基于FPGA/CPLD的智能电力电子控制器的研究

摘要

在直流电气传动系统中使用的可控直流电源大部分是晶闸管相控整流电源,而晶闸管触发脉冲形成单元是晶闸管相控整流系统的重要组成部分.该设计采用现场可编程门阵列控制实现了晶闸管触发器的数字化,与传统的晶闸管触发控制器相比有脉冲对称度好等许多优点,具有广阔的应用前景.该论文首先系统分析了晶闸管触发器的各种性能指标,并对常见的触发器进行了分类.通过分析不同类型触发器的优缺点,最终确定采用三相同步的绝对触发方式,这种方式在控制器内部资源允许的前提下,在外围电路很少的情况下就能实现高性能控制,简化了系统设计.其次,对开发硬件和软件以及编程语言进行了介绍.另外,详细阐述了采用现场可编程门阵列EPFl0K10器件实现具有相序自适应、缺相保护等功能的晶闸管触发器的软硬件设计.最后,使用自主开发的触发器构成一套三相全控桥整流设备,并给出了实验结果和波形分析.试验结果表明,该论文设计的基于FPGA/CPLD的晶闸管智能触发控制器能够满足一般工业控制要求,达到了预期的目的.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1晶闸管触发器技术的发展历程

1.2晶闸管触发器技术的发展现状

1.3本论文研究的目的及意义

1.4本论文的研究内容

第二章晶闸管触发器研究的几个基本方向

2.1相序自适应

2.2频率自适应

2.3省略同步变压器

2.4模块化

2.5数字化

2.5.1模拟控制的缺点

2.5.2数字化控制的优点

2.6高频化

2.7智能化

2.8串并联晶闸管触发脉冲的一致性

小结

第三章晶闸管触发器的性能指标及分类

3.1对晶闸管触发脉冲及触发电路的基本要求

3.1.1三相桥式整流电路的工作原理

3.1.2对触发脉冲输出顺序的要求

3.1.3对触发电路的基本要求

3.2触发器的性能指标

3.2.1触发相位控制角α的分辨率

3.2.2触发脉冲的齐整度

3.2.3触发器的响应时间

3.2.4触发脉冲的前沿上升时间与幅值

3.2.5完善的控制功能

3.2.6串并联系统中多个触发器输出脉冲的一致性

3.3触发器的分类

3.3.1从同步方式对晶闸管触发器进行分类

3.3.2从触发脉冲的定位方式对晶闸管触发器进行分类

小结

第四章EDA简介与FPGA/CPLD设计基础

4.1 EDA简介

4.2 EDA技术的发展趋势

4.3可编程逻辑器件设计技术基础

4.3.1可编程逻辑器件的分类

4.3.2 FPGA/CPLD的概念、两者之间的结构区别及优缺点

4.3.3 Altera公司FLEX10K系列FPGA的结构特点

4.4 FPGA开发过程简介

4.4.1自顶向下(Top-down)的系统设计方法

4.4.2 FPGA/CPLD开发流程

4.5硬件描述语言

4.5.1 VHDL语言

4.5.2 VerilogHDL语言

4.6开发软件

小结

第五章晶闸管数字触发器的实现

5.1数字触发器的硬件设计

5.1.1主控芯片的选用及数据配置

5.1.2同步电路的硬件实现

5.1.3 A/D转换电路

5.1.4闭环调节器

5.1.5脉冲输出隔离放大电路

5.2数字触发器的软件设计

5.2.1 A/D转换时序控制模块

5.2.2控制逻辑

5.2.3触发脉冲的形成

5.2.4相序自适应

5.2.5缺相保护

小结

第六章实验结果与分析

6.1软件仿真波形及分析

6.2输出脉冲波形及分析

6.3三相全桥整流电路实验波形及分析

6.4输出脉冲精度及触发角延时分析

6.4.1输出脉冲精度分析

6.4.2触发角延时分析

小结

第七章结论

7.1本文结论

7.2后续工作及展望

致谢

参考文献

附录攻读硕士学位期间发表的论文