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采样锁相环电路的建模与稳定性分析

李鹏  
【摘要】:锁相环由于其具有一系列独特的优良性能,例如载波跟踪性能、能提供高稳定的信号频率、调制跟踪性能等等,因而被广泛应用于频率合成、调制解调、位同步提取、FM立体声解码等方面。它己经成为通信、雷达、导航、电子仪器仪表等设备中不可缺少的一部分。所以这些年来锁相环的设计与研究工作也越来越受到人们的重视,人们开始利用人工计算或计算机软件来分析锁相环的性能。特别是对于采样锁相环,由于其是数模混合电路,电路复杂,一直以来为工程人员和设计人员研究和设计的难点。本文以采样锁相环和数字锁相环为研究对象,主要致力于两者的稳定特性研究,通过计算机软件对锁相环电路进行建模与仿真来辅助分析锁相环的稳定性能,研究各电路参数对锁相环捕获性能的影响,对锁相环的设计优化与研究工作具有重要的指导意义。本文的工作主要包括以下几个方面: 1.对锁相环的组成、分类、特性、发展历史和现状及各部分的工作原理进行了简单介绍,在充分理解采样锁相环的基本结构及各部分工作原理的基础上,建立了采样锁相环的相位模型及动态方程。 2.鉴于采样锁相环路方程较为复杂,本文推导出了一阶、二阶RC积分、二阶无源比例积分及二阶理想积分采样锁相环的近似相位误差模型,并对四种采样锁相环的稳定性和稳态相差进行研究,通过编制Matlab程序仿真分析各参数对环路捕获性能的影响,提出了提高采样锁相环路捕获性能的方法。 3.根据在线式UPS系统锁相原理,以系统中的数字锁相环为研究对象,建立了环路的数学模型与仿真模型,并对环路的稳定性和稳态相差进行了深入讨论。同时通过Simulink工具箱仿真分析环路中PI调节器各参数对锁相环动态性能的影响,提出了提高锁相速度的途径。 本文建立的仿真模型、仿真结果及稳定性分析对实际的锁相环电路参数设计具有参考价值。


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