基于FPGA的PWM整流控制器研究

论文摘要

随着电力电子变流技术的不断发展,各种先进的控制技术层出不穷。控制器也从过去的模拟电路时代逐渐进入到全数字控制时代。但是MCU/DSP等通用控制器本身串行程序流工作模式的限制,在实现复杂算法时往往难以满足系统要求的快速性与实时性的要求,FPGA的出现为解决这个问题提供了一个新的方向。本文首先对三相PWM整流器系统进行了研究。在查阅大量国内外文献资料的基础上,对整流器及其控制器的国内外发展现状及研究趋势做了详细的研究,并对课题研究的意义有了更深入的认识。接下来对三相电压型整流器的拓扑结构、数学模型、整流器的控制技术进行了分析。文中所采用的滞环电流控制算法具有结构简单,电流响应速度快,不依赖系统参数,系统鲁棒性好的特点。运用matlab仿真软件,对该控制方法进行了仿真。然后对FPGA的发展历程、应用、分类、开发工具、语言等内容进行了介绍。最后对滞环控制算法进行了模块划分,将其划分为PI算法模块,限幅与指令电流生成模块,滞环比较模块,PWM脉冲生成及死区保护模块,AD控制及数据储存模块,并在Quartus II软件环境下,使用VHDL语言通过编程实现模块化设计。实践证明,采用FPGA来实现PWM整流器控制算法是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电力电子技术的发展状况
• 1.2 PWM 整流器概述
• 1.2.1 PWM 整流器研究概况
• 1.2.2 PWM 整流器分类
• 1.2.3 PWM 整流器的应用
• 1.3 整流器控制器发展概况
• 1.4 专用集成电路（ASIC）发展及分类
• 1.5 课题的研究意义
• 1.6 本课题的主要研究内容
• 第二章 三相电压型PWM 整流器建模及仿真
• 2.1 三相电压型整流器数学模型
• 2.2 三相电压型整流器控制技术
• 2.3 滞环控制算法分析与仿真
• 2.3.1 滞环控制算法分析
• 2.3.2 滞环电流控制的开关频率分析
• 2.3.3 滞环宽度对系统输入电流谐波含量的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于FPGA 的控制芯片设计技术
• 3.1 FPGA 概述
• 3.1.1 FPGA 介绍
• 3.1.2 FPGA 应用
• 3.1.3 FPGA 的分类
• 3.1.4 Cyclone 系列FPGA
• 3.2 FPGA 开发工具
• 3.3 VHDL 语言
• 3.3.1 VHDL 语言介绍
• 3.3.2 VHDL 语言特点
• 3.3.3 VHDL 语言的描述方式
• 3.4 FPGA 的开发流程
• 3.5 本章小结
• 第四章 滞环电流控制的FPGA 实现
• 4.1 算法功能模块划分
• 4.2 PI 算法模块
• 4.3 限幅与指令电流生成模块
• 4.4 滞环比较模块
• 4.5 PWM 脉冲生成及死区保护模块
• 4.6 AD 采样控制及数据储存模块
• 4.7 滞环算法功能整体实现及仿真
• 4.8 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢