開關(guān)磁阻電機(jī)全數(shù)字控制系統(tǒng)中FPGA的應(yīng)用

目前國內(nèi)外對于如何利用DSP實(shí)現(xiàn)模糊控制算法的研究相對比較成熟，可見，FPGA的設(shè)計(jì)與應(yīng)用即成為整個(gè)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。

FPGA片內(nèi)的斬波滯環(huán)計(jì)數(shù)器模塊接收三路斬波信號，承擔(dān)CCC控制方式中的定△t斬波，并輸出邏輯綜合后的三相功率變換器驅(qū)動(dòng)信號；位置綜合與倍頻模塊接收經(jīng)整形的三路光電位置信號，綜合出256倍頻信號，送入DSP中用于角度控制；控制邏輯綜合模塊接收系統(tǒng)保護(hù)等信號，當(dāng)電流超過上限值后產(chǎn)生低電平信號，FPGA利用此低電平信號封鎖輸出信號，實(shí)現(xiàn)斬波控制策略，同時(shí)也是一種對系統(tǒng)進(jìn)行電流保護(hù)的措施。

3 基于FPGA實(shí)現(xiàn)三相功率變換器驅(qū)動(dòng)的控制邏輯

此邏輯電路的作用是將控制開關(guān)元件的四類信號實(shí)現(xiàn)綜合，以使各信號均能有效發(fā)揮作用，下面列出了邏輯表達(dá)式：

TRA=A·ICA·IPA·PWMA

TRB=B·ICB·IPB·PWMA

TRC=C·ICC·IPC·PWMA

TRA’=A’·ICA·PWMB

TRB’=B’·ICA·PWMB

TRC’=C’·ICA·PWMB

式中：A，B，C，A’，B’，C’(前三個(gè)是圖2中上橋臂信號，后三個(gè)是下橋臂信號)為控制開關(guān)元件通斷的信號；ICA，ICB，ICC為A，B，C三相電路提供的電流斬波控制信號；IPA，IPB，IPC為限流保護(hù)電路提供的控制信號，作用是在開關(guān)元件中的電流超過設(shè)定值時(shí)直接關(guān)斷元件進(jìn)行保護(hù)；PWMA，PWMB是電壓斬波信號，該信號的寬度調(diào)制是由模糊邏輯調(diào)節(jié)控制的，實(shí)際運(yùn)行與給定差值越大則脈寬越寬；TRA，TR B，TRC，TRA’，TRB’，TRC’是功率變換電路各主開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)控制信號。借助MAX+PLUSⅡ仿真軟件，得到斬波控制時(shí)的仿真波形如圖4所示。圖中觸發(fā)信號在各相導(dǎo)通期間發(fā)出脈沖信號，從而實(shí)現(xiàn)斬波控制方式。相位角控制方式是由相導(dǎo)通信號A，B，C，A’，B’，C’(決定導(dǎo)通相)和PWM(決定導(dǎo)通寬度)信號控制的，仿真波形如圖5所示。為了實(shí)現(xiàn)功率主電路的可靠工作，設(shè)計(jì)中不僅考慮了功率電路相導(dǎo)通的各種控制方式的實(shí)現(xiàn)，還考慮了電流保護(hù)功能。在起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，電機(jī)繞組內(nèi)有可能產(chǎn)生較大的峰值電流，超過電流保護(hù)動(dòng)作值而輸出電流保護(hù)信號IP給邏輯綜合電路，關(guān)斷上橋臂開關(guān)元件，讓電路開始續(xù)流，直到電流降低到一定水平才恢復(fù)導(dǎo)通，從而可以保護(hù)功率開關(guān)不會因過電流而損壞。