本文關(guān)鍵詞：基于DSP和FPGA的電力電子數(shù)字控制平臺的研究

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【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,在各領(lǐng)域的應用不斷深入。電力電子系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)日趨復雜化和多樣化,對電力電子系統(tǒng)的控制要求也隨之提高。以往人們通常采用模擬電路對電力電子系統(tǒng)進行控制,而大型的模擬電路控制平臺往往具有設(shè)計成本昂貴、硬件檢測維護困難、抗干擾能力不強等諸多缺點。近年來,由于微處理器和數(shù)字信號處理技術(shù)飛速發(fā)展,數(shù)字控制技術(shù)開始越來越普遍被應用于電力電子系統(tǒng)中,利用基于數(shù)字控制技術(shù)的微處理器對電力電子系統(tǒng)進行控制成為目前該領(lǐng)域的一個主流發(fā)展方向。另一方面,目前發(fā)展成熟且應用廣泛的幾款微處理器如DSP、FPGA、ARM等雖然都有各自的優(yōu)點,但也各有局限性,單獨使用已經(jīng)越來越難以滿足電力電子系統(tǒng)對控制精度和實時性日趨增高的控制要求。因此,研究一種基于不同微處理器芯片組合的高性能電力電子裝置通用數(shù)字控制平臺對提高電力電子系統(tǒng)的整體性能,加快電力電子裝置的研制與開發(fā)等方面有著相當大的現(xiàn)實意義。論文以此為背景進行了如下研究工作:第一,在現(xiàn)有的控制平臺基礎(chǔ)上,將DSP和FPGA結(jié)合,設(shè)計了基于DSP+FPGA核心處理器架構(gòu)的電力電子通用數(shù)字控制平臺。第二,由于電力電子系統(tǒng)日趨高頻率和控制器件可分離較遠距離的趨勢,且各控制器之間的通信一直是一個很重要的技術(shù)難題。因此著重研究了DSP與FPGA之間的通信問題,提出了兩種通信方法,并基于這兩種通信方法設(shè)計了兩種不同的DSP+FPGA控制器架構(gòu),包括硬件組成和接口連接方式,并設(shè)計了通信主程序和中斷子程序。第三,將設(shè)計的通用控制平臺應用到一個100KW的PWM整流器上來驗證控制平臺的合理性以及控制性能。利用電力電子仿真軟件PSIM對控制平臺進行了仿真,搭建了100KW PWM整流器主電路、控制電路、信號調(diào)理電路、驅(qū)動電路等部分的模型,進行了包括主程序以及PWM中斷服務子程序在內(nèi)的數(shù)字控制程序設(shè)計,完成了直流側(cè)負載變動時和整流器逆變運行時兩種工作情況下的仿真。通過上述仿真實驗驗證了本文所設(shè)計的電力電子通用控制裝置不但可以實現(xiàn)對電力電子換流器的控制,而且整個電力電子系統(tǒng)運行狀態(tài)良好,電壓電流響應都達到了預期的效果,并且功率因數(shù)PF和總諧波失真THD等指標也都符合實際工程應用的要求。
【關(guān)鍵詞】：電力電子 控制平臺 DSP FPGA
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM921.5
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 電力電子技術(shù)的發(fā)展10-11
• 1.3 電力電子裝置的控制11-13
• 1.3.1 電力電子裝置的控制策略11-12
• 1.3.2 單片機控制技術(shù)12-13
• 1.4 電力電子裝置通用控制平臺13-14
• 1.5 本論文的主要研究內(nèi)容14-16
• 2 基于DSP和FPGA的控制平臺整體實現(xiàn)方案16-46
• 2.1 控制平臺整體硬件結(jié)構(gòu)16-18
• 2.2 基于TMS320F28335芯片的DSP主控制器18-21
• 2.2.1 DSP簡介18-19
• 2.2.2 TMS320F28335簡介19-21
• 2.3 基于Spartan-6 芯片的FPGA副控制器21-24
• 2.3.1 FPGA簡介21
• 2.3.2 SPARTAN-6 系列FPGA簡介21-24
• 2.4 電源電路24-26
• 2.5 復位電路26-28
• 2.6 ADC模塊28-32
• 2.7 DAC模塊32-34
• 2.8 信號檢測與調(diào)理電路34-37
• 2.8.1 信號檢測電路設(shè)計35-36
• 2.8.2 信號調(diào)理電路設(shè)計36-37
• 2.9 PWM信號隔離與放大電路37-39
• 2.10 保護電路39-42
• 2.11 驅(qū)動電路42-44
• 2.12 本章小結(jié)44-46
• 3 基于LVDS高速串行通信方案的DSP+FPGA控制器架構(gòu)46-58
• 3.1 整體實現(xiàn)方案46-47
• 3.2 硬件設(shè)計47-52
• 3.2.1 DSP串行外設(shè)接口SPI47-50
• 3.2.2 FPGA SelectIO模塊50-51
• 3.2.3 LVDS線路驅(qū)動器/接收器51
• 3.2.4 系統(tǒng)硬件連接51-52
• 3.3 軟件設(shè)計52-56
• 3.3.1 DSP中SPI模塊的初始化52-53
• 3.3.2 DSP中讀寫模塊設(shè)計53-54
• 3.3.3 FPGA SPI通信的數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計54-56
• 3.4 仿真實驗驗證56-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 4 基于EMIF接口與雙口RAM高速并行通信方案的DSP+FPGA控制器架構(gòu)58-66
• 4.1 FPGA內(nèi)部雙口RAM介紹58-59
• 4.2 DSP內(nèi)部EMIF接口介紹59-60
• 4.3 EMIF與雙口RAM通信方案設(shè)計60-64
• 4.3.1 EMIF與雙口RAM硬件連接61-62
• 4.3.2 雙口RAM的分區(qū)處理及主程序設(shè)計62-64
• 4.4 仿真實驗驗證64-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 5 基于DSP+FPGA的電力電子控制平臺在 100KW三相電壓型PWM整流器中的數(shù)字控制仿真66-80
• 5.1 硬件構(gòu)成及模型搭建66-71
• 5.2 數(shù)字控制程序設(shè)計71-73
• 5.3 仿真實驗73-79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 6 結(jié)論及展望80-82
• 6.1 本文工作總結(jié)與主要結(jié)論80-81
• 6.2 展望81-82
• 參考文獻82-84
• 致謝84-85
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄85-86

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本文編號：1018769