本实用新型专利技术公开了一种低载波比在线计算多模式空间矢量脉宽调制软核，可在大功率三相交流异步电机控制系统中完成在线计算多模式空间矢量脉宽调制。本实用新型专利技术软核主要包AD控制模块01、基于FPGA的双端口RAM02、双端口RAM控制模块03、扇区判断模块04、调制方式切换管理模块05、异步调制时间计算模块06、矢量作用角度计算模块07、时间归一化模块08、PWM信号生成模块09。本实用新型专利技术软核不仅兼具硬件电路速度快、可靠性高等特点，具备良好的模块复用性与可移植性，同时其稳态性能和动态性能良好，作为电机控制系统协同处理器，使核心控制器(浮点DSP)从大量正余弦计算以及对资源占用量较大的周期性事件中解放出来，更好地运行电机核心控制算法，提高控制系统性能。
【技术实现步骤摘要】
低载波比在线计算多模式空间矢量脉宽调制软核
本技术涉及轨道交通、船舶制造等领域中由三相两电平拓扑结构逆变器组成 的大功率三相交流异步电机控制系统的设计与制造。
技术介绍
两电平牵引逆变器驱动系统以其结构简单，性能可靠的优点被广泛应用于交直交 电力机车（动车组）牵引传动系统。随着电力电子技术的不断发展和交直交电力机车（动 车组）的不断普及，对牵引逆变器驱动系统的性能要求越来越高。异步调制（SVPWM)技术 以其易于数字化实现，电压利用率高等优点，被广泛应用于大功率三相交流异步电机控制 系统中完成逆变器的调制工作。对于大功率三相交流异步异步电机的控制而言，由于开关 频率较低，随着逆变器输出频率逐渐提高，载波比减小，由异步SVPWM造成的逆变器输出电 流正负半周不对称情况将不能被忽略，此时逆变器输出电流容易产生畸变，引发较大的转 矩脉动，难以保证系统具有良好的控制性能。为了克服以上缺点，一种多模式空间矢量脉宽 调制方法得到了广泛的应用。 随着处理器制造技术的不断发展，数字信号处理器（DSP)被广泛用于大功率三相 交流异步电机的控制，针对基于单DSP的大功率三相交流异步电机控制系统而言，由于空 间矢量脉宽调制算法需要周期性地完成大量的三角函数计算，大部分芯片资源被用于空间 矢量脉宽调制相关计算、PWM门控信号的产生等周期性事件，导致留给核心控制算法的资源 非常有限；DSP作为顺序处理器，会按照顺序逐条执行，会导致时间延迟的增加并造成控制 系统性能下降。 为了克服单DSP控制系统的以上缺点，逐渐提出了基于浮点DSP和定点DSP的双 DSP控制系统结构，如图1所示，此类大功率三相交流异步电机控制系统由一片浮点运算 DSP和一片定点运算DSP组成，两者之间依靠一片双端口 RAM进行数据交换，其特点在于利 用定点计算DSP完成PWM门控信号的产生，有效地减少了芯片资源的占用、减小了系统时 间延迟并提高了控制系统的性能；浮点DSP仍需要完成除核心控制算法以外的空间矢量脉 宽调制相关计算任务，使得核心控制算法性能受到限制且随着调制算法的不断改进与复杂 化，该结构中浮点DSP的工作量越来越大。虽然相比单DSP结构有了改进，但仍存在DSP的 引脚及10资源有限，不利于向多电平结构扩展；利用DSP完成SVPWM所产生的PWM信号不 易完全同步，同时存在软硬件设计复杂，系统可靠性不足的问题。 随着现场可编程门阵列（FPGA)的不断发展，其功能越来越强大，应用也越来越广 泛。在这样的背景下，为了克服双DSP结构存在的缺点，逐渐提出了一种基于DSP和FPGA 的大功率三相交流异步电机控制系统结构，如图2所示，此类结构由一片浮点运算DSP和一 片FPGA组成，两者之间通过双口 RAM进行数据交换，其特点在于利用FPGA完成PWM门控信 号的产生，不仅利于向多电平拓扑发展，能够产生更加精确的PWM门控信号，同时将AD等外 部设备的控制放到FPGA中执行，进一步减轻了浮点DSP的工作任务。但该结构中浮点DSP 仍需要完成空间矢量调制的相关计算工作。 随着调制算法复杂度不断加大，对其性能要求越来越高，利用专用的软核完成 SVPWM相关工作以及相关外部设备的控制，不仅兼具硬件电路速度快、可靠性高等优点，同 时将核心控制器（浮点DSP)从繁重的重复性计算中解放出来，使其更好地运行核心控制程 序。同时随着电子设计自动化技术（EDA)的不断发展，使得设计者能够依托可编程逻辑器 件（FPGA)，在电力设计自动化（EDA)软件平台上利用硬件描述语言完成硬件电路的设计， 并向用户提供完成设计后的硬件电路下载文件，即软核，极大地提高了电路设计的效率和 可移植性，在硬件电路规模不断加大的同时，使得产品的小型化逐步成为一种发展趋势。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种适用于大功率三相交流异步电机控制系统的低载 波比在线计算多模式空间矢量脉宽调制软核，用以克服控制程序开发周期长、调制算法对 核心控制器资源占用量较大等技术缺点，并使之完成适用于大功率三相交流异步电机控制 系统的低载波比在线计算多模式空间矢量脉宽调制，具有良好的调制性能，稳态与动态性 能良好，技术可移植性好，稳定性和抗干扰能力强的优点。 本技术为实现其技术目的，所采用的方案是： 低载波比在线计算多模式空间矢量脉宽调制软核，可在如下的调制方式下完成同 步调制：异步调制、九脉冲同步调制、七脉冲A同步调制、七脉冲B同步调制、五脉冲A同步 调制、五脉冲B同步调制和三脉冲同步调制；其特征在于，所述软核中：AD控制模块01与AD 转换器、双端口 RAM控制模块03相连；基于FPGA的双端口 RAM02与浮点DSP、双端口 RAM控 制模块03相连；双端口 RAM控制模块03与AD控制模块01、基于FPGA的双端口 RAM02、扇 区判断模块04、调制切换方式管理模块05相连；扇区判断模块04与调制方式切换管理模 块05、双端口 RAM控制模块03相连；调制方式切换管理模块05与扇区判断模块04、双端口 RAM控制模块03、异步调制时间计算模块06、矢量作用角度计算模块07相连；矢量作用角 度计算模块07与调制方式切换管理模块05、时间的归一化模块08相连；时间的归一化模 块08与异步调制时间计算模块06、矢量作用角度计算模块07、PWM信号生成模块09相连； PWM信号生成模块09与时间的归一化模块08相连。 为了实现低开关频率下的空间矢量脉宽调制，适应复杂的工作环境并且得到良好 的稳态性能与动态响应，该软核采用了一种低载波比在线计算多模式空间矢量脉宽调制算 法，其调制方式具体包括：异步调制、九脉冲同步调制、七脉冲A同步调制、七脉冲B同步调 制、五脉冲A同步调制、五脉冲B同步调制和三脉冲同步调制。 在本技术软核中： AD控制模块01主要用于控制AD转换器，用于对逆变器、电机侧的反馈电压、电流 等模拟信号进行由模拟信号到数字信号的转换，为后续计算做准备。 双端口 RAM控制模块03主要用于输出双端口 RAM所需的控制信号，对双端口 RAM 的读写操作进行控制，同时协调核心控制器与调制计算电路间的读写规则。 扇区判断模块04主要用于对参考空间电压矢量UMf位置判断，并通过简化定常数 乘法器等设计降低了硬件电路的复杂程度。 调制方式切换管理模块05主要用于根据逆变器的输出频率f和参考矢量Uief的 位置分别对切换时刻、切换点做出判断，并选择对应的调制方式。 异步调制时间计算模块06主要用于异步调制时参考空间电压矢量UMf所在扇区 确定参考空间电压矢量U Mf的合成方式，并利用参考空间电压矢量UMf沿着α、β轴的分 解量Ua、U e、直流侧电压Ud。计算出两个基本空间电压矢量与零矢量的对应作用时间。 矢量作用角度计算模块07主要用于同步调制时根据调制方式切换管理模块选择 的同步调制方式和参考空间电压矢量u Mf所在扇区确定参考空间电压矢量UMf的合成方 式，并利用参考空间电压矢量UMf沿着α、β轴的分解量U a、Ue、直流侧电压Ud。、逆变器输 出频率f计算出主矢量、辅矢量和零矢量在对应扇区的本文档来自技高网...
【技术保护点】
低载波比在线计算多模式空间矢量脉宽调制软核，可在大功率三相交流异步电机控制系统中完成如下的调制方式：异步调制、九脉冲同步调制、七脉冲A同步调制、七脉冲B同步调制、五脉冲A同步调制、五脉冲B同步调制和三脉冲同步调制；其特征在于，所述软核中：AD控制模块01与AD转换器、双端口RAM控制模块03相连；基于FPGA的双端口RAM02与浮点DSP、双端口RAM控制模块03相连；双端口RAM控制模块03与AD控制模块01、基于FPGA的双端口RAM02、扇区判断模块04、调制切换方式管理模块05相连；扇区判断模块04与调制方式切换管理模块05、双端口RAM控制模块03相连；调制方式切换管理模块05与扇区判断模块04、双端口RAM控制模块03、异步调制时间计算模块06、矢量作用角度计算模块07相连；矢量作用角度计算模块07与调制方式切换管理模块05、时间的归一化模块08相连；时间的归一化模块08与异步调制时间计算模块06、矢量作用角度计算模块07、PWM信号生成模块09相连；PWM信号生成模块09与时间的归一化模块08相连。
【技术特征摘要】
1.低载波比在线计算多模式空间矢量脉宽调制软核，可在大功率三相交流异步电机控 制系统中完成如下的调制方式：异步调制、九脉冲同步调制、七脉冲A同步调制、七脉冲B同 步调制、五脉冲A同步调制、五脉冲B同步调制和三脉冲同步调制；其特征在于，所述软核 中：AD控制模块01与AD转换器、双端口 RAM控制模块03相连；基于FPGA的双端口 RAM02 与浮点DSP、双端口 RAM控制模块03相连；双端口 RAM控制模块03与AD控制模块01、基于 FPGA的双端口 RAM02、扇区判断模...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋文胜，吴瑕杰，冯晓云，王顺亮，葛兴来，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。