量程可变的转速信号检测 - 基于锁相环的可变量程转速控制系统

　　3.1 基于CD4046的倍率可变的窄带跟踪电路

　　PLLCD4046[4]是由存储式边沿触发鉴频鉴相电路、VCO压控振荡器、低通滤波器等组成的相位负反馈闭环电路。该电路的鉴相器克服了正弦鉴相器的非线性及无鉴频功能的缺陷[2～3]，且其同步带、捕捉带和快捕带相同，捕捉时间等于快捕时间，失锁时捕捉能力强、速度快。

　　基于CD4046的倍率可变的窄带跟踪电路总体组成如图4所示。其中，A1、A2及其阻容元件组成同相有源比例积分滤波器，÷N电路为N倍分频器。采用有源比例积分器作环路滤波时，锁相环具有很好的窄带跟踪特性。

　　3.2 提高跟踪精度的措施

　　3.3 倍频原理及控制器量程分档

　　锁相环是一个频率信号具有相位负反馈的电路。当相位锁定时，输入信号和反馈信号fi的频率相同，相位差固定(与鉴相器形式有关，这里为零相位差)。倍频原理如图5所示。如在压控振荡器后面接有可变分频系数的N分频器(这里采用人工切换分频器CD4046的输出端而得到不同的分频系数)，反馈到鉴相器的信号频率为f0/N，当鉴相器相位锁定时，fi=f0/N，即f0=Nfi。若以压控振荡器的输出频率f0作输出信号，就达到了N倍频的目的(即 f0=Nfi)，分频器分频系数N即为电路的倍频系数。对于研制的四极电机的控制器而言，可分为三档：1500r/min、750r/min、375r/min，则取倍频系数分别为16、32、64，各档对应的最高频率都为1600Hz。这为电荷转移式f/v转换电路的定时参数的设计带来了方便。控制器以转速表指示电机转速，分三档量程指示，使操作更直观方便，精度更高。

　　4 试验结果

　　图4中，将分频器短接(即N=1)，便以仪器观察电路的跟踪特性，用低频特性测试仪作扫频信号发生器，其输出信号加到被测试电路代替传感器信号fi，同时加到本身的输入端以观察并调整扫频速率。用动态分析仪分析fi和fo的频谱并同时观察两路信号的跟踪情况。设置扫描频率范围为200Hz～20kHz，扫描速率到满幅1.5秒做电路功能测试，结果如表1所示。第一点的明显的误差产生原因是扫频信号由于20kHz瞬时返0，滤波电容放电跟不上所致，手动扫描时无此现象，实际测量时无此突变情况。该扫描速度相当于20kHz/1.5s=13.3kHz。可见该电路的频率跟踪性能是优良的。

　　该电路系统已成功使用在具有卷绕特征的调速系统中，具有价格低廉、制作方便、信号检测精度高、分档方便的特点，可广泛应用于被控信号频率变化范围大、变化速度高的场合。