基于FPGA的SVPWM算法的实现毕业论文

word格式. 基于FPGA的SVPWM算法的实现

摘 要：为了数字实现SVPWM的算法，文中采用了以FPGA作为硬件基础，给出了基于FPGA的SVPWM算法的具体算法以及软件设计。文中使用Verilog HDL编写FPGA程序，采用语句和图形编辑相结合的方式进行编程以达到程序结构清晰的目的。程序采用Mealy型状态机的程序结构，以达到增加硬件资源的利用率，结构清晰，便于数字设计的目的。其中，软件通过了Modelsim Altera进行仿真，给出了其相关的仿真波形图以说明其无误。文中使用Storm

Ⅲ FPGA开发板对软件进行验证，其中开发板的核心芯片为Altera 公司生产的EP3C10E144C8这款FPGA芯片，使用了RC滤波电路对PWM信号进行滤波处理并且给出了输出信号的示波器波形图和借助硬件电路驱动一台三相交流电机以说明其算法实现的准确性。

关键词：SVPWM；FPGA；空间矢量脉宽调制；Verilog HDL

The Realization of SVPWM Algorithm Based on FPGA

Abstract: To realize digital SVPWM algorithm, this paper adopted in hardware based

on FPGA, and gives the specific algorithm of SVPWM algorithm based on FPGA and the

software design. FPGA program written in this paper, we use Verilog HDL, adopt the

way of combining statements and graphics editing program in order to achieve the

purpose of the program structure is clear. Program type with Mealy state machine

structure, increase the utilization of hardware resources, in order to achieve the

structure is clear, for the purpose of digital design. Among them, the software

through the Modelsim Altera simulation, its related simulation waveform graph is

given to illustrate its correct. In this paper, we use the Storm Ⅲ FPGA development

threatening the software validation, in which development board of the core chip

word格式. of Altera company EP3C10E144C8 the FPGA chip, using the RC filter circuit to filter

the PWM signal and output signal oscilloscope waveform diagram is given to illustrate

the accuracy of the algorithm.

Key words: Space vector pulse width modulation; SVPWM; FPGA; Verilog HDL

目 录

1 绪论............................................................ (1)

1.1 空间矢量控制技术.............................................. (1)

1.2 现场可编程门阵列.............................................. (2)

1.3 本文研究容.................................................... (3)

2 空间矢量控制.................................................... (4)

2.1 空间矢量控制基本原理.......................................... (4)

2.1.1空间矢量的定义 .............................................. (4)

2.1.2电压与磁链空间矢量的关系 .................................... (5)

2.1.3六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 ...................... (6)

2.1.4 电压空间矢量的线性组合...................................... (8)

2.2 空间矢量控制算法............................................. (10)

2.2.1恒压频比 ................................................... (10)

2.2.2 Clark变换 ................................................. (10)

2.2.3 开关矢量持续时间计算....................................... (11)

2.2.4 扇区判断................................................... (12)

2.2.5 合成参考矢量............................................... (12)

3 基于FPGA的SVPWM算法的软件设计................................ (12)

word格式. 3.1 运算模块..................................................... (13)

3.1.1 三相参考电压峰值计算模块................................... (13)

3.1.2 三相电压矢量发生模块....................................... (14)

3.1.3 坐标变换模块............................................... (15)

3.1.4 开关导通时间计算模块....................................... (15)

3.1.5 参考矢量位置判断模块....................................... (17)

3.2 PWM信号发生模块 ............................................. (18)

3.3 死区模块..................................................... (19)

3.4 软件总系统................................................... (19)

4 硬件与调试..................................................... (20)

5 总结与展望..................................................... (22)

致 ............................................................. (23)

参考文献......................................................... (24)

附 录........................................................... (25)

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1 绪论

1.1 空间矢量控制技术

直流电机和交流电机在19世纪先后诞生，鉴于直流电机具有优越的调速性能，高性能的可调速场合都采用直流电机，而约占所有电机总容量80%以上的不变速拖动系统则采用了交流电机，交流调速系统多种方案虽然已经早已问世，并已经投入到了实际应用当中，但是其性能却始终无法与直流调速系统相比。在早期的交—直—交变压变频器所输出的交流波形都是六拍阶梯波或者是矩形波，当时，只能采用半控式的可控硅来控制其导通，但是其不能控制关断，由于它的不可控性和比较低的开关频率导致了逆变器输出的波形不能近似按正弦波变化，只能按照阶梯波变化，从而会产生较大的谐波，使电机输出转矩也存在脉动的分量，影响其实际工作性能，为了提高交流电机变压变频调速系统的性能。在出现全控式电力电子开关器件后，脉宽调制（PWM）技术也相应得到了广泛的应用，对交流电机的变压变频调速系统起到了很大的推动作用。在20世纪80年代出现了应用PWM技术的逆变器，由于它的优良的调速性能，如今，在国外生产的变压变频器都已经采用了脉宽调制技术，只有在全控器件尚未能够承受的特大容量的场合才没有应用上脉宽调制技术[2]。

脉宽调制（PWM）控制技术的原理是在采样理论中，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节上，其作用效果基本相同。其中，冲量即指窄脉冲的面积。而这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形采用傅里叶变换来分析，那么低频段的时候其输出波形是非常接近的，只在高频段围有差异。例如图1.1所示的三个窄脉冲形状不同，其中a为矩形脉