2023年电赛电源题代码开源——（含SOGI、锁相环、电压电流双环控制的STM32实现）_单同步单相锁相环.c实现

1.基于二阶广义积分器的锁相环实现

  笔者的锁相环这一环节参考的是知乎的这篇文章：

  单相锁相环（一）基于二阶广义积分器的单相锁相环（SOGI-PLL）的matlab/simulink仿真 - 知乎  文章写的非常详细、如果详细阅读必定会有收获，这边笔者就放出自己的代码，并且加以解释。首先，我才用两个函数去实现锁相环，第一个是对输入信号进行二阶广义积分处理，产生两个幅度相同，但是相位相差90度的信号，这两个信号一个相位与原输入信号相同，另外一个与输入信号滞后90度。具体实现见图2，或者对上述链接进行Z变换的推导。

 图.一  实现锁相环的代码框架

图.二 二阶广义积分的代码实现

  具体不加以解释，然后变量在攥写代码的时候写的并不是很规范，但是大致思路如上，后续整理代码的时候会进行重构。

  实现生成两个滞后90度的信号后，我们对这两个信号做一个park变换，合成这两个信号的q轴分量，我们通过PI控制器使该信号的q轴分量趋向于零来实现锁相。该PI控制器输出的结果是信号的频率，所以还需要对该结果进行积分才可以得到信号的相角信息。并且在控制过程中加入了50Hz频率的前馈，因为我们电源题可以确定是对50Hz频率的信号进行控制。具体代码如图三。同时为了防止数据的溢出，每当角度大于2PI时就会对其进行求余处理。

图.三 锁相环控制器代码框架

 2.电压外环与电流内环的双环控制框架

  该控制方案的优势为负载调整率较小，可以实现不同输出电流的情况下稳定电压输出。缺点是在输出电压较小时所含高次谐波量较大，含有四个PI控制器参数难以整定。

  具体思路如下，对输入的电流与电压进行二阶广义积分的处理，各自生成90度相移的信号。一开始对该信号进行park变换，实现q轴与d轴分量的分离。然后使用两个PI控制器，实现q轴分量为零，d轴分量为目标幅值的控制。将电压外环的控制器输出作为电流内环的目标值进行电流内环控制，然后对电流内环输出进行反park变换，生成目标输出电压，代入到SPWM的函数里面进行占空比的调整

  总结一下，电源题需要熟悉park变化的使用，不能简单的以电压电流输入为直接的反馈，因为交流电是余弦信号，简单的PI控制器对于余弦信号的跟随能力较弱，需要考虑使用park变化将余弦信号转化成线性信号进行控制，经笔者验证，park变换后的线性跟随能力远超直接对余弦信号进行跟随。

/*******************************************************************
函数名称：Volt_Current_Loop_Control(float des)
函数功能：进行电压外环电流内环控制
备    注：非并网
********************************************************************/
 
float U_d_feedback=0;
float U_q_feedback=0;
float I_d_feedback=0;
float I_q_feedback=0;
float U_alpha=0;
float sinF=0;
float cosF=0;
CHM_SIGNAL input_volt={.frequence=50,.fpd=0,.fpd_1=0,.fpd_2=0,.fpU=0,.fpU_1=0,.fpU_2=0,.fpq=0,.fpq_1=0,.fpq_2=0,.theta=0};
CHM_SIGNAL input_current={.frequence=50,.fpd=0,.fpd_1=0,.fpd_2=0,.fpU=0,.fpU_1=0,.fpU_2=0,.fpq=0,.fpq_1=0,.fpq_2=0,.theta=0};
	void Volt_Current_Loop_Control(float des,float sita)
{
	input_volt.fpU=stMotorCtrl.stElecObs.fpPhaAVoltFB;//电压反馈
	input_current.fpU=stMotorCtrl.stElecObs.fpPha1CrtFB;//电流反馈
	SOGI(&input_volt);
	SOGI(&input_current);//进行二阶广义积分
	
	sinF=(float)sin(sita);
	cosF=(float)cos(sita);
	U_d_feedback=input_volt.fpd*cosF+input_volt.fpq*sinF;
	U_q_feedback=input_volt.fpd*(-sinF)+input_volt.fpq*cosF;
	I_d_feedback=input_current.fpd*cosF+input_current.fpq*sinF;
	I_q_feedback=input_current.fpd*(-sinF)+input_current.fpq*cosF;
		
	U_d_PID.fpDes=des;
	U_q_PID.fpDes=0;
	U_d_PID.fpFB=U_d_feedback;
	U_q_PID.fpFB=U_q_feedback;
		
	PI_Controller(&U_d_PID);
	PI_Controller(&U_q_PID);
		
	I_d_PID.fpFB=I_d_feedback;
	I_q_PID.fpFB=I_q_feedback;
	I_d_PID.fpDes=U_d_PID.fpU;
	I_q_PID.fpDes=U_q_PID.fpU;
		
	PI_Controller(&I_d_PID);
	PI_Controller(&I_q_PID);
		
	U_alpha=cosF*I_d_PID.fpU-sinF*I_q_PID.fpU;
	SPWM_control(U_alpha);
}

图.四 双环控制代码框架