DE19716909A1 - Method of synchronising a phase control loop e.g. for energy network of AC rail traction - Google Patents

Method of synchronising a phase control loop e.g. for energy network of AC rail traction

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Abstract

The method involves deriving a correlation signal (KSY) from an input signal (S) by multiplying it with a cosinusoidal, phase synchronous target parameter (SY) and finally smoothing the product. The correlation signal is proportional to the correlation between the input signal and target parameter. A phase correlation signal derived from the correlation signal by proportional amplification and integration is used as a reference phase signal. A sinusoidal, phase synchronous target parameter (SX) and the cosinusoidal, phase synchronous target parameter (SY) are derived from the reference phase signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Synchronisation eines Phasenregelkreises.The invention relates to a method and an apparatus for Synchronization of a phase locked loop.

In vielen technischen Anwendungen, z. B. Bahn- und Industrie­ antriebe, ist eine bezüglich Phase und Frequenz exakte Syn­ chronisation auf ein Eingangssignal erforderlich, wobei das Eingangssignal in der Praxis nennenswerte Verzerrungsanteile enthalten kann. Derartige Verzerrungsanteile rühren von der dritten und fünften Harmonischen her, die z. B. durch gleich zeitig am Netz betriebene andere Verbraucher, wie z. B. Bahn­ fahrzeuge und Industrieantriebe mit Phasenanschnittsteuerung, erzeugt werden. Zur Synchronisation ermittelt ein Phasenre­ gelkreis, auch als Phase Locked Loop (PLL) bezeichnet, zumin­ dest die Frequenz und gegebenenfalls die Phasenlage des Ein­ gangssignals. Daraus kann dann ein zur Grundschwingung des Eingangssignals frequenzsynchrones und gegebenenfalls phasen­ synchrones System von Sinus- bzw. Kosinusschwingungen erzeugt werden. Dieses frequenz- und gegebenenfalls phasensynchrone System wird nachfolgend kurz als Phasenbezugssystem bezeich­ net.In many technical applications, e.g. B. Railway and Industry drives, is an exact syn with regard to phase and frequency chronization on an input signal is required, the Input signal in practice significant distortion components may contain. Such distortion components come from the third and fifth harmonics ago, z. B. by equal other consumers currently operating on the network, such as B. train vehicles and industrial drives with leading edge control, be generated. A phase re determines for synchronization gelkreis, also known as phase locked loop (PLL), at least least the frequency and possibly the phase position of the on output signal. From this one can then become the fundamental vibration of the Input signal frequency synchronous and possibly phase synchronous system of sine or cosine vibrations generated will. This frequency and, if necessary, phase synchronous System is briefly referred to below as the phase reference system net.

Als Anwendungsbeispiele für Phasenregelkreise sind im Bereich Energietechnik netzgeführte und selbstgeführte Stromrichter, im Bereich Verkehrstechnik Vierquadrantensteller von AC- Bahnfahrzeugen und im Bereich Meß- und Regeltechnik synchro­ nisiert betriebene Funktionsgeneratoren zu nennen.As application examples for phase locked loops are in the range Power technology, network-controlled and self-commutated converters, in the field of traffic engineering four quadrant controllers from AC  Railway vehicles and in the area of measurement and control technology synchro to call function generators.

Eine Frequenzsynchronisation verlangt zumindest die Kenntnis der Frequenz, die der zeitlichen Änderung der Phasenlage ent­ spricht. Für die gegebenenfalls vorzunehmende Phasensynchro­ nisation ist lediglich noch der Anfangswert der Phasenlage der Grundschwingung des Eingangssignals notwendig. Phasenre­ gelkreise, die auf einer Nulldurchgangsdetektion basieren, sind z. B. in dem Buch "Halbleiterschaltungstechnik" von U. Tietze und Ch. Schenk, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, im Abschnitt "26.4. Nachlaufsynchronisation (PLL)" beschrieben. Bei diesen Synchronisationsverfahren wird versucht, die Null­ durchgänge des Eingangssignals und des zu synchronisierenden Signals zu detektieren und aus dem zeitlichen Abstand der Nulldurchgänge eine Information über den Phasenbezug beider Signale zu erhalten. Solche Synchronisationsverfahren sind bei relativ stark verzerrtem Eingangssignal problematisch, da dann grundsätzlich mehrere Nulldurchgänge je Periode des Ein­ gangssignals auftreten können. Ebenso verfälschen Signaloff­ sets die Phaseninformation stark.Frequency synchronization at least requires knowledge the frequency corresponding to the change in phase over time speaks. For the possible phase synchro is only the initial value of the phase position the fundamental of the input signal. Phase re gel circles based on zero crossing detection are z. B. in the book "semiconductor circuit technology" by U. Tietze and Ch. Schenk, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, im Section "26.4. Follow-up synchronization (PLL)" is described. These synchronization methods attempt zero passages of the input signal and the one to be synchronized Detect signal and from the time interval of the Zero crossings provide information about the phase relationship of both To get signals. Such synchronization methods are problematic with relatively distorted input signal, because then basically several zero crossings per period of the on can occur. Signaloff also falsify sets the phase information strong.

Weiterhin sind Phasenregelkreise bekannt, die auf sägezahn­ förmigen Phasensignalen basieren. Bei diesen Synchronisati­ onsverfahren wird durch Differentiation ein virtueller Imagi­ näranteil zum einphasigen Eingangssignal gebildet, d. h. es wird z. B. der Kosinus zum Sinus gebildet. Aus dem Eingangs­ signal und dem virtuellen Imaginärteil des Eingangssignals kann dann der zugehörige Zeiger und daraus die Phasenlage des Eingangssignals ermittelt werden. Das Phasensignal entspricht dabei einem Sägezahn, dessen Periodendauer derjenigen des Eingangssignals entspricht und dessen Augenblickswert der au­ genblicklichen Phasenlage vom Eingangssignal entspricht. Das Bezugsphasensystem wird in der Regel als Sinusschwingung und Kosinusschwingung eines ebenfalls sägezahnförmigen Bezugspha­ sensignals gebildet, das dann durch einen Regler auf die Pha­ senlage des Eingangssignals synchronisiert wird. Problema­ tisch ist bei diesem Verfahren insbesondere der Vorzeichen­ wechsel der Regelabweichung zwischen der Phasenlage des Ein­ gangssignals und dem sägezahnförmigen Bezugsphasensignal, der immer dann auftritt, wenn die Phasenlage des Eingangssignals oder das sägezahnförmige Bezugsphasensignal den Wert 180° er­ reicht und dann auf -180° springt. Ebenso bereitet die Syn­ chronisation bei einem stark verzerrten Eingangssignal Pro­ bleme, so daß durch Bandpaßfilterung zunächst die Grund­ schwingung des Eingangssignals bestimmt werden muß. Wegen der prinzipiell veränderlichen Frequenz des Eingangssignals müs­ sen die Bandpaßparameter frequenzabhängig nachgeführt werden, was den Realisierungsaufwand stark erhöht.Furthermore, phase locked loops are known which are based on sawtooth shaped phase signals are based. With these synchronizations Differentiation becomes a virtual imagination Närteil to the single-phase input signal formed, d. H. it z. B. formed the cosine to the sine. From the entrance signal and the virtual imaginary part of the input signal can then the associated pointer and from it the phase position of the Input signal can be determined. The phase signal corresponds  a sawtooth, the period of which is that of Corresponds to the input signal and its instantaneous value corresponds to the au corresponds to the current phase position of the input signal. The Reference phase system is usually called sine wave and Cosine vibration of a likewise sawtooth-shaped reference phase sensignals formed, which then by a controller on the Pha position of the input signal is synchronized. Problema In this process, the algebraic sign is particularly important change of the control deviation between the phase position of the on output signal and the sawtooth-shaped reference phase signal, the always occurs when the phase of the input signal or the sawtooth-shaped reference phase signal has the value 180 ° is enough and then jumps to -180 °. The syn chronization with a strongly distorted input signal Pro bleme, so by bandpass filtering first the reason vibration of the input signal must be determined. Because of the principally variable frequency of the input signal must the bandpass parameters are adjusted depending on the frequency, which greatly increases the implementation effort.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein einfa­ ches Verfahren zur Synchronisation eines Phasenregelkreises sowie eine hierfür geeignete Vorrichtung anzugeben.The object of the present invention is therefore to provide a simple ches procedure for the synchronization of a phase locked loop and to specify a suitable device for this.

Die Aufgabe wird für eine phasensynchrone Regelung erfin­ dungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ist Gegenstand des Anspruchs 5. Für eine phasen- und fre­ quenzsynchrone Regelung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 2 gelöst. Eine hierfür ge­ eignete Vorrichtung ist in Anspruch 6 beschrieben.The task is invented for a phase-synchronous control accordingly solved by a method according to claim 1. A Device for carrying out the method according to claim 1 is the subject of claim 5. For a phase and fre The task according to the invention is synchronous control  solved by a method according to claim 2. One for this suitable device is described in claim 6.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 1, das eine phasensynchrone Regelung beschreibt, wird aus einem Eingangssignal durch Mul­ tiplikation mit einer kosinusförmigen, phasensynchronen Ziel­ größe und anschließende Glättung ein Korrelationssignal er­ mittelt, das proportional zur Korrelation zwischen dem Ein­ gangssignal und der Zielgröße ist. Die Bildung des Korrelati­ onssignals erfolgt gemäß Anspruch 5 in einem Phasenfehlerde­ tektor, wobei die Glättung des Korrelationssignals in vor­ teilhafter Weise durch ein Tiefpaßfilter erfolgt. Aus dem Korrelationssignal wird durch Proportionalverstärkung und In­ tegration ein Phasenkorrektursignal erzeugt. Der Phasenregler der Vorrichtung gemäß Anspruch 5 weist hierzu zweckmäßiger­ weise einen PI-Regler auf.In the method of claim 1, which is a phase synchronous Control describes is from an input signal by Mul tiplication with a cosine, phase synchronous target size and subsequent smoothing a correlation signal averages that is proportional to the correlation between the on output signal and the target variable. The formation of the correlati onssignals occurs according to claim 5 in a phase error end tector, the smoothing of the correlation signal in front partially done by a low-pass filter. From the Correlation signal is through proportional gain and In tegration generates a phase correction signal. The phase regulator the device according to claim 5 points to this purpose have a PI controller.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 1 wird das Phasenkorrektur­ signal als Bezugsphasensignal verwendet. Gemäß einer Ausge­ staltung des Verfahrens nach Anspruch 3 wird das Bezugspha­ sensignal aus einem Phasenvorsteuersignal und dem Phasenkor­ rektursignal ermittelt, wobei aus der bekannten Nennfrequenz des Eingangssignals durch Integration ein Phasenvorsteuersi­ gnal gebildet wird.In the method according to claim 1, the phase correction signal used as a reference phase signal. According to an ex staltung of the method according to claim 3, the reference phase sensignal from a phase pilot signal and the phase cor rectified signal determined, from the known nominal frequency of the input signal by integrating a phase precontrol gnal is formed.

Wird das Verfahren gemäß Anspruch 3 mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 7 durchgeführt, dann erfolgt die Integration der Nennfrequenz des Eingangssignals in einem Integrator, vor­ zugsweise in einem Sägezahngenerator, und das daraus gebilde­ te Phasenvorsteuersignal wird zusammen mit dem Phasenkorrek­ tursignal einem Addierer zugeführt, um das korrigierte Pha­ senvorsteuersignal zu erhalten.If the method according to claim 3 with the device according to Claim 7 performed, then the integration of Nominal frequency of the input signal in an integrator, before preferably in a sawtooth generator, and that is formed from it te phase pilot signal is together with the phase correction  tursignal fed to an adder to the corrected Pha to receive pilot control signal.

Aus dem Bezugsphasensignal wird bei dem Verfahren gemäß An­ spruch 1 eine sinusförmige, phasensynchrone Zielgröße sowie eine kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße gebildet. Die Bildung beider phasensynchronen Zielgrößen erfolgt gemäß An­ spruch 5 in einem Sinus/Kosinus-Generator, wobei die kosinus­ förmige Zielgröße, die zur Bildung des Korrelationssignals dient, zum Phasenfehlerdetektor zurückgeführt wird.The reference phase signal is used in the method according to An saying 1 a sinusoidal, phase-synchronous target variable as well a cosine-shaped, phase-synchronous target variable is formed. The Both phase-synchronous target variables are formed in accordance with An saying 5 in a sine / cosine generator, where the cosine shaped target, which is used to form the correlation signal is used, is returned to the phase error detector.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 2, das eine phasen- und frequenzsynchrone Regelung beschreibt, wird eben­ falls aus einem Eingangssignal durch Multiplikation mit einer kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße und anschließende Glättung ein Korrelationssignal ermittelt, das proportional zur Korrelation zwischen dem Eingangssignal und der Zielgröße ist. Wird das Verfahren gemäß Anspruch 2 mit einer Vorrich­ tung gemäß Anspruch 6 durchgeführt, dann dient zur Bildung des Korrelationssignals wiederum ein Phasenfehlerdetektor, der vorzugsweise wiederum einen Tiefpaßfilter zur Glättung aufweist.In the inventive method according to claim 2, the one describes phase and frequency synchronous control if from an input signal by multiplication by one cosine-shaped, phase-synchronized target variable and subsequent Smoothing a correlation signal that is proportional for the correlation between the input signal and the target variable is. If the method according to claim 2 with a Vorrich tion performed according to claim 6, then serves for education a phase error detector of the correlation signal, which in turn preferably uses a low-pass filter for smoothing having.

Aus dem Korrelationssignal wird durch Proportionalverstärkung ein Phasenkorrektursignal erzeugt. Die gemäß Anspruch 2 er­ forderliche Proportionalverstärkung erfolgt bei einer Vor­ richtung gemäß Anspruch 6 im Phasenregler, der hierfür einen P-Regler oder einen PI-Regler aufweist. The correlation signal becomes proportional gain generates a phase correction signal. According to claim 2 he Required proportional gain occurs with a pre Direction according to claim 6 in the phase controller, the one for this P controller or a PI controller.  

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 2 wird aus dem Phasenkorrek­ tursignal durch Proportionalverstärkung und Integration ein Frequenzkorrektursignal erzeugt und aus dem Frequenzkorrek­ tursignal als Zielgröße ein Frequenzvorsteuersignal gebildet. Wird die Vorrichtung gemäß Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 verwendet, dann erfolgt die Bil­ dung des Frequenzvorsteuersignals in einem Frequenzregler, der einen PI-Regler zur Proportionalverstärkung und Integra­ tion des Phasenkorrektursignals enthält, wobei aus dem Fre­ quenzkorrektursignal ein Frequenzvorsteuersignal als Zielgrö­ ße gebildet wird.In the method according to claim 2, the phase correction signal through proportional gain and integration Frequency correction signal generated and from the frequency correction tursignal formed a frequency pilot signal as a target. If the device according to claim 6 for performing the Method used according to claim 2, then the Bil the frequency pilot signal in a frequency controller, the one PI controller for proportional gain and integra tion of the phase correction signal contains, from the Fre frequency correction signal is a frequency precontrol signal as the target variable esse is formed.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 kann das Frequenzvorsteuersignal aus dem Frequenzkorrektursignal und der bekannten Nennfrequenz des Eingangssignals gebildet werden. Wird für das Verfahren gemäß Anspruch 4 mit der Vor­ richtung gemäß Anspruch 8 durchgeführt, dann wird im Fre­ quenzregler aus dem Phasenkorrektursignal durch Proportional­ verstärkung und Integration ein Frequenzkorrektursignal er­ zeugt und aus dem Frequenzkorrektursignal und der bekannten Nennfrequenz des Eingangssignals wird ein Frequenzvorsteuer­ signal als Zielgröße gebildet.According to an embodiment of the method according to claim 4 the frequency precontrol signal from the frequency correction signal and the known nominal frequency of the input signal will. Is for the method according to claim 4 with the front direction carried out according to claim 8, then is in the fre Sequence controller from the phase correction signal through proportional amplification and integration of a frequency correction signal testifies and from the frequency correction signal and the known The nominal frequency of the input signal becomes a frequency feedforward signal formed as a target.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 2 wird weiterhin aus dem Frequenzvorsteuersignal durch Integration ein Phasenvorsteu­ ersignal erzeugt. Aus dem Phasenvorsteuersignal und dem Pha­ senkorrektursignal wird dann ein Bezugsphasensignal ermit­ telt. Die Erzeugung des Phasenvorsteuersignals aus dem Fre­ quenzvorsteuersignal sowie die Ermittlung des Bezugsphasensi­ gnals erfolgt bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 6 in einer Phasenvorsteuerung, wobei die Integration des Frequenzvor­ steuersignals in einem Integrator, vorzugsweise in einem Sä­ gezahngenerator, erfolgt und zur Ermittlung des Bezugsphasen­ signals aus dem Phasenvorsteuersignal und dem Phasenkorrek­ tursignal ein Addierer dient.In the method according to claim 2, the Frequency pilot signal by integrating a phase pilot first signal generated. From the phase pilot signal and the Pha correction signal is then a reference phase signal telt. The generation of the phase pilot signal from the Fre pre-control signal and the determination of the reference phase i gnals takes place in the device according to claim 6 in one  Phase pre-control, the integration of the frequency pre control signal in an integrator, preferably in a Sä tooth generator, and to determine the reference phases signals from the phase pilot signal and the phase correction tursignal serves an adder.

Aus dem Phasenvorsteuersignal wird gemäß Anspruch 2 eine si­ nusförmige, phasen- und frequenzsynchrone Zielgröße sowie ei­ ne kosinusförmige, phasen- und frequenzsynchrone Zielgröße gebildet. Wird für die Durchführung des Verfahrens gemäß An­ spruch 2 die Vorrichtung gemäß Anspruch 6 verwendet, dann er­ folgt die Bildung der beiden phasen- und frequenzsynchronen Zielgrößen in einem Sinus/Kosinus-Generator.From the phase pilot signal is a si according to claim 2 nus-shaped, phase and frequency synchronous target as well as egg ne cosine-shaped, phase and frequency synchronous target variable educated. Is used to carry out the procedure according to An saying 2 uses the device according to claim 6, then he follows the formation of the two phase and frequency synchronous Target values in a sine / cosine generator.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 2 wird aus dem Bezugsphasen­ signal ferner eine kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße gebildet, die zur Bildung des Korrelationssignals dient. Die kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße wird bei der Vor­ richtung gemäß Anspruch 6 in einem Kosinus-Generator ermit­ telt und zum Phasenfehlerdetektor zurückgeführt.In the method according to claim 2, the reference phases signal also a cosine-shaped, phase-synchronous target variable formed, which is used to form the correlation signal. The The cosine-shaped, phase-synchronous target is used for the pre direction according to claim 6 in a cosine generator telt and returned to the phase error detector.

Sowohl bei dem Verfahren gemäß Anspruch 1 als auch bei dem Verfahren gemäß Anspruch 2 erhält man eine Phasenregelung, bei der durch die glättende Wirkung der Korrelationsberech­ nung auch bei einem stark verzerrten Eingangssignal sicher auf die Grundschwingung des Eingangssignals synchronisiert wird. Aufgrund der Einfachheit der beiden Verfahren können diese prinzipiell sowohl analog als auch digital realisiert werden. Darüber hinaus sind beide erfindungsgemäße Verfahren aufgrund ihrer Einfachheit sowohl als Software-Lösung als auch als Hardware-Lösung realisierbar. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 stellt eine direkte Phasenregelung dar, die gegen­ über einer Regelung der Phase über die Frequenz schneller und stabiler ist. Das Verfahren gemäß Anspruch 2 weist zusätzlich zur direkten Phasenregelung auch eine Regelung der Phase über die Frequenz auf. Die dynamischen Eigenschaften dieses Ver­ fahrens entsprechen denen der direkten Phasenregelung, die sinusförmigen phasen- und frequenzsynchronen Zielgrößen sowie die kosinusförmigen, phasen- und frequenzsynchronen Zielgrö­ ßen sind darüber hinaus selbst bei stark verzerrten Eingangs­ signalen und schnell eingestellten Phasenreglern nahezu ideal verzerrungsfrei.Both in the method according to claim 1 and in the A method according to claim 2 gives a phase control, with the smoothing effect of the correlation calculation safe even with a strongly distorted input signal synchronized to the fundamental of the input signal becomes. Because of the simplicity of the two methods, you can in principle, this is implemented both analog and digital will. In addition, both are methods according to the invention due to its simplicity both as a software solution and  can also be implemented as a hardware solution. The procedure according to Claim 1 represents a direct phase control, which against over a phase and frequency regulation faster and is more stable. The method according to claim 2 additionally has for direct phase control also a control of the phase the frequency on. The dynamic properties of this ver driving correspond to those of the direct phase control, the sinusoidal phase and frequency synchronous target values as well the cosine, phase and frequency synchronous target size Beyond that, even with a strongly distorted input signals and quickly set phase controllers almost ideal distortion free.

Die Regelverfahren gemäß den Ansprüchen 3 und 4 weisen da­ durch, daß aus der bekannten Nennfrequenz des Eingangssignals ein Phasen- bzw. Frequenzvorsteuersignal gebildet wird, ge­ genüber den Verfahren nach Anspruch 1 und 2 eine verbesserte Dynamik auf.The control method according to claims 3 and 4 indicate there by that from the known nominal frequency of the input signal a phase or frequency pilot signal is formed, ge compared to the method of claim 1 and 2 an improved Dynamic on.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der zwei Ausführungsbeispiele einer Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens zur Synchronisation eines Phasenregelkreises erläutert sind. Es zeigen:To further explain the invention, reference is made to the drawing Reference is made in the two embodiments of a front Direction for performing the synchronization process a phase locked loop are explained. Show it:

Fig. 1 ein Zeigerdiagramm des Phasenbezugssystems zu Beginn der Synchronisation, Fig. 1 shows a vector diagram of the phase reference system at the beginning of the synchronization,

Fig. 2 ein Zeigerdiagramm des Phasenbezugssystems gemäß Fig. 1 nach Beendigung der Synchronisation, FIG. 2 shows a vector diagram of the phase reference system according to FIG. 1 after synchronization has ended,

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 1, Fig. 3 shows a device for carrying out the method according to an embodiment according to claim 1,

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 2. Fig. 4 shows a device for performing the method according to an embodiment according to claim 2.

In Fig. 1 ist die Ausgangssituation zu Beginn der Synchronisa­ tion dargestellt. Das Phasenbezugssystem eines Eingangs­ signals S, bestehend aus der Sinusschwingung Sx und der Kosi­ nusschwingung Sy (in Fig. 1 ebenso wie das Eingangssignal S als Zeiger dargestellt), besitzt im allgemeinen zunächst eine andere Frequenz und Phasenlage als das Eingangssignal S. Ziel einer Synchronisation ist es, den Phasenfehlwinkel ε zwischen dem Eingangssignal S und der sinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße Sx zu Null zu regeln, wodurch das in Fig. 2 darge­ stellte Zeigerbild entsteht. Die Sinusschwingung Sx liegt dann in Phase zur Grundschwingung des Eingangssignals S und die Kosinusschwingung Sy eilt der Grundschwingung des Ein­ gangssignals S um 90° vor, liegt damit also ebenfalls in Pha­ se zur Grundschwingung des Eingangssignals S und ist orthogo­ nal zur Grundschwingung des Eingangssignals S.In Fig. 1, the starting situation at the beginning of the synchronization is shown. The phase reference system of an input signal S, consisting of the sinusoidal oscillation S x and the cosine oscillation S y (shown in FIG. 1 as well as the input signal S as a pointer), generally has a different frequency and phase position than the input signal S. Target one Synchronization is to regulate the phase error angle ε between the input signal S and the sinusoidal, phase-synchronous target variable S x to zero, which results in the pointer image shown in FIG. 2. The sinusoidal oscillation S x is then in phase with the fundamental oscillation of the input signal S and the cosine oscillation S y leads the fundamental oscillation of the input signal S by 90 °, so it is also in phase with the fundamental oscillation of the input signal S and is orthogonal to the fundamental oscillation of the input signal S.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 3, die eine Durchführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 3 ermöglicht, umfaßt einen Phasenfeh­ lerdetektor 1, einen Phasenregler 2 und eine Phasenvorsteue­ rung 3 sowie einen Sinus/Kosinus-Generator 4.The device according to FIG. 3, which enables the method according to claim 3 to be carried out, comprises a phase error detector 1 , a phase controller 2 and a phase pre-control 3 and a sine / cosine generator 4 .

Dem Phasenfehlerdetektor 1 wird ein Eingangssignal S sowie eine kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße Sy zugeführt. Im Phasenfehlerdetektor 1 wird das Eingangssignal S mit der kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße Sy in einem Mul­ tiplizierer 11 multipliziert. Das Eingangssignal S wird mit einer kosinusförmigen Größe multipliziert, weil es sich bei dem Eingangssignal S um eine im allgemeinen oberschwingungs­ behaftete sinusförmige Größe handelt. Das Produkt aus dem Eingangssignal S und der der kosinusförmigen, phasensynchro­ nen Zielgröße Sy wird anschließend einem Tiefpaßfilter 12 zur Glättung zugeführt. Am Ausgang des Phasenfehlerdetektors 1 liegt damit ein geglättetes Produkt an, das aus dem Eingangs­ signal S und der kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße Sy, die orthogonal zum Eingangssignal S ist, gebildet wird. Das geglättete Produkt wird als Korrelationssignal Ksy be­ zeichnet und ist proportional zur Korrelation zwischen dem Eingangssignal S und der kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße Sy. Das Korrelationssignal Ksy ist aufgrund seiner Proportionalität zum Phasenfehler ein Maß für den Phasenfeh­ ler und damit für den Phasenfehlwinkel ε. Die Korrelation wird genau dann Null, wenn die kosinusförmige Zielgröße Sy orthogonal zum Eingangssignal S ist.An input signal S and a cosine-shaped, phase-synchronous target variable S y are fed to the phase error detector 1 . In the phase error detector 1 , the input signal S is multiplied by the cosine-shaped, phase-synchronous target variable S y in a multiplier 11 . The input signal S is multiplied by a cosine-shaped variable because the input signal S is a sinusoidal variable which is generally subject to harmonics. The product of the input signal S and that of the cosine-shaped, phase-synchronous target variable S y is then fed to a low-pass filter 12 for smoothing. At the output of the phase error detector 1 is therefore a smoothed product, which is formed from the input signal S and the cosine-shaped, phase-synchronous target variable S y , which is orthogonal to the input signal S. The smoothed product is referred to as the correlation signal K sy and is proportional to the correlation between the input signal S and the cosine-phase-synchronous target variable S y . Due to its proportionality to the phase error, the correlation signal K sy is a measure of the phase error and thus of the phase error angle ε. The correlation becomes zero if and only if the cosine-shaped target variable S y is orthogonal to the input signal S.

Das Korrelationssignal Ksy wird anschließend dem Phasenregler 2 zugeführt. Im Phasenregler 2 wird durch Proportionalver­ stärkung und Integration durch einen PI-Regler 21 ein Phasen­ korrektursignal ΔϕPLL erzeugt. Dieses Phasenkorrektursignal ΔϕPLL wird der Phasenvorsteuerung 3 zugeführt.The correlation signal K sy is then fed to the phase controller 2 . In phase controller 2 , a phase correction signal Δϕ PLL is generated by proportional amplification and integration by a PI controller 21 . This phase correction signal Δϕ PLL is fed to the phase pre-control 3 .

Der Phasenvorsteuerung 3 wird bei der in Fig. 3 gezeigten Aus­ führungsform in vorteilhafter Weise weiterhin die bekannte Nennfrequenz fNenn des Eingangssignals S zugeführt. In der Phasenvorsteuerung 3 wird aus der Nennfrequenz fNenn durch In­ tegration in einem Integrator 31, der vorzugsweise als Säge­ zahn-Generator ausgebildet ist, ein sägezahnförmiges Phasen­ vorsteuersignal ϕPLL gebildet. Das Phasenvorsteuersignal ϕPLL wird zusammen mit dem Phasenkorrektursignal ΔϕPLL einem Addie­ rer 32 zugeführt. Im Addierer 32 wird aus dem Phasenvorsteu­ ersignal ϕPLL und dem Phasenkorrektursignal ΔϕPLL ein Bezugs­ phasensignal ϕPLL gebildet. Diese Korrektur des Phasenvorsteu­ ersignals ϕPLL durch das Phasenkorrektursignal ΔϕPLL in der Phasenvorsteuerung 3 führt dazu, daß das Bezugsphasensignal ϕ'PLL phasensynchron zum Eingangssignal S verläuft.In the embodiment shown in FIG. 3, the phase precontrol 3 is also advantageously supplied with the known nominal frequency f nominal of the input signal S. In the phase precontrol 3 , a sawtooth-shaped phase pilot signal ignal PLL is formed from the nominal frequency f nominal by integration in an integrator 31 , which is preferably designed as a sawtooth generator. The phase pilot signal ϕ PLL is supplied to an adder 32 together with the phase correction signal Δϕ PLL . In the adder 32 is obtained from the PLL Phasenvorsteu ersignal φ and the phase correcting signal Δφ PLL a reference phase signal φ PLL formed. This correction of the phase pre-control signal ϕ PLL by the phase correction signal Δϕ PLL in the phase pre-control 3 leads to the reference phase signal ϕ ' PLL being phase-synchronous with the input signal S.

Das Bezugsphasensignal ϕ'PLL, das zu Beginn der Synchronisati­ on den Wert Null besitzt, wird dem nachgeschalteten Sinus/Ko­ sinus-Generator 4 zugeführt. Der Sinus/Kosinus-Generator 4 besteht im wesentlichen aus einem Sinus-Generator 41 und ei­ nem parallel zu diesem angeordneten Kosinus-Generator 42. Im Sinus-Generator 41 erfolgt die Bildung der sinusförmigen, phasensynchronen Zielgrößen Sx, wohingegen im Kosinus-Gene­ rator 42 die kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße Sy ge­ bildet wird. Die beiden Zielgrößen Sx und Sy beschreiben das gesuchte Phasenbezugssystem. Die kosinusförmige, phasensyn­ chrone Zielgröße Sy dient darüber hinaus zur Bildung des Kor­ relationssignals Ksy und wird zu diesem Zweck dem Multiplika­ tor 11 des Phasenfehlerdetektors 1 zugeführt.The reference phase signal ϕ ' PLL , which has the value zero at the start of the synchronization, is fed to the downstream sine / cosine generator 4 . The sine / cosine generator 4 consists essentially of a sine generator 41 and egg nem arranged parallel to this cosine generator 42nd In the sine generator 41 , the formation of the sinusoidal, phase-synchronous target variables S x takes place , whereas in the cosine generator 42 the cosine-shaped, phase-synchronous target variable S y ge is formed. The two target variables S x and S y describe the phase reference system sought. The cosine-shaped, phase-synchronous target variable S y also serves to form the correlation signal K sy and is supplied to the multiplier 11 of the phase error detector 1 for this purpose.

Bei der kosinusförmigen Zielgröße Sy handelt es sich um eine Kosinusschwingung, die zunächst nicht in Phase zum Eingangs­ signal S ist und die auch eine andere Frequenz als das Ein­ gangssignal S besitzt. Bei Beginn des Regelverfahrens - das Bezugsphasensignal ϕ'PLL besitzt zu diesem Zeitpunkt den Wert Null - hat die Zielgröße Sx den Wert Null und die Zielgröße Sy den Wert Eins. The cosine-shaped target variable S y is a cosine oscillation which is initially not in phase with the input signal S and which also has a different frequency than the input signal S. At the start of the control process - the reference phase signal ϕ ' PLL has the value zero at this point in time - the target variable S x has the value zero and the target variable S y has the value one.

Das im Phasenregler 2 ermittelte Phasenkorrektursignal ΔϕPLL besitzt den Wert Null, wenn die Frequenz fs des Eingangs­ signals S gleich der bekannten Nennfrequenz fNenn des Ein­ gangssignals S ist. Falls die Frequenz fs ungleich der Fre­ quenz fNenn ist, dann ist das Phasenkorrektursignal ΔϕPLL eben­ falls ungleich Null.The phase correction signal Δϕ PLL determined in the phase controller 2 has the value zero if the frequency f s of the input signal S is equal to the known nominal frequency f nominal of the input signal S. If the frequency f s is not equal to the frequency f nominal , then the phase correction signal Δϕ PLL is also not equal to zero.

Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung ermöglicht damit eine di­ rekte Phasenregelung, die gegenüber einer Regelung der Phase über die Frequenz schneller und stabiler ist.The device shown in Fig. 3 thus enables a direct phase control, which is faster and more stable than a control of the phase via the frequency.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 4, die zur Durchführung des Verfah­ rens nach Anspruch 4 dienen kann, umfaßt einen Phasenfehler­ detektor 1, einen Phasenregler 2, eine Phasenvorsteuerung 3, einen Frequenzregler 5 sowie einen Sinus/Kosinus-Generator 6 und einen Kosinus-Generator 7.The apparatus according to the can be used for carrying out of the procedure according to claim 4 Fig. 4, comprises a phase error detector 1, a phase shifter 2, a phase precontrol 3, a frequency controller 5, and a sine / cosine generator 6, and a cosine generator 7 .

Der Phasenfehlerdetektor 1 der Vorrichtung nach Fig. 4 ent­ spricht dem in Fig. 3 gezeigten Phasenfehlerdetektor. Die Bil­ dung des Korrelationssignals Ksy erfolgt somit wie bei der in Fig. 3 beschriebenen Vorrichtung. Das im Phasenfehlerdetektor 1 gebildete Korrelationssignal Ksy wird einem Phasenregler 2 zugeführt, der dieses Mal jedoch nur einen P-Regler 22 um­ faßt. Im Phasenregler 2 wird damit aus dem Korrelationssignal Ksy durch Proportionalverstärkung ein Phasenkorrektursignal ΔϕPLL erzeugt. Dieses Phasenkorrektursignal ΔϕPLL stellt das Maß für die Frequenzabweichung dar und enthält den Regelhub des Phasenreglers 2. Das Phasenkorrektursignal ΔϕPLL wird ei­ nerseits auf die Phasenvorsteuerung 3 und andererseits auf den Frequenzregler 5 gegeben. The phase error detector 1 of the device according to FIG. 4 corresponds to the phase error detector shown in FIG. 3. The correlation signal K sy is thus formed as in the device described in FIG. 3. The correlation signal K sy formed in the phase error detector 1 is fed to a phase controller 2 , which this time, however, only comprises one P controller 22 . In phase controller 2 , a phase correction signal Δϕ PLL is thus generated from the correlation signal K sy by proportional amplification. This phase correction signal Δϕ PLL represents the measure of the frequency deviation and contains the control stroke of the phase controller 2 . The phase correction signal Δϕ PLL is given on the one hand to the phase precontrol 3 and on the other hand to the frequency controller 5 .

Im Frequenzregler 5 wird aus dem Phasenkorrektursignal ΔϕPLL durch Proportionalverstärkung und Integration in einen PI-Regler 51 ein Frequenzkorrektursignal ΔfPLL erzeugt. Dieses Frequenzkorrektursignal ΔfPLL wird einem Addierer 52 zuge­ führt. Dem Addierer 52 wird bei dieser Ausgestaltung der Er­ findung in vorteilhafter Weise außerdem die bekannte Nennfre­ quenz fNenn des Eingangssignals S zugeführt. Im Addierer 52 wird aus dem Frequenzkorrektursignal ΔfPLL und der bekannten Nennfrequenz fNenn des Eingangssignals S ein Frequenzvorsteu­ ersignal fPLL gebildet. Das Frequenzvorsteuersignal fPLL stellt einerseits eine der Zielgrößen dar und wird deshalb entspre­ chend ausgekoppelt, andererseits wird das Frequenzvorsteuer­ signal fPLL der Phasenvorsteuerung 3 zugeführt.A frequency correction signal Δf PLL is generated in the frequency controller 5 from the phase correction signal Δϕ PLL by proportional amplification and integration into a PI controller 51 . This frequency correction signal Δf PLL is fed to an adder 52 . In this embodiment of the invention, the adder 52 is also advantageously supplied with the known nominal frequency f nominal of the input signal S. A frequency pilot signal f PLL is formed in the adder 52 from the frequency correction signal Δf PLL and the known nominal frequency f nominal of the input signal S. The frequency pilot signal f PLL is one of the target variables and is therefore coupled accordingly, on the other hand, the frequency pilot signal f PLL is supplied to the phase pilot 3 .

Das im Frequenzregler 5 erzeugte Frequenzvorsteuersignal fPLL entspricht im eingeregelten Zustand, der dadurch gekennzeich­ net ist, daß das im Phasenregler 2 erzeugte Phasenkorrektur­ signal ΔϕPLL gleich Null wird, der gesuchten Frequenz fs des Einganssignals S.The frequency pre-control signal f PLL generated in the frequency controller 5 corresponds in the adjusted state, which is characterized in that the phase correction signal Δϕ PLL generated in the phase controller 2 becomes zero, to the sought frequency f s of the input signal S.

In der Phasenvorsteuerung 3 wird aus dem Frequenzvorsteuersi­ gnal fPLL durch einen Integrator, der vorzugsweise als Säge­ zahn-Generator ausgebildet ist, ein sägezahnförmiges Phasen­ vorsteuersignal ϕPLL gebildet, das einerseits in der Phasen­ vorsteuerung 3 einem Addierer 32 und das andererseits einem Sinus/Kosinus-Generator 6 zugeführt wird.In the phase pre-control 3 is from the Frequenzvorsteuersi gnal f PLL by an integrator, the saw tooth generator is preferably configured as a saw-tooth phase pilot signal φ PLL formed, on the one hand in the phase 3 to an adder 32 and the feedforward control on the other hand a sine / cosine -Generator 6 is supplied.

Im Addierer 32 wird aus dem Phasenvorsteuersignal ϕPLL und dem Phasenkorrektursignal ΔϕPLL ein Bezugsphasensignal ϕ'PLL gebil­ det. A reference phase signal ein ' PLL is formed in the adder 32 from the phase pilot signal ϕ PLL and the phase correction signal Δϕ PLL .

Im Sinus/Kosinus-Generator 6 wird aus dem Phasenvorsteuersi­ gnal ϕPLL eine sinusförmige, phasen- und frequenzsynchrone Zielgröße S'x sowie eine kosinusförmige, phasen- und fre­ quenzsynchrone Zielgröße S'y gebildet. Die sinusförmige Ziel­ größe S'x besitzt zu Beginn des Regelverfahrens den Wert Null, wohingegen die kosinusförmige Zielgröße S'y zu Beginn des Regelverfahrens den Wert Eins besitzt.In the sine / cosine generator 6 , a sinusoidal, phase and frequency synchronous target variable S ' x and a cosine, phase and frequency synchronous target variable S' y are formed from the phase pilot signal ϕ PLL . The sinusoidal target variable S ' x has the value zero at the start of the control process, whereas the cosine-shaped target variable S' y has the value one at the start of the control process.

Bei einem stark verzerrten Einganssignal S enthält auch das Korrelationssignal Ksy noch einen gewissen Verzerrungsanteil, der sich über den P-Kanal des Phasenreglers 2 in der kosinus­ förmigen, phasensynchronen Zielgröße Sy störend abbildet. Deshalb werden die phasen- und frequenzsynchronen Zielgrößen S'x und S'y aus dem Phasenvorsteuersignal ϕPLL gebildet, das aus der Phasenvorsteuerung 3 nach der Integration im Integra­ tor 31 ausgekoppelt wurde. Das Phasenvorsteuersignal ϕPLL wird deshalb gewählt, weil dieses den Verzerrungsanteil des Korre­ lationssignals Ksy nur in stark abgeschwächtem Maß enthält. Die Zielgrößen S'x und S'y sind daher nahezu ideal sinus- bzw. kosinusförmig, wobei die Zielgrößen S'x und S'y in Phase zur Grundschwingung des Eingangssignals S liegen und die Zielgröße S'y außerdem orthogonal zur Grundschwingung des Eingangssignals S ist.In the case of a strongly distorted input signal S, the correlation signal K sy also contains a certain amount of distortion, which is disruptively reproduced in the cosine-shaped, phase-synchronous target variable S y via the P channel of the phase controller 2 . Therefore, the phase and frequency synchronous target variables S ' x and S' y are formed from the phase pilot signal ϕ PLL , which was coupled out of the phase pilot 3 after integration in the integrator 31 . The phase pilot signal ϕ PLL is chosen because it contains the distortion component of the correlation signal K sy only to a greatly weakened extent. The target variables S ' x and S' y are therefore almost ideally sinusoidal or cosine-shaped, the target variables S ' x and S' y being in phase with the fundamental oscillation of the input signal S and the target variable S ' y also being orthogonal to the fundamental oscillation of the input signal S. is.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 4 sorgt der Phasenregler 2 zu­ nächst nur dafür, daß die gewünschte Zielgröße S'x sinusför­ mig ist und in Phase zur Grundschwingung des Eingangssignals S liegt (siehe Fig. 2). Das Phasenvorsteuersignal ϕPLL ist dann noch nicht zwingend gleich der ebenfalls gesuchten Frequenz fs des Eingangssignals S. Man erkennt die Abweichung zwischen dem Frequenzvorsteuersignal fPLL und der Frequenz fs des Ein­ gangssignals S jedoch an dem Phasenkorrektursignal ΔϕPLL, bei dem es sich um eine bleibende Stellgröße des Phasenreglers 2 handelt.In the device according to FIG. 4, the phase controller 2 initially only ensures that the desired target variable S ' x is sinusoidal and is in phase with the fundamental oscillation of the input signal S (see FIG. 2). The phase precontrol signal ϕ PLL is then not necessarily the same as the frequency f s of the input signal S which is also sought. The difference between the frequency precontrol signal f PLL and the frequency f s of the input signal S can, however, be seen from the phase correction signal Δϕ PLL , which is is a permanent manipulated variable of the phase controller 2 .

Das in der Phasenvorsteuerung 3 gebildete Bezugsphasensignal ϕ'PLL, das zu Beginn der Synchronisation den Wert Null be­ sitzt, wird dem Kosinus-Generator 7 zur Bildung einer kosi­ nusförmigen, phasensynchronen Zielgröße Sy zugeführt. Die ko­ sinusförmige, phasensynchrone Zielgröße Sy dient zur Bildung des Korrelationssignals Ksy und wird zu diesem Zweck dem Mul­ tiplizierer 11 des Phasenfehlerdetektors 1 zugeführt.The reference phase signal ϕ ' PLL formed in the phase precontrol 3 , which has the value zero at the beginning of the synchronization, is supplied to the cosine generator 7 to form a cosine-phase-synchronous target variable S y . The ko sinusoidal, phase-synchronous target variable S y is used to form the correlation signal K sy and is supplied to the multiplier 11 of the phase error detector 1 for this purpose.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 4 ermöglicht damit zusätzlich eine Regelung der Phase über die Frequenz. Ein derartiges Verfah­ ren erreicht die dynamischen Eigenschaften der direkten Pha­ senregelung, die sinusförmige phasen- und frequenzsynchrone Zielgröße S'x sowie die kosinusförmige, phasen- und frequenz­ synchronen Zielgrößen S'y sind jedoch selbst bei einem stark verzerrten Eingangssignal und einem schnell eingestellten Phasenregler 2 nahezu ideal verzerrungsfrei.The device according to FIG. 4 thus additionally enables the phase to be regulated via the frequency. Such a method achieves the dynamic properties of the direct phase control, the sinusoidal phase and frequency synchronous target variable S ' x and the cosine, phase and frequency synchronous target variables S' y are even with a strongly distorted input signal and a quickly set phase controller 2 almost ideally distortion-free.

Claims (8)

1. Verfahren zur Synchronisation eines Phasenregelkreises, das folgende Merkmale umfaßt:
  • - Aus einem Eingangssignal (S) wird durch Multiplikation mit einer kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße (Sy) und anschließende Glättung ein Korrelationssignal (Ksy) ermit­ telt, das proportional zur Korrelation zwischen dem Ein­ gangssignal (S) und der kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße (Sy) ist,
  • - aus dem Korrelationssignal (Ksy) wird durch Proportional­ verstärkung und Integration ein Phasenkorrektursignal (ΔϕPLL) erzeugt,
  • - das Phasenkorrektursignal (ΔϕPLL) wird als Bezugsphasen­ signal (ϕ'PLL) verwendet,
  • - aus dem Bezugsphasensignal (ϕ'PLL) werden eine sinusförmige, phasensynchrone Zielgröße (Sx) sowie eine kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße (Sy) gebildet, wobei die kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße (Sy) zur Bildung des Korrelationssignals (Ksy) dient.
1. A method for synchronizing a phase-locked loop, which comprises the following features:
  • - From an input signal (S) by multiplication with a cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ) and subsequent smoothing, a correlation signal (K sy ) is determined, which is proportional to the correlation between the input signal (S) and the cosine-shaped, phase-synchronous target variable ( S y ) is
  • a phase correction signal (Δϕ PLL ) is generated from the correlation signal (K sy ) by proportional amplification and integration,
  • - The phase correction signal (Δϕ PLL ) is used as the reference phase signal (ϕ ' PLL ),
  • - From the reference phase signal (ϕ ' PLL ) a sinusoidal, phase-synchronous target variable (S x ) and a cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ) are formed, the cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ) being used to form the correlation signal (K sy ) .
2. Verfahren zur Synchronisation eines Phasenregelkreises, das folgende Merkmale umfaßt:
  • - Aus einem Eingangssignal (S) wird durch Multiplikation mit einer kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße (Sy) und anschließende Glättung ein Korrelationssignal (Ksy) ermit­ telt, das proportional zur Korrelation zwischen dem Ein­ gangssignal (S) und der kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße (Sy) ist,
  • - aus dem Korrelationssignal (Ksy) wird durch Proportional­ verstärkung und Integration ein Phasenkorrektursignal (ΔϕPLL) erzeugt,
  • - aus dem Phasenkorrektursignal (ΔϕPLL) wird durch Proportio­ nalverstärkung und Integration ein Frequenzkorrektursignal (ΔfPLL) erzeugt,
  • - aus dem Frequenzkorrektursignal (ΔfPLL) wird ein Frequenz­ vorsteuersignal (fPLL) als Zielgröße gebildet,
  • - aus dem Frequenzvorsteuersignal (fPLL) wird weiterhin durch Integration ein Phasenvorsteuersignal (ϕPLL) erzeugt,
  • - aus dem Phasenvorsteuersignal (ϕPLL) und dem Phasenkorrek­ tursignal (ΔϕPLL) wird ein Bezugsphasensignal (ϕ'PLL) ermittelt,
  • - aus dem Phasenvorsteuersignal (ϕPLL) wird eine sinusförmige, phasen- und frequenzsynchrone Zielgröße (S'x) sowie eine kosinusförmige, phasen- und frequenzsynchrone Zielgröße (S'y) gebildet und
  • - aus dem Bezugsphasensignal (ϕ'PLL) wird eine kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße (Sy) gebildet, die zur Bildung des Korrelationssignals (Ksy) dient.
2. A method for synchronizing a phase-locked loop, which comprises the following features:
  • - From an input signal (S) by multiplication with a cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ) and subsequent smoothing, a correlation signal (K sy ) is determined, which is proportional to the correlation between the input signal (S) and the cosine-shaped, phase-synchronous target variable ( S y ) is
  • a phase correction signal (Δϕ PLL ) is generated from the correlation signal (K sy ) by proportional amplification and integration,
  • - A frequency correction signal (Δf PLL ) is generated from the phase correction signal (Δϕ PLL ) by proportional amplification and integration,
  • a frequency precontrol signal (f PLL ) is formed as a target variable from the frequency correction signal (Δf PLL ),
  • a phase pilot signal (ϕ PLL ) is still generated from the frequency pilot signal (f PLL ) by integration,
  • - a reference phase signal (ϕ ' PL L) is determined from the phase pilot signal (ϕ PLL ) and the phase correction signal (Δϕ PLL ),
  • - From the phase pilot signal (ϕ PLL ) a sinusoidal, phase and frequency synchronous target variable (S ' x ) and a cosine, phase and frequency synchronous target variable (S' y ) are formed and
  • - From the reference phase signal (ϕ ' PLL ) a cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ) is formed, which is used to form the correlation signal (K sy ).
3. Verfahren zur Synchronisation eines Phasenregelkreises nach Anspruch 1, das folgende Merkmale umfaßt:
  • - Das Bezugsphasensignal (ϕ'PLL) wird aus einem Phasenvor­ steuersignal (ϕPLL) und dem Phasenkorrektursignal (ΔϕPLL) ermittelt, wobei
  • - aus der bekannten Nennfrequenz (fNenn) des Eingangssignals (S) durch Integration ein Phasenvorsteuersignal (ϕPLL) ge­ bildet wird.
3. A method for synchronizing a phase-locked loop according to claim 1, comprising the following features:
  • - The reference phase signal (ϕ ' PL L) is determined from a phase control signal (ϕ PLL ) and the phase correction signal (Δϕ PLL ), wherein
  • - From the known nominal frequency (f nominal ) of the input signal (S) by integration, a phase pilot signal (ϕ PLL ) is formed.
4. Verfahren zur Synchronisation eines Phasenregelkreises nach Anspruch 2, das folgendes Merkmal umfaßt:
  • - Das Frequenzvorsteuersignal (fPLL) wird aus dem Frequenz­ korrektursignal (ΔfPLL) und der bekannten Nennfrequenz (fNenn) des Eingangssignals (S) gebildet.
4. A method for synchronizing a phase-locked loop according to claim 2, comprising the following feature:
  • - The frequency precontrol signal (f PLL ) is formed from the frequency correction signal (Δf PLL ) and the known nominal frequency (f nominal ) of the input signal (S).
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die folgende Merkmale umfaßt:
  • - Einen Phasenfehlerdetektor (1), in dem aus einem Eingangs­ signal (S) durch Multiplikation mit einer kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße (Sy) und anschließende Glättung ein Korrelationssignal (Ksy) ermittelt wird, das propor­ tional zur Korrelation zwischen dem Eingangssignal (S) und der kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße (Sy) ist,
  • - einen Phasenregler (2), in dem aus dem Korrelationssignal (Ksy) durch Proportionalverstärkung und Integration ein Phasenkorrektursignal (ΔϕPLL) erzeugt wird, das als Bezugs­ phasensignal (ϕ'PLL) dient,
  • - einen Sinus/Kosinus-Generator (4), in dem aus dem Bezugs­ phasensignal (ϕ'PLL) eine sinusförmige, phasensynchrone Zielgröße (Sx) sowie eine kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße (Sy) gebildet wird, wobei die kosinusförmige phasensynchrone Zielgröße (Sy) zur Bildung des Korrela­ tionssignals (Ksy) dem Phasenfehlerdetektor (1) zugeführt wird.
5. Apparatus for performing the method according to claim 1, comprising the following features:
  • - A phase error detector ( 1 ) in which a correlation signal (K sy ) is determined from an input signal (S) by multiplication with a cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ) and subsequent smoothing, which is proportional to the correlation between the input signal (S ) and the cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ),
  • - A phase controller ( 2 ) in which a phase correction signal (Δϕ PLL ) is generated from the correlation signal (K sy ) by proportional amplification and integration, which serves as a reference phase signal (ϕ ' PLL ),
  • - A sine / cosine generator ( 4 ), in which a sinusoidal, phase-synchronous target variable (S x ) and a cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ) is formed from the reference phase signal (ϕ ' PLL ), the cosine-shaped phase-synchronous target variable ( S y ) to form the correlation signal (K sy ) the phase error detector ( 1 ) is supplied.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, die folgende Merkmale umfaßt:
  • - Einen Phasenfehlerdetektor (1), in dem aus einem Eingangs­ signal (S) durch Multiplikation mit einer kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße (Sy) und anschließende Glättung ein Korrelationssignal (Ksy) ermittelt wird, das propor­ tional zur Korrelation zwischen dem Eingangssignal (S) und der kosinusförmigen, phasensynchronen Zielgröße (Sy) ist,
  • - einen Phasenregler (2), in dem aus dem Korrelationssignal (Ksy) durch Proportionalverstärkung ein Phasenkorrektursi­ gnal (ΔϕPLL) erzeugt wird,
  • - einen Frequenzregler (5), in dem aus dem Phasenkorrektur­ signal (ΔϕPLL) durch Proportionalverstärkung und Integration ein Frequenzkorrektursignal (ΔfPLL) erzeugt wird und in dem aus dem Frequenzkorrektursignal (ΔfPLL) ein Frequenzvor­ steuersignal (fPLL) als Zielgröße gebildet wird,
  • - eine Phasenvorsteuerung (3), in der aus dem Frequenzvor­ steuersignal (fPLL) durch Integration ein Phasenvorsteuer­ signal (ϕPLL) erzeugt wird und in der aus dem Phasenvorsteu­ ersignal (ϕPLL) und dem Phasenkorrektursignal (ΔϕPLL) ein Bezugsphasensignal (ϕ'PLL) ermittelt wird,
  • - einen Sinus/Kosinus-Generator (6), in dem aus dem Phasen­ vorsteuersignal (ϕPLL) eine sinusförmige, phasen- und fre­ quenzsynchrone Zielgröße (S'x) sowie eine kosinusförmige, phasen- und frequenzsynchrone Zielgröße (S'y) gebildet wird,
  • - einen Kosinusgenerator (7), in dem aus dem Bezugsphasen­ signal (ϕ'PLL) eine kosinusförmige, phasensynchrone Zielgröße (Sy) gebildet wird, die dem Phasendetektor (1) zugeführt wird.
6. Apparatus for performing the method according to claim 2, comprising the following features:
  • - A phase error detector ( 1 ) in which a correlation signal (K sy ) is determined from an input signal (S) by multiplication with a cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ) and subsequent smoothing, which is proportional to the correlation between the input signal (S ) and the cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ),
  • - A phase controller ( 2 ) in which a phase correction signal (Δϕ PLL ) is generated from the correlation signal (K sy ) by proportional amplification,
  • - a frequency controller (5), in the signal from the phase correction (Δφ PLL) by proportional amplification and integration of a frequency correction signal (.DELTA.f PLL) is generated, and is formed in the from the frequency correction signal (.DELTA.f PLL) a Frequenzvor control signal (f PLL) as the target size ,
  • - A phase feedforward control ( 3 ) in which a phase feedforward control signal (ϕ PLL ) is generated by integration from the frequency feedforward control signal (f PLL ) and in which a reference phase signal (ϕ.) from the phase feedforward control signal (ϕ PLL ) and the phase correction signal (Δϕ PLL ) ' PLL ) is determined
  • - A sine / cosine generator ( 6 ) in which a sinusoidal, phase and frequency-synchronous target variable (S ' x ) and a cosine, phase and frequency-synchronous target variable (S' y ) are formed from the phase pilot signal (ϕ PLL ) becomes,
  • - A cosine generator ( 7 ) in which a cosine-shaped, phase-synchronous target variable (S y ) is formed from the reference phase signal (ϕ ' PLL ), which is fed to the phase detector ( 1 ).
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, die folgendes Merkmal umfaßt:
  • - Eine Phasenvorsteuerung (3), in der aus der bekannten Nenn­ frequenz (fNenn) des Eingangssignals (S) durch Integration ein Phasenvorsteuersignal (ϕPLL) gebildet wird und in der aus dem Phasenvorsteuersignal (ϕPLL) und dem Phasenkorrek­ tursignal (ΔϕPLL) ein Bezugsphasensignal (ϕ'PLL) ermittelt wird.
7. The apparatus of claim 5, comprising:
  • - A phase precontrol ( 3 ) in which a phase precontrol signal (L PLL ) is formed from the known nominal frequency (f nominal ) of the input signal (S) by integration and in which the phase precontrol signal (ϕ PLL ) and the phase correction signal (Δϕ PLL ) a reference phase signal (ϕ ' PLL ) is determined.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, die folgendes Merkmal umfaßt:
  • - Im Frequenzregler (5) wird aus dem Phasenkorrektursignal (ΔϕPLL) durch Proportionalverstärkung und Integration ein Frequenzkorrektursignal (ΔfPLL) erzeugt und aus dem Fre­ quenzkorrektursignal (ΔfPLL) und der bekannten Nennfrequenz (fNenn) des Eingangssignals (S) wird ein Frequenzvorsteuer­ signal (fPLL) als Zielgröße gebildet.
8. The apparatus of claim 6, comprising:
  • - In the frequency controller ( 5 ), a frequency correction signal (Δf PLL ) is generated from the phase correction signal (Δϕ PLL ) by proportional amplification and integration, and the frequency correction signal (Δf PLL ) and the known nominal frequency (f nominal ) of the input signal (S) becomes a frequency precontrol signal (f PLL ) as a target.
DE1997116909 1997-04-22 1997-04-22 Method of synchronising a phase control loop e.g. for energy network of AC rail traction Withdrawn DE19716909A1 (en)

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DE10111402A1 (en) * 2001-03-09 2002-09-19 Harman Becker Automotive Sys Method and phase locked loop for synchronization with an auxiliary carrier contained in a useful signal

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