》，并且是中文的，官網(wǎng)也可直接找到。

我用的是最基本最簡單的同步基準框鎖相環(huán)（SRF-SPLL），其鎖相原理文檔中也有詳細描述，簡而言之，就是把三相電壓進行ABC-DQ變換，通過PLL控制Q軸的電壓等于0，即實現(xiàn)了鎖相。

這里需要用到DQ變換和SPLL這兩個算法，太陽能庫里都有。

算法實現(xiàn)的步驟：

1、采集電網(wǎng)電壓，并進行DQ變換，得到Q軸的電壓Vq；
這里需要注意，因為最終只需要控制Vq=0即可，原則上經(jīng)AD采集的三相電壓只要相序正確、三相對稱，就能正常運算，也就是說，輸入dq變換單元的三相電壓并不一定非常精確的與實際電壓相等，比如實際電壓220V，我通過AD采集求出的電壓是150V，也能完成鎖相。這個特點為提高程序運算速度提供了可能：比如，根據(jù)調(diào)理電路，電壓被縮小了約38.7596倍送入DSP，所以要想計算精確的電壓，必須把AD寄存器值除以38.7596。我們知道作除法，特別是浮點除法是很耗費CPU的。既然不需要精確的電壓，就可以通過移位來實現(xiàn)縮放，右移5位，即相當于除以32，跟除以38.7596差別不大，這樣可以一定程度提高運算速度（沒辦法，DSP太垃圾，必須想辦法充分利用計算資源…）。當然如果需要精確的電壓值還是需要按部就班的求。
還有一點要注意，雖然不要求電壓倍數(shù)精確，但最好不要有直流偏置，否則影響鎖相效果，所以提前校準好AD的零漂。
2、Vq傳入SPLL結(jié)構(gòu)體參數(shù)，spll1.v_q[0] = abc_dq0_pos1.q;
這里注意，調(diào)用spll鎖相的函數(shù)時，一定要先更新v_q[0]，這個文檔中也強調(diào)了。
*3、調(diào)用函數(shù) SPLL_3ph_SRF_IQ_FUNC(SPLL_3ph_SRF_IQ spll_obj)，求取鎖相角度theta.
這個角度就是DQ變換用到的theta，因為DQ變換在鎖相之前，所以DQ變換用到的是上一個控制周期計算的角度，也就是延遲一個周期。這樣的話，控制頻率不能太低，在SoliaLib文檔中，官方說最低控制頻率不能低于20k，但我用的控制頻率是10k，鎖出來感覺效果也不差hhh。下圖是用CCS的示波器觀測的鎖相正弦值。

注意事項：
1、鎖相需要用到PI，其離散化控制參數(shù)不需要自己計算，TI已經(jīng)提供了一個Excel表格專門計算參數(shù)。這個表格也在Solar文件夾里。計算時，只需填入穩(wěn)定時間、阻尼比、誤差帶范圍、控制周期（頻率），就可以自動計算B0、B1。有需要的請自行食用
鏈接：https://pan.baidu.com/s/18-vipsBYJkWpk2kCezrVcA
提取碼：4igw

2、SoliaLib使用手冊還提到，傳入SPLL的q軸電壓Vq范圍為（-1，1），即需要歸一化！！！這一點很重要，我個人理解是PI需要處理的對象要有足夠小的偏差，如果太大了其調(diào)節(jié)效果就不夠了，所以需要把Vq歸一化，實際上只需要縮小大概100倍就可以了。

3、對于使用IQ定點運算，要注意，SPLL默認的使用IQ21格式，如果外部程序使用其他的格式，一定要轉(zhuǎn)換和避免數(shù)據(jù)溢出。另外建議不要用太低的IQ格式進行鎖相，官方默認IQ21是有道理的，IQ太低的話，小數(shù)位太少，計算精度大打折扣。有人可能存在疑問，如果用IQ21格式，則整數(shù)位只剩下10位（對32位MCU而言），最大計算的數(shù)據(jù)只有2^10 -1= 1023，是否容易溢出？這個不必擔心，我們電網(wǎng)電壓一般峰值也就300多V，而且前面提到了，電壓Vq需要歸一化，肯定不會溢出。（對于IQ math的使用，我會在另一篇文章里詳細講一下）
4、ABCtoDQ0的坐標變換，一般有兩種坐標對齊方式，即D軸與A軸對齊和超前A軸90°對齊（aligned 90 degrees behind A axis），兩種對齊方式是有區(qū)別的，具體可以看一下Simulink里abc to dq0模塊的Help，里面有詳細的解釋。
5、可配合matlab進行一比一仿真，能發(fā)現(xiàn)一些邏輯和語法錯誤。
左圖是A相電壓IQ格式，右邊是鎖相的相位正弦值，正好相差1/4工頻周期。

為什么會有相位差呢？我們打開鎖相環(huán)的程序，仔細閱讀就會發(fā)現(xiàn)，TI這個abc/dq變換不是d軸按照A相電壓來定向的，而是d軸超前于A相90°來定向的！！所以鎖相環(huán)鎖出的相位超前于A相90°！！
關于定向的詳細解釋，大家可以看simulink里面的abc to dq0模塊的Help，里面介紹的很詳細。

知道這一點，就很好辦了。解決辦法有兩個：
1、將鎖相環(huán)輸出的角度θ減去pi/2，再反饋到DQ變換模塊；
2、修改DQ變換模塊的程序，反饋進來的還是θ不變，但是我們知道這個θ比A相的θ超前了pi/2，所以在程序中計算dq值時，將θ減去pi/2。
原來的dq計算公式為
d = alpha·sin(wt) + beta·cos(wt);
q = beta·cos(wt) - alpha·sin(wt);
根據(jù)誘導公式，修改后的dq計算公式為
d = -alpha·cos(wt) + beta·sin(wt);
q = beta·sin(wt) + alpha·cos(wt);
通過上面兩種方法，鎖出來的相位跟A相就完全對應了~

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的使用IQmath定点运算调试TI官方的软件锁相环的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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