对于给定PI参数的锁相环带宽简单计算方法

news2024/12/20 8:05:19

锁相环的控制框图一般为:
在这里插入图片描述
对于锁相环的闭环传递函数:

H ( s ) = K P L L p s + K P L L i s 2 + K P L L p s + K P L L i H(s)=\frac{K_{PLLp}s+K_{PLLi}}{s^2+K_{PLLp}s+K_{PLLi}} H(s)=s2+KPLLps+KPLLiKPLLps+KPLLi

我们可以通过分析系统的特征方程(分母)来计算其带宽和阻尼比。

1. 系统特征方程

特征方程为:

s 2 + K P L L p s + K P L L i = 0 s^2+K_{PLLp}s+K_{PLLi}=0 s2+KPLLps+KPLLi=0

解这个二次方程可以得到两个极点:

s 1 , 2 = − K P L L p 2 ± ( K P L L p 2 ) 2 − K P L L i s_{1,2}=-\frac{K_{PLLp}}{2}\pm\sqrt{\left(\frac{K_{PLLp}}{2}\right)^2-K_{PLLi}} s1,2=2KPLLp±(2KPLLp)2KPLLi

记:

  • ω n = K P L L i \omega_n=\sqrt{K_{PLLi}} ωn=KPLLi :系统的自然频率。
  • ζ = K P L L p 2 ω n = K P L L p 2 K P L L i \zeta=\frac{K_{PLLp}}{2\omega_n}=\frac{K_{PLLp}}{2\sqrt{K_{PLLi}}} ζ=2ωnKPLLp=2KPLLi KPLLp:系统的阻尼比。

因此,阻尼比 ζ \zeta ζ和自然频率 ω n \omega_n ωn可分别表示为:

ζ = K P L L p 2 K P L L i , ω n = K P L L i \zeta=\frac{K_{PLLp}}{2\sqrt{K_{PLLi}}},\quad\omega_n=\sqrt{K_{PLLi}} ζ=2KPLLi KPLLp,ωn=KPLLi

2. 带宽计算

对于二阶系统,带宽与自然频率和阻尼比相关。近似公式为:

ω B W ≈ ω n 1 − 2 ζ 2 + 2 − 4 ζ 2 + 4 ζ 4 \omega_{BW}\approx\omega_n\sqrt{1-2\zeta^2+\sqrt{2-4\zeta^2+4\zeta^4}} ωBWωn12ζ2+24ζ2+4ζ4

  • 如果阻尼比较小( ζ ≪ 1 \zeta\ll1 ζ1),带宽接近于自然频率: ω B W ≈ ω n \omega_{BW}\approx\omega_n ωBWωn
  • 如果阻尼比较大( ζ → 1 \zeta\to1 ζ1),带宽逐渐减小。

3. 具体步骤

  1. 根据 K P L L p K_{PLLp} KPLLp K P L L i K_{PLLi} KPLLi的值,计算自然频率 ω n = K P L L i \omega_n=\sqrt{K_{PLLi}} ωn=KPLLi
  2. 计算阻尼比 ζ = K P L L p 2 K P L L i \zeta=\frac{K_{PLLp}}{2\sqrt{K_{PLLi}}} ζ=2KPLLi KPLLp
  3. 带入带宽公式计算 ω B W \omega_{BW} ωBW

如有具体的参数,可以进一步计算!

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