omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-189-73-78JYGOQKomna-315Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGОсобенности применения фильтра нижних частот для демодуляции информационных сигналов в электроприводе с фазовой синхронизациейFeatures of using low-pass filter for small signal demodulation in phase-locking motor drivehttps://orcid.org/0000-0002-0604-3795БубновА. В.BubnovA. V.

Бубнов Алексей Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электрическая техника»

AuthorID (SCOPUS): 7004195241

ResearcherID: A-6669-2015

г. Омск

Bubnov Aleksey Vladimirovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Electrical Engineering Department

AuthorID (SCOPUS): 7004195241

ResearcherID: A-6669-2015

Omsk

ДайновичА. М.DaynovichA. M.

Дайнович Александр Михайлович, аспирант кафедры «Электрическая техника»

AuthorID (РИНЦ): 897061

г. Омск

Daynovich Aleksandr Mikhaylovich, Graduate Student of Electrical Engineering Department

Omsk

dainovich-alex@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202430032024017378Copyright © Бубнов А.В., Дайнович А.М., 20242024Бубнов А.В., Дайнович А.М.Bubnov A.V., Daynovich A.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/315

Электропривод с фазовой синхронизацией, реализованный на основе принципа фазовой автоподстройки частоты, обладает высокими показателями точности и широким диапазоном регулирования частоты вращения. Фильтр нижних частот, применяемый для демодуляции ШИМ-сигнала фазовой ошибки в контуре фазовой автоподстройки частоты, ограничивает рабочий диапазон частот вращения. Целью данной работы является анализ влияния фильтра нижних частот на динамику электропривода в области низких частот вращения. Для этого авторами в среде Matlab разработана математическая модель электропривода с фазовой синхронизацией, позволяющая исследовать влияние параметров фильтра нижних частот в пропорциональном режиме работы электропривода. В ходе исследования получена зависимость величины пульсации ошибки по частоте вращения от частоты вращения электропривода. С ее помощью сформулировано условие выбора постоянной времени демодулятора в системе управления электроприводом, работающим в различном диапазоне частот вращения. Результаты работы могут быть использованы при проектировании точного электропривода с фазовой синхронизацией.

Phase-locking motor drive based on phase-lock principal provides high accuracy and wide shaft speed range. А low-pass filter is used for PWM-signal demodulation in phase-lock loop. This type of demodulator limits loop bandwidth and working range of motor drive. The main purpose of this article is to analyze low-pass filter influence on motor drive dynamic characteristics in low shaft speed area. The authors developed Matlab Simulink model to researcher phase-locking motor drive working in synchronous mode. As a result the dependence of angular velocity ripple versus rotational speed is obtained. The choosing condition of low-pass filter time constant is defined for different shaft speed area by using the obtained dependence. The received results can be applicable for design precision phase-lock motor drive.

точный электроприводэлектропривод с фазовой синхронизациейфильтрация ШИМ-сигналафильтр нижних частотпостоянная времениимитационное моделированиеprecision motor drivephase-locking motor drivePWM filteringlow-pass filtertime constantsimulation modelingReferencesБубнов А. В. Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока. Омск: Омский научный вестник, 2005. 190 с.Bubnov A. V. Voprosy teorii i proyektirovaniya pretsizionnykh sinkhronno-sinfaznykh elektroprivodov postoyannogo toka [Theoretical and design aspects of DC synchronous phase-locking motor drives]. Omsk. 2005. 190 p. ISBN 5-8149-0206-X. (In Russ.).Hsieh G. C., Hung J. C. Phase-locked loop techniques. A survey // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1996. Vol. 43, no. 6. P. 609–615. DOI: 10.1109/41.544547.Hsieh G. C., Hung J. C. Phase-locked loop techniques. A survey // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1996. Vol. 43, no. 6. P. 609–615. DOI: 10.1109/41.544547. (In Engl.).Zhu C., Li X., Shi L. [et al.]. A new nonlinear Type3-PLL with noise rejection and fast locking performance in tracking telemetry and command systems // Acta Astronaut. 2019. Vol. 157. P. 397–403. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.01.006.Zhu C., Li X., Shi L. [et al.]. A new nonlinear Type3-PLL with noise rejection and fast locking performance in tracking telemetry and command systems // Acta Astronaut. 2019. Vol. 157. P. 397–403. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.01.006. (In Engl.).Seifi S., Karimi H. Stability analysis of a single-phase phase-locked loop for power systems applications // 2012 11th International Conference on Information Science, Signal Processing and their Applications (ISSPA). Montreal, QC, Canada. 2012. P. 1383–1387. DOI: 10.1109/ISSPA.2012.6310510.Seifi S., Karimi H. Stability analysis of a single-phase phase-locked loop for power systems applications // 2012 11th International Conference on Information Science, Signal Processing and their Applications (ISSPA). Montreal, QC, Canada. 2012. P. 1383–1387. DOI: 10.1109/ISSPA.2012.6310510. (In Engl.).Wang D., Lu K., Rasmussen P. O. [et al.]. Comparative study of low-pass filter and phase-locked loop type speed filters for sensorless control of AC drives // CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2017. Vol. 1, no. 2. P. 207–215. DOI: 10.23919/TEMS.2017.7961343.Wang D., Lu K., Rasmussen P. O. [et al.]. Comparative study of low-pass filter and phase-locked loop type speed filters for sensorless control of AC drives // CES Transactions on Electrical Machines and Systems. 2017. Vol. 1, no. 2. P. 207–215. DOI: 10.23919/TEMS.2017.7961343. (In Engl.).Гутников В. С. Фильтрация измерительных сигналов. Ленинград: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1990. 192 с.Gutnikov V. S. Fil’tratsiya izmeritel’nykh signalov [Filtering of measurement signals]. Leningrad, 1990. 192 p. ISBN 5-283-04482-5. (In Russ.)Джонсон Д., Джонсон Дж., Мур Г. Справочник по активным фильтрам / пер. с англ. Москва: Энергоатомиздат, 1983. 128 с.Dzhonson D., Dzhonson Dzh., Mur G. Spravochnik po aktivnym fil’tram [A handbook of active filters] / trans. from Engl. Moscow, 1983. 128 p. (In Russ.).Zhang J., Zhao H., Ma K. Phase-locked loop in constant speed control system for the flywheel motor // Recent Advances in Computer Science and Information Engineering. 2012. Vol. 129. P. 323–330 DOI: 10.1007/978-3-642-25778-0_45.Zhang J., Zhao H., Ma K. Phase-locked loop in constant speed control system for the flywheel motor // Recent Advances in Computer Science and Information Engineering. 2012. Vol. 129. P. 323–330 DOI: 10.1007/978-3-642-25778-0_45. (In Engl.).Геложе Ю. А., Клименко П. П. Системы фазовой автоподстройки частоты с ФНЧ высоких порядков // Радиосистемы. 2004. № 78. С. 74–82. EDN: YKNSGD.Gelozhe Yu. A., Klimenko P. P. Sistemy fazovoy avtopodstroyki chastoty s FNCh vysokikh poryadkov [Phase-lock systems with high order LPF] // Radiosistemy. Radio Systems. 2004. No. 78. P. 74–82. EDN: YKNSGD. (In Russ.).Зайцев А. А. Исследование и минимизация фазового шума в ФАПЧ синтезаторах частот // Научно-исследовательские публикации. 2017. № 1 (39). С. 5–29. EDN: YKMWRT.Zaytsev A. A. Issledovaniye i minimizatsiya fazovogo shuma v FAPCH sintezatorakh chastot [Reseacrh and minimization of phase noise in PLL frequency synthesizer] // Nauchno-issledovatel’skiye publikatsii. Journal of Scientific Research Publications. 2017. No. 5 (39). P. 5–29. EDN: YKMWRT. (In Russ.).Бубнов А. В. Математическая модель логического устройства сравнения для электропривода с фазовой синхронизацией // Электричество. 2005. № 5. С. 27–31.Bubnov A. V. Matematicheskaya model’ logicheskogo ustroystva sravneniya dlya elektroprivoda s fazovoy sinkhronizatsiyey [The mathematical model logical comparator for phase-locking motor drive] // Elektrichestvo. Electricity. 2005. No. 5. P. 27–31. (In Russ.).Дьяконов В. П. Simulink 5/6/7. Самоучитель. Москва: ДМК-Пресс, 2008. 784 с. ISBN 978-5-94074-423-8.D’yakonov V. P. Simulink 5/6/7. Samouchitel’ [Simulink 5/6/7: Tutorial]. Moscow, 2008. 784 p. ISBN 978-5-94074-423-8. (In Russ).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.