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   基于FPGA的高壓變頻器脈沖信號(hào)編碼技術(shù)的算法實(shí)現(xiàn)

類型：
【軟件】 上傳： 2013-1-16 11:54:56 大�。� 111KB
說(shuō)明： 摘 要：隨著高壓變頻器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的普及，用戶對(duì)裝置的運(yùn)行性能及產(chǎn)品工藝提出了更高的要求。這要求變頻器生產(chǎn)廠家不僅要保證產(chǎn)品質(zhì)量及運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且在產(chǎn)品工藝方面做到更加完美。提高產(chǎn)品的工藝性及外觀觀賞性，就應(yīng)做到保證產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)同樣的功能，對(duì)軟件控制方式實(shí)現(xiàn)優(yōu)化以減少硬件資源投入。本文將通過(guò)對(duì)脈沖信號(hào)編碼技術(shù)的詳細(xì)分析，來(lái)說(shuō)明高壓變頻器脈沖信號(hào)傳輸編碼技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。 　　關(guān)鍵詞：高壓變頻器；脈沖編碼技術(shù)；FPGA 　　Key words: high-voltage inverter； Pulse Coding； FPGA 　　高壓變頻器正常運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)和被控制對(duì)象需要傳輸線做大量的數(shù)據(jù)交換，控制信號(hào)一般是通過(guò)光纖傳輸?shù)奖豢刂频母邏洪_(kāi)關(guān)器件(如IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)等)，控制信號(hào)的種類及功能比較多，如果采用一對(duì)一的傳送方式，那么需要大量的光纖作為傳送信號(hào)媒介。這樣比較浪費(fèi)硬件資源，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝提出更高要求。如果對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，通過(guò)編碼技術(shù)把不同的信號(hào)編寫(xiě)成不同頻段的信號(hào)加以區(qū)分，通過(guò)一根光纖可以發(fā)送多種信號(hào)，這樣既節(jié)省了硬件資源，同時(shí)也降低了生產(chǎn)和加工的要求。 　　現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高壓變頻器大多采用功率單元串聯(lián)疊加，VVVF控制方式。這種方式適合于大多數(shù)風(fēng)機(jī)及泵類負(fù)載，在冶金、水處理及電廠等大多數(shù)用戶采用6KV或10KV三相交流異步電動(dòng)機(jī)。高壓變頻器輸出電壓主要包括6KV和10KV兩種。6KV大多采用6單元串聯(lián)方式，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1中a)所示A、B、C三相各6個(gè)功率單元，每個(gè)功率單元輸出電壓為577V，相電壓UAO = UBO = UCO =3464V，線電壓UAB = UBC = UCA =6000V。10KV采用9單元串聯(lián)方式。如圖1中b)所示A、B、C三相各9個(gè)功率單元，每個(gè)功率單元輸出電壓為641V，相電壓UAO = UBO = UCO =5773V，線電壓UAB = UBC = UCA =10000V。 　　高壓變頻器基本工作方式，是由控制單元中的DSP經(jīng)過(guò)復(fù)雜數(shù)據(jù)運(yùn)算產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)量，這些數(shù)據(jù)通過(guò)總線傳送到FPGA中，由FPGA經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算及時(shí)序運(yùn)算產(chǎn)生控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)編碼后，再進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成了光信號(hào)，通過(guò)光纖傳送到功率單元中，功率單元接收到光信號(hào)，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，再進(jìn)行信號(hào)解碼，把此信號(hào)作為控制信號(hào)來(lái)控制功率單元工作。 　　信號(hào)優(yōu)先級(jí)的選擇主要通過(guò)邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖3所示，在FPGA中利用Altera的quartusII軟件的圖形化的設(shè)計(jì)方案。輸入信號(hào)包括3個(gè)gcm_1、gcm_2、gcm_3，輸出信號(hào)包括3個(gè)gcm_11、gcm_22、gcm_33。此邏輯電路可以實(shí)現(xiàn)的功能是，輸出信號(hào)gcm_11只要gcm_1高電平有效即滿足條件輸出。輸出信號(hào)gcm_22只有g(shù)cm_2高電平有效同時(shí)滿足gcm_1為低電平才可滿足條件輸出。輸出信號(hào)gcm_33只有g(shù)cm_3高電平有效同時(shí)滿足gcm_1和gcm_2同時(shí)為低電平才可滿足條件輸出。因此實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)gcm_1gcm_2gcm_3。 　　信號(hào)優(yōu)先級(jí)的選擇仿真波形如圖4所示，從仿真波形可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)gcm_1高電平有效，輸出信號(hào)gcm_11立刻變?yōu)楦唠娖健．?dāng)輸入信號(hào)gcm_2高電平有效，同時(shí)gcm_1為低電平，輸出輸出信號(hào)gcm_22立刻變?yōu)楦唠娖健．?dāng)輸入信號(hào)gcm_3高電平有效，同時(shí)gcm_1、gcm_2為低電平，輸出輸出信號(hào)gcm_33立刻變?yōu)楦唠娖健? 　　通過(guò)仿真驗(yàn)證了，此邏輯電路可實(shí)現(xiàn)信號(hào)優(yōu)先級(jí)的選擇。比如在控制信號(hào)中，停止信號(hào)優(yōu)先級(jí)就應(yīng)大于啟動(dòng)信號(hào)，只要發(fā)停止信號(hào)，系統(tǒng)就執(zhí)行停機(jī)功能。只有當(dāng)所有條件都具備，啟動(dòng)才可以執(zhí)行。 　　3.3 數(shù)據(jù)信號(hào)分頻器的實(shí)現(xiàn) 　　在FPGA中利用Altera的quartusII軟件的圖形化設(shè)計(jì)方案，Verilog HDL語(yǔ)言編寫(xiě)子程序，如圖5所示gcm_fp為數(shù)據(jù)信號(hào)分頻器程序圖形。數(shù)據(jù)信號(hào)分頻器輸入信號(hào)包括時(shí)鐘、清零、使能3個(gè)，輸出為數(shù)據(jù)量q[5..0]和脈沖信號(hào)d。 　　3.4 延時(shí)濾波器的實(shí)現(xiàn) 　　延時(shí)濾波器輸入信號(hào)包括時(shí)鐘和使能信號(hào)，輸出包括數(shù)據(jù)量q[5..0]和脈沖信號(hào)d。在FPGA中利用Altera的quartusII軟件的圖形化設(shè)計(jì)方案，Verilog HDL語(yǔ)言編寫(xiě)子程序，如圖7所示gcm_ys為延時(shí)濾波器程序圖形。延時(shí)濾波器主要是對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行濾除毛刺處理，防止干擾信號(hào)影響系統(tǒng)工作。 　　如圖8所示，利用ModelSim軟件仿真的延時(shí)濾波器仿真波形，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為50ns、ena高電平有效時(shí)。輸出的信號(hào)d，如果ean由低跳變到高時(shí)，先進(jìn)行濾波再使能，這樣有效濾除因按鍵或系統(tǒng)干擾帶來(lái)的毛刺現(xiàn)象。保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。 　　3.5 編碼選通及PWM信號(hào)生成 　　高壓變頻器信號(hào)編碼機(jī)PWM輸出如圖8所示，在FPGA中利用Altera的quartusII軟件的圖形化設(shè)計(jì)方案，Verilog HDL語(yǔ)言編寫(xiě)子程序。圖中輸入信號(hào)包括時(shí)鐘、清零信號(hào)、信號(hào)1、信號(hào)3，輸出信號(hào)為pwm01。 　　信號(hào)1經(jīng)過(guò)分頻處理變?yōu)樾盘?hào)2，當(dāng)信號(hào)3使能，信號(hào)2和時(shí)鐘同步輸出。信號(hào)3經(jīng)過(guò)延時(shí)濾波及分頻處理，在和時(shí)鐘同步輸出，同時(shí)信號(hào)3作為信號(hào)2的選通使能端。這樣保證他們?cè)诓煌瑫r(shí)鐘輸出，防止信號(hào)沖突。 　　如圖9所示，利用ModelSim軟件仿真的編碼選通及PWM信號(hào)仿真波形，從波形中看出，當(dāng)輸入信號(hào)3有效后，輸出信號(hào)pwm01為輸入信號(hào)3經(jīng)過(guò)編碼后的脈沖信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)1有效后，輸出信號(hào)pwm01為輸入信號(hào)1經(jīng)過(guò)編碼后的脈沖信號(hào)。他們?cè)跁r(shí)間上互不影響，脈沖頻率不同，在被控制端進(jìn)行相應(yīng)的解碼，即可對(duì)輸入信號(hào)1和輸入信號(hào)3進(jìn)行執(zhí)行。[url= http://www.whtlhgdq.com/]串聯(lián)諧振[/url] 串聯(lián)諧振 [url= http://www.whtlhgdq.com/]直流電阻測(cè)試儀[/url] 直流電阻測(cè)試儀 [url= http://www.whtlhgdq.com/]電纜故障測(cè)試儀[/url] 電纜故障測(cè)試儀 [url= http://www.whtlhgdq.com/]繼電保護(hù)測(cè)試儀[/url] 繼電保護(hù)測(cè)試儀 [url= http://www.whtlhgdq.com/]開(kāi)關(guān)測(cè)試儀[/url] 開(kāi)關(guān)測(cè)試儀
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