基于FPGA的交流电机调速控制系统研究

• 作 者: 黄翔
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 电压空间矢量脉宽调制 现场可编程门阵列 交流调速 电力电子

从二十世纪末开始,由于变频调速可以精确的实现速度控制,能够便捷地控制机械的传动位置变化而被广泛地应用在电机拖动的场合。变频调速能够很大程度地实现工艺上的高效性并且在保证电机质量的基础上,比定速运行更加节能,为我国的国民经济发展做出了重要的贡献。现场可编程门阵列器件FPGA是近年来崭露头角的一类新型集成电路,它简洁、经济、高速度、低功耗,并且全集成化、适用性强、便于开发和维护升级,在越来越多的领域中得到了日益广泛的发展与应用,特别是在交流电机的数字控制技术领域中,使电机的调速精度和控制性能都得到了不断的改善和提高。本文给出了基于FPGA的交流变频控制系统的硬件设计方案,搭建了由FPGA芯片、DSP最小系统、电流检测电路、转速和位置测量电路等组成的硬件平台,并对该系统进行了硬件调试。文中介绍了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理,并重点研究了基于FPGA的SVPWM的实现方法。根据其算法将SVPWM按功能划分为扇区计算模块、基本电压矢量作用时间计算模块、过调制控制模块、SVPWM时间生成模块、调制波生成模块和脉冲生成模块等六个子功能模块。先对各个子模块进行设计、仿真、验证,再将整个系统组合起来进行仿真、验证,最后在设计的硬件平台上测试了PWM波形。最后以电机为控制对象进行了开环变频试验,电机能够正常运行,且电机定子电流为正弦波,表明基于FPGA的SVPWM模块功能正确,达到了预期的目标。本文利用FPGA实现SVPWM,开发周期短,可移植性好,能够以IP核的形式嵌入到其它系统中去,具有很强的应用价值。