基于FPGA的變頻調速系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展，新的電力電子器件不斷出現(xiàn)，自動化控制理論技術不斷成熟，全數(shù)字化的微控制器產(chǎn)品也日新月異，這些發(fā)展都決定了電氣傳動系統(tǒng)會有新格局的產(chǎn)生。交流傳動系統(tǒng)有著節(jié)能、環(huán)保、高性能并且更適應惡劣的環(huán)境等優(yōu)點，這使得交流傳動會逐漸取代傳統(tǒng)的直流傳動，交流傳動將在電氣傳動領域中扮演主角。
　　 本文研究基于FPGA變頻調速系統(tǒng)，系統(tǒng)以大規(guī)模集成芯片F(xiàn)PGA為控制核心，設計基于矢量控制技術和SVPWM脈寬調制技術的新一代交流變

2、頻調速系統(tǒng)。
　　 研究了三相異步電動機變頻調速系統(tǒng)特性，在此基礎上研究了矢量控制策略和空間電壓矢量脈寬調制(SVPWM)算法。矢量控制系統(tǒng)基本思想是將三相異步電動機模型通過等效變換變?yōu)橹绷麟妱訖C模型，對強耦合的變量實現(xiàn)解耦，從而將復雜的異步電機模型簡單化。空間電壓矢量脈寬調制(SVPWM)算法是利用伏秒原理，通過六個基本空間電壓矢量和零電壓矢量共同合成所希望的空間電壓矢量。合成過程中需要選擇扇區(qū)、選擇主輔矢量、計算主輔矢量作用

3、時間、計算開關動作時刻以及利用七段式矢量合成法完成SVPWM波的生成。
　　 設計了系統(tǒng)的主電路。主要包括三相不可控整流電路，直流濾波電路，三相逆變電路以及LC濾波電路，對各電路中元器件進行了選型計算。
　　 完成了以大規(guī)模集成現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片為核心的控制電路部分的設計。控制電路的核心部分是FPGA芯片，F(xiàn)PGA選用的是Xilinx(賽靈思)公司Spartan-Ⅱ系列的XC2S100-5PQ208芯片，它有著

4、低功耗、高頻率和大規(guī)模等優(yōu)點，將一些硬件電路可以通過硬件描述語言來實現(xiàn)，所以使得硬件電路的設計更加靈活。還有對控制電路中輔助硬件電路的設計，包括光耦合隔離驅動電路、過流保護電路、過壓保護電路以及溫度檢測電路等。
　　 利用MATLAB/SIMULINK仿真軟件對整個變頻調速系統(tǒng)進行建模和仿真，得出了理想的仿真波形，包括三相異步電機的定子電流波形，轉速波形以及電磁轉矩波形，從而驗證了基于矢量控制策略和SVPWM脈寬調制技術所設計的