本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的電力電子變換器控制系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前的電力電子變換器控制系統(tǒng)一般基于數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor,DS P)或DSP為主、現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)為輔的系統(tǒng)架構(gòu),在一些實時性要求高、擴展性強的應(yīng)用場合受到限制。FPGA所固有的硬件并行特性,可以很好地滿足高性能控制系統(tǒng)需求。FPGA硬件資源豐富,更適合開發(fā)全數(shù)字集成控制系統(tǒng)。但是采用直接編程方法開發(fā)FPGA全數(shù)字集成控制系統(tǒng)難度大、周期長。為了改變這種現(xiàn)狀,擴大FPGA控制系統(tǒng)在電力電子領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍,論文對典型FPGA控制系統(tǒng)進行研究,深度分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特性,歸納出FPGA控制系統(tǒng)的一般設(shè)計原則、設(shè)計流程和實現(xiàn)方法。FPGA特殊的硬件架構(gòu)決定的高實時性是其在高性能領(lǐng)域應(yīng)用的主要原因。論文概括了DSP、FPGA構(gòu)架與特點,分析二者不同的運行機理,歸納出控制器件在不同應(yīng)用場合的選用原則。通過典型FPGA系統(tǒng)應(yīng)用實例,深入闡述FPGA本質(zhì)特性,進一步論證將FPGA芯片作為平臺控制器所具有的獨特優(yōu)勢。一般設(shè)計原則是提高設(shè)計效率的關(guān)鍵�？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計需要對基于硬件的平臺和基于軟件的設(shè)計原則分別進行規(guī)劃,高效設(shè)計原則可加快基于FP( GA的控制系統(tǒng)的開發(fā)速度。論文通過分析典型電力電子控制系統(tǒng)特點,概括得出基于FPGA的電力電子數(shù)字控制系統(tǒng)模塊化、歸一化、串并行控制等一般設(shè)計原則。利用這些一般設(shè)計原則,設(shè)計出可復(fù)用模塊,通過搭積木方法使復(fù)雜系統(tǒng)簡單化,提高設(shè)計效率,節(jié)省調(diào)試時間。高效可視化的設(shè)計流程是實現(xiàn)全數(shù)字集成控制系統(tǒng)便捷途徑。由于開發(fā)基于FPGA的控制平臺不僅需要熟練掌握HDL語言,而且還要具備豐富的專業(yè)知識,所以設(shè)計難度大,開發(fā)周期長；統(tǒng)一可復(fù)用IP核較少,設(shè)計穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)就更加困難。論文通過對國內(nèi)夕FPGA電力電子變換器控制系統(tǒng)設(shè)計研究基礎(chǔ)上,探索出一種借助EDA工具實現(xiàn)FPGA電力電子變換器控制系統(tǒng)的高效設(shè)計流程,達到了降低開發(fā)難度、縮短開發(fā)周期、節(jié)省開發(fā)成本的目的。平臺級驗證是論文研究的最終總目的。平臺主電路部分由六只IGBT組成兩電平三相橋式電路,驅(qū)動部分由TX-DA962D驅(qū)動板組成,控制部分主要由賽靈思(Xilinx)公司VIRTEX-4-XC4VSX35系列芯片組成。論文中以歸一化的模塊庫為基礎(chǔ),采用圖形化綜合設(shè)計流程,在MATLAB/System Generator環(huán)境下通過搭建由兩電平SVPWM IP核和三電平SVPWM IP核組成的控制系統(tǒng)模型并進行聯(lián)合仿真,然后轉(zhuǎn)換成Xilinx Plan Ahead工程文件,實現(xiàn)從模型到工程文件的無縫銜接,經(jīng)過分析綜合過程產(chǎn)生二進制文件,最終在平臺上進行系統(tǒng)驗證。論文采用一般設(shè)計原則,靈活使用設(shè)計工具實現(xiàn)設(shè)計流程的無縫銜接,快速完成系統(tǒng)級設(shè)計,探索出了一種基于FPGA的全數(shù)字控制系統(tǒng)的高效、便捷實現(xiàn)方案,為進行FPGA控制系統(tǒng)深入研發(fā)奠定了扎實基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：電力電子變換器 FPGA 實時性 設(shè)計原則 高效設(shè)計流程
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-13
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究目的及意義10-11
• 1.3 研究內(nèi)容11-13
• 第二章 基于FPGA的電力電子控制系統(tǒng)13-24
• 2.1 DSP與FPGA架構(gòu)特點13-16
• 2.1.1 DSP架構(gòu)特點13-14
• 2.1.2 FPGA架構(gòu)特點14-16
• 2.1.3 DSP與FPGA選擇原則16
• 2.2 數(shù)字系統(tǒng)延時分析16-18
• 2.3 FPGA硬件并行特性18-20
• 2.4 FPGA準模擬特性20-21
• 2.5 FPGA快速計算特性21-22
• 2.6 本章小結(jié)22-24
• 第三章 基于FPGA的電力電子控制系統(tǒng)設(shè)計24-42
• 3.1 設(shè)計原則24-29
• 3.1.1 模塊功能的分割-三級化模塊庫24-25
• 3.1.2 硬件資源分配-串行與并行實現(xiàn)25-27
• 3.1.3 模塊數(shù)據(jù)接口歸一化-標幺化與定標27-28
• 3.1.4 時序控制-有限狀態(tài)機28-29
• 3.2 設(shè)計方法與流程29-40
• 3.2.1 常規(guī)設(shè)計流程29-31
• 3.2.2 采用圖形化工具FPGA的開發(fā)流程31-33
• 3.2.3 電力電子變換器圖形化綜合設(shè)計流程33-34
• 3.2.4 圖形化綜合設(shè)計流程的具體實現(xiàn)34-40
• 3.3 本章小結(jié)40-42
• 第四章 設(shè)計驗證平臺42-49
• 4.1 平臺主電路部分43-46
• 4.1.1 PWM驅(qū)動級與電流測量部分44-45
• 4.1.2 光電編碼器部分45-46
• 4.1.3 電源部分46
• 4.2 控制電路部分46-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 第五章 基于FPGA的SVPWM IP核設(shè)計49-79
• 5.1 兩電平SVPWM IP核設(shè)計49-71
• 5.1.1 變換器輸出端電壓與磁鏈空間分布關(guān)系49-51
• 5.1.2 SVPWM調(diào)制策略51-62
• 5.1.3 兩電平SVPWM IP核遵循設(shè)計原則62-64
• 5.1.4 兩電平SVPWM IP核子模塊64-69
• 5.1.5 兩電平SVPWM IP核69-71
• 5.2 三電平SVPWM IP核設(shè)計71-78
• 5.3 本章小結(jié)78-79
• 第六章 聯(lián)合仿真結(jié)果與分析79-90
• 6.1 兩電平SVPWM IP核聯(lián)合仿真79-85
• 6.1.1 Clark變換后的u_α、u_β與三相正弦波波形82
• 6.1.2 扇區(qū)判斷與u_α、u_β82-83
• 6.1.3 基本矢量作用時間T_1、T_2、過調(diào)制與采樣周期波形83
• 6.1.4 T_a、T_b、T_c與零矢量83-84
• 6.1.5 三相線電壓u_(ab)、u_(bc)、u_(ca)波形84
• 6.1.6 三相電流i_a、i_b、i_c波形84-85
• 6.1.7 轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩波形85
• 6.2 三電平SVPWM IP核聯(lián)合仿真85-89
• 6.2.1 三相線電壓u_(ab)、u_(bc)、u_(ca)波形圖87
• 6.2.2 三相相電壓u_a、u_b、u_c波形圖87-88
• 6.2.3 三相線電流i_a、i_b、i_c波形圖88
• 6.2.4 轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩波形88-89
• 6.3 本章小結(jié)89-90
• 第七章 電力電子變換器控制系統(tǒng)在線調(diào)試90-100
• 7.1 調(diào)試步驟90-93
• 7.2 兩電平SVPWM IP核控制系統(tǒng)波形分析93-97
• 7.2.1 U相橋臂波形93-94
• 7.2.2 V相橋臂波形94-95
• 7.2.3 W相橋臂波形95-96
• 7.2.4 死區(qū)波形96-97
• 7.3 三電平SVPWM IP核控制系統(tǒng)波形分析97-99
• 7.3.1 16Hz時U橋臂四路波形97
• 7.3.2 16Hz時U橋臂四路復(fù)合波形97-98
• 7.3.3 32Hz時U橋臂四路波形98
• 7.3.4 32Hz時U橋臂四路復(fù)合波形98-99
• 7.4 本章小結(jié)99-100
• 第八章 結(jié)論與展望100-101
• 8.1 主要結(jié)論100
• 8.2 研究展望100-101
• 參考文獻101-105
• 附錄A105-107
• 附錄B107-109
• 在學(xué)期間的研究成果109-110
• 致謝110

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  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的電力電子變換器控制系統(tǒng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：337148