EDA作業(yè)FPGA在電力電子方面應(yīng)用稿件

EDA作業(yè)FPGA在電力電子方面應(yīng)用稿件第一頁，共20頁。參考中文基于FPGA的嵌入式交通信號控制機設(shè)計王世隆-哈爾濱工業(yè)大學(xué)-2013.601基于FPGA的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn)羅達逸-廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文-2013.602一種基于FPGA的SPWM波的實時生成方法丁衛(wèi)東,郭前崗,周西峰-南京郵電大學(xué)-計算機技術(shù)與發(fā)展2011.203基于FPGA的伺服電機測速與控制系統(tǒng)研究陶剛-上海交通大學(xué)-2013.204基于FPGA的車輛自動駕駛系統(tǒng)的研究與仿真設(shè)計

宋振偉-哈爾濱理工大學(xué)-2014.305獻文第二頁，共20頁。1.基于FPGA的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn)電機控制系統(tǒng)從模擬元件控制器向全數(shù)字控制器技術(shù)轉(zhuǎn)變。隨著現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件和現(xiàn)代電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)的發(fā)展,單片F(xiàn)PGA芯片即可實現(xiàn)矢量控制算法單片F(xiàn)PGA芯片即可實現(xiàn)矢量控制算法。此技術(shù)能夠克服模擬伺服系統(tǒng)的零點漂移、可靠性低和分散性大的不足,且改善控制電路的可靠性、控制精度、設(shè)計體積和開發(fā)周期。在軍事和工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。第三頁，共20頁?；贔PGA的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn)實驗平臺包括外部直流電源、FPGA控制板、功率驅(qū)動模塊、永磁同步電機、JTAG下載器、ISE開發(fā)環(huán)境。第四頁，共20頁。2.一種基于FPGA的SPWM波的實時生成方法目前有多種方法可以產(chǎn)生SPWM脈寬調(diào)制波,常用的方法有兩種,一種是利用具有PWM發(fā)生電路的專用微處理器芯片,如TMS320F240、TMS320F2812等,但這種方法只能產(chǎn)生6路或12路的PWM信號;另一種是利用模擬電路對三角載波與正弦調(diào)制波進行比較,產(chǎn)生SPWM脈沖,但這種電路設(shè)計復(fù)雜,與數(shù)字系統(tǒng)連接困難,難以滿足復(fù)雜要求。介紹了基于Spartan-3E系列FPGA芯片XC3S500E與DDS結(jié)合的SPWM波的實時生成方法,利用該方法可極大地提高SPWM輸出波形的品質(zhì),提高逆變器的動態(tài)響應(yīng),從而有效解決了逆變電路中輸出諧波含量大,動態(tài)響應(yīng)慢等問題第五頁，共20頁。3.基于FPGA的伺服電機測速與控制系統(tǒng)研究一般的電機測速辦法,若想準(zhǔn)確測量電機的轉(zhuǎn)速,則需要借助于高精度編碼器,但成本會大幅增加。本文研究如何最大程度利用低精度編碼器上有限的信息、達到借助高精度編碼器才會實現(xiàn)的測速高精度,以及在算法應(yīng)用時該如何根據(jù)測速模塊的特性,調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制,使整個控制系統(tǒng)的性能重新達到最優(yōu)。在FPGA中借助實驗和算法模塊的特性分析,對于已有的最小二乘測速算法進一步提出了改善措施;研究和總結(jié)了實際應(yīng)用當(dāng)中,如何避免和改善外界因素對測速的影響,以最大程度發(fā)揮其測速性能。第六頁，共20頁?；贔PGA的伺服電機測速與控制系統(tǒng)研究基于FPGA的伺服電機測速與控制系統(tǒng)硬件平臺第七頁，共20頁。4.基于FPGA的車輛自動駕駛系統(tǒng)的研究與仿真設(shè)計本文以FPGA應(yīng)用技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，對車輛自動駕駛系統(tǒng)進行研究，整個系統(tǒng)有車道線自動識別系統(tǒng)與自動駕駛系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)應(yīng)用FPGA技術(shù)采用自頂向下的層次化設(shè)計原則，完成了系統(tǒng)仿真測試。FPGA技術(shù)通常應(yīng)用于車輛智能控制方面，由于其具有并行處理、現(xiàn)場可編程等優(yōu)點，能夠取得較好的效果，因此，將FPGA技術(shù)應(yīng)用于車輛智能控制的問題求解中去可以克服處理速率慢，信息處理量小，開發(fā)周期長等缺點。此設(shè)計使長途駕駛者在駕駛過程中得到有效地休息，并為駕駛新手在車距控制和超車時提供有效的安全保障，或提供最有效安全的超車路線。第八頁，共20頁?；贔PGA的車輛自動駕駛系統(tǒng)的研究與仿真設(shè)計基于FPGA的改進算法與傳動算法對圖像處理的效果比較圖第九頁，共20頁。5.基于FPGA的嵌入式交通信號控制機設(shè)計隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市路網(wǎng)的供給增長難以負(fù)荷由汽車保有量迅速增加所帶來的交通需求增長，交通擁堵問題日益突出，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟和城市化的進一步發(fā)展。多數(shù)信號機的技術(shù)手段只能支持簡單的單點定時信號控制，無可變換相位的控制過程，導(dǎo)致交叉口延誤過高。同時，由于技術(shù)手段落后，無論在算法還是硬件層面均難以實現(xiàn)互連通信、實時監(jiān)控和系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，并且可維護性差，滿足城市化下對交通管理的復(fù)雜要求。文即是以FPGA為開發(fā)平臺，采取Nios軟核的SOPC技術(shù)開發(fā)出一套遠程可控的信號機系統(tǒng)，采用高速率傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)通信方式，以滿足當(dāng)下對交通信號管理的自適應(yīng)要求?；贔PGA的設(shè)計具有串、并行工作方式和高速、高可靠性、規(guī)模大、設(shè)計開發(fā)周期短、設(shè)計制造成本低、軟硬件可剪裁、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、運行穩(wěn)定等優(yōu)點,是理想的新型交通信號控制機的開發(fā)平臺。將FPGA合理的應(yīng)用到交通信號控制領(lǐng)域不僅能夠滿足現(xiàn)階段對交通信號控制機的更多要求，同時也能堅固節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟等重要的外圍條件。第十頁，共20頁。參考FPGA-BasedExperimentalInvestigationofaQuasi-CentralizedModelPredictiveControlforBack-to-BackConverters(基于FPGA背靠背轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)集中預(yù)測控制模型的基礎(chǔ)實驗研究)01SynchronousFPGA-BasedHigh-ResolutionImplementationsofDigitalPulse-WidthModulators（基于FPGA的高分辨率同步數(shù)字脈寬調(diào)制器）IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS-2012.5.502DevelopmentofanFPGA-BasedSPWMGeneratorforHighSwitchingFrequencyDC/ACInverters（基于FPGA高頻開關(guān)DC/AC逆變器SPWM發(fā)生器）IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS-2014.1.103VoltageandCurrent-ModeControlforaBuck-ConverterbasedonMeasuredIntegralValuesofVoltageandCurrentImplementedinFPGA（基于FPGA測量積分值來實現(xiàn)對BUCK變換器電壓電流模式控制）-IEEE-2014.12.1204LeakageCurrentEliminationofFour-LegInverterforTransformerlessThree-PhasePVSystems(基于FPGA實現(xiàn)消除無變壓器三相光伏發(fā)電系統(tǒng)四橋臂逆變器漏電流)-IEEE-2016.3.305獻文英文第十一頁，共20頁。1.基于FPGA的高分辨率同步數(shù)字脈寬調(diào)制器數(shù)字控制在電力電子中的優(yōu)勢導(dǎo)致越來越多地使用數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器。而使用傳統(tǒng)的PWM實現(xiàn)方案，當(dāng)功率變換器的開關(guān)頻率增加時，對時鐘頻率的要求可能會超過正常設(shè)置范圍?；赟partan-3E系列FPGA芯片XC3S500E與DDS結(jié)合的SPWM波的實時生成方法,利用該方法可極大地提高SPWM輸出波形的品質(zhì),提高逆變器的動態(tài)響應(yīng),從而有效解決了逆變電路中輸出諧波含量大,動態(tài)響應(yīng)慢等問題第十二頁，共20頁?；贔PGA的高分辨率同步數(shù)字脈寬調(diào)制器第十三頁，共20頁。2.基于FPGA高頻開關(guān)DC/AC逆變器SPWM發(fā)生器正弦脈寬調(diào)制（SPWM）數(shù)字化還是基于模擬電路來實現(xiàn)。在本文中，提出了一個基于FPGA的SPWM發(fā)生器，可以運行在在開關(guān)頻率高達1MHz的情況下（需要FPGA操作頻率在100–160MHz），因此其能夠滿足現(xiàn)代單相DC/AC電源轉(zhuǎn)換器對于高開關(guān)頻率頻率的要求。FPGA結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點，使其可以調(diào)整各種單相DC/AC逆變器中的單元模塊。后經(jīng)過仿真和實驗結(jié)果證實，相比于過去提出的SPWM生成設(shè)計的波形發(fā)生器本文提出了具有更快的開關(guān)頻率，低功耗、高精度的生成所需的SPWM波形。第十四頁，共20頁?；贔PGA高頻開關(guān)DC/AC逆變器SPWM發(fā)生器第十五頁，共20頁。3.基于FPGA測量積分值來實現(xiàn)對BUCK變換器電壓電流模式控制

本文介紹了一個基于FPGA（可編程門陣列）完整的數(shù)字控制DC-DC降壓變換器系統(tǒng)。電壓和電流模式控制是基于電壓控制振蕩器VCO分別對輸出電壓和電感電流進行測量的方法。這個測量原理使用數(shù)字積分法獲得輸出電壓和電感電流的積分值。在模擬電流模式控制中，瞬態(tài)電感電流值測量用于開關(guān)動作。所有任務(wù)在FPGA實施控制。通過仿真和實驗驗證了該算法的開關(guān)頻率為25千赫。第十六頁，共20頁?；贔PGA高頻開關(guān)DC/AC逆變器SPWM發(fā)生器(a)四橋BUCK變換器(b)FPGA模塊(c)半橋變換器電流測量模塊第十七頁，共20頁。4.基于FPGA實現(xiàn)消除無變壓器三相光伏發(fā)電系統(tǒng)四橋臂逆變器漏電流對于電流三相光伏（PV）變壓器系統(tǒng)的非常重要的一個問題就是消除漏感。在本文中，研究了消除四橋臂逆變器漏電流的方法。通過建立普通循環(huán)模型，清楚地確定泄漏電流產(chǎn)生機理。通過對不同典型載波模式檢測方法及其相應(yīng)的共模電壓的討論。利用布爾邏輯功能新型調(diào)制策略實現(xiàn)了恒定的共模電壓使得漏電流降低。最后，不同的調(diào)制方法的實施和測試是基于TMS320F28335DSP+XC3S400FPGA數(shù)字控制平臺。實驗結(jié)果驗證了該方法的有效性。第十八頁，共20頁。5.基于FPGA背靠背轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)集中預(yù)測控制模型的基礎(chǔ)實驗研究電壓源背靠背電源轉(zhuǎn)換器是廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)應(yīng)用。本文提出了一種對于背靠背轉(zhuǎn)換器不帶外循直流環(huán)節(jié)環(huán)控制器準(zhǔn)集中模型預(yù)測控制（QC-DM