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UPFC控制系统的SOPC设计

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李兰英 ， 高俊锋
（ 哈尔滨理工大学 计算机科学与技术学院 ， 黑龙江 哈尔滨 １０ ８ ） ５０ ０
摘
要 ： 对统一 潮 流控制 器 （ Ｐ Ｃ 的物理 模型控制 系统 实现 时要 求频 率跟踪 电 网、 针 ＵＦ ） 幅值 和 相位
连续 可调的 关键 技 术 问题 ， 用 可编程 片上 系统 （ Ｏ Ｃ 的设计 方法 ， 出 了 Ｕ Ｆ 采 ＳＰ ） 给 Ｐ Ｃ物理模 型 控制 系统 的 Ｓ Ｐ Ｏ Ｃ解决 方案 。 阐述 了其软 硬件 设计 思想和方 法 ， 用 Ａ ｅａ 司的 Ｅ Ａ开发 工具 Ｑａ－ 利 ｈ ｒ公 Ｄ ｕｒ
ｈ ｆ ｃ ｖ ｎ ｓ ｆ Ｆ Ｐ ｃ ｒ ｓ ｌ ｓ ａ ｅ ｏ ｇ ｉ ａｉ ｆ ｍｕ ａｏ ｉ ｌ ａ Ｉ ｈ Ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｅ ｅ ｓ ｏ ｅ ＵＰ Ｃ Ｉ ｏｅ ｉ ｉ ｕ ｔ ｔｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｓ ｌｔ ｎ ｏ ｉ ｌｔｒａ ｄ Ｓ ｇ ａ Ｔ ｐ Ｉ ．Ｔ ｅ ｉ ｈ ｔ ｌ ｒ ｈ ｍｕ ｏ Ｓ ｎ ｎ ｐ ｒ ｒ ｎ ｃ ｆ ｅ ＵＰ Ｃ ｂ ｓ ｄ ｏ ＯＰ ｍｐ ｏ ｅ ｒ ａ ｙ ｅ ｏｍａ ｅ ｏ Ｆ ａ ｅ ｎ Ｓ Ｃ ｉ ｒ ｖ ｓ ｇｅ ｔ ． ｆ ｈ ｔ ｌ
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维普资讯
第 １卷 １
第 １ 期
电 机 与 控 制 学 报
ＥＬＥＣＴＲＩ Ｍ ＡＣＨＩ Ｃ ＮＥＳ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ
Ｖｏ． ｌ Ｎｏ １ １ １ ．
２０ ０ ７年 １月
Ｊｎ ２ ｏ ａ． ｏ７
Ｕ Ｆ Ｐ Ｃ控 制 系 统 的 Ｓ Ｃ 设 计 ＯＰ
ｔｓ Ｉ采 用 Ｓ ＷＭ 方法设 计 了一个基 于 Ａ ａ ｎ总线接 １ 的统 一 潮流控 制 器 的 Ｉ ｕ ， Ｉ Ｐ ｖｌ ｏ ： ２ Ｐ核 ， 出 了 Ｕ Ｆ 给 ＰＣ
Ｉ 的功能及 其 结构 ， 正 弦波幅值 和相 位设 置 、 Ｐ核 对 正弦 波寻址 、 数据 查找 及 幅值 计算 等子模 块进 行
（ Ｐ Ｃ）ｗ ｉｈｒｑ ｉ ｓｐ ｗ ｒ ｅ ｏｋ ｔ ｃｉｇｏ ￣ ｑ ｅ ｃ ，ａ ｌｕ ｅｖ ｕ ｎ ｈ ｓ ｃｎｉｕ ｕｌ ＵＦ ｈｃ ｅｕｒ ｏ ｅ ｔ ｒ ａｋｎ ｆ ｅ ｕｎ ｙ ｍｐｉ ｄ ａ ｅａｄ ｐ ａｅ ｏｔ ｏ ｓ ｅ ｎｗ ｒ ｔ ｌ ｎ ｙ
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中图分类号： Ｍ７ Ｔ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ７ ４ ９ ２０ ） １ ０ ６ — ５ １０ — ４ Ｘ（０ ７ ０ — ０ ０ ０
Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｄ ｓｇ ｆＵＰＦＣ ｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ＯＰＣ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｂａ ｅ ｎ Ｓ
Ａｂ ｔ ａ ｔ： ｍｉ ｇ ａ ｈ ｙ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｆｐ ｓｃ ｌｍｏ ｅ ｍｐ ｅ ｎ ｆｔ ｅ Ｕｎｆｅ ｗｅ ｌｗ ｎｒ ｌｅ ｓｒ ｃ Ａｉ ｎ ｔｔ ｅ ｋｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｈｙ ｉａ ｄ ｌｉ ｌｍｅ ｔｏ ｉ ｄ Ｐｏ ｒＦ ｏ Ｃｏ ｔｏｌｒ ｈ ｉ
ｓ ｏ ｇ ｔａｓ ｍ ｔｏ ｓ ｆ ａｄ ａｅａ ｄｓｆ ａｅ ｅｐｏ ｏｅ ．Ｂ ｓ ｇＡ ｅａＱ ａｔｓ Ｉ ａ ｒ ｉ ｔ ｕ ｈ ｙ ， ｅｈｄ ｒｗ ｒ ｎ ｏ ｗ ｒ ｓｄ ｙｕｉ ｈ ｒ ｕｒ ， ｎＩ ｃ ｅ ｎ ｇｈ ｗ ｏｈ ｔｒ ａ ｒ ｐ ｎ ｕＩ Ｐ ｏ
了详 细描 述 ， 并利 用 Ｓｍ ｌｔ 和嵌 入 式逻 辑分 析仪 Ｓｇ ａ ａ Ｉ 行 了仿 真 验 证 。Ｕ Ｆ ｉ ｕａｏ ｒ ｉ ｌ ｐＩ 进 ｎＴ Ｐ Ｃ的 Ｓ Ｐ ＯＣ 解决方 案使 其 整体性 能 大幅度提 高。 关键词 ： 统一 潮流控 制 器 ；可编程 片上 系统 ； ｉ ；Ｉ ；正 弦脉 冲 宽度 调制 Ｎ ｏ Ｉ Ｐ核 ｓＩ

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基于FPGA的UPFC控制器IP设计

基于FPGA的UPFC控制器IP设计

第 1 页 共 4 页 基于FPGA的UPFC控制器IP设计 0 引言 统一潮流控制器(Unified Power Flow Con-troller，简称UPFC)是一种可以较大范围地控制使之按指定路经流淌的设备，它可在保证输电线输送容量临近热稳定极限的同时又不至于过负荷。控制系统是UPFC的核心部分，它的主要功能是监测沟通电网的传输和控制输出逆变波形，不但能使输出波形的频率跟定电网频率，而且可对输出波形的幅值和相位举行调整。 随着微技术的不断进展，各种新器件和新的设计办法不断浮现，使得UPFC的控制系统设计也在不断进展。近年来，随着IC集成度的不断提高而浮现的现场可编程规律阵列(FieldProgrammable Gate Array，简称)就是由可编程规律器件PLD(Programmable Logic Device)进展而来的新型器件，FPGA不但可以用于单个控制器件，而且可以用于囫囵系统。因而又出生了一种新的系统设计办法——片上可编程系统

SOPC(System on a Programmer Chip)。这是一种基于IP核(Intellectual Property core)的新系统。它既具有软件的灵便性，又同时具有硬件的处理速度，更重要的是，它可以和微处理器软核等IP核构成囫囵系统，还可以按照需要对该系统举行重新设计，从而提高系统的灵便性、牢靠性，以及抗干扰能力。本文利用公司的开发工具设计了一个基于Avalon接口的UPFC控制器IP核，以便于和NiosII组成一个完整的控制系统。 1 UPFC控制器IP的主要功能 UPFC控制器的IP主要用来输出3路相位分离相差2π／3的正弦波形数据和3路相位分离相差2π／3的三角载波波形数据。因为UPFC控制系统采纳S调制技术，所以要求UPFC控制器IP输出的正弦波频率应跟电网频率保持全都，输出的正弦波幅值和相位可以按照需要举行调整；而输出的三角载波频率、幅值和相位则保持不变。 UPFC控制器IP核主要基于Avalon总线接口，其结构1所示。它有7

SOPC_流程图

SOPC_流程图

一、打开电脑，找到Quartues Ⅱ图标；双击打开：二、打开软件后，新建项目：File/New Project Wizard…选择目录；选择器件；完成。

三、新建空原理图文档：四、打开SOPC Builder，设计Nios处理器。

Tools/SOPC Builder…编辑系统名称，注意不能与原理图文档重名；点击OK。

五、添加CPU和外设。

步骤一，添加CPU，点击左边元件库，添加Nios II Processor。

选择标准型；Reset Vector和Exception Vector等到设置完存储器之后再设置；点击Next，Instruction Cache可以设置8kb；Jtag Debug Module中，选择Levev1即可。

点击Finish结束。

步骤二，添加定时器。

元件库中找到Interval Timer，Preset选择Full-featured：点击Finish，完成添加。

步骤三、添加三态总线桥。

点击Finish，完成。

步骤四、添加SDRAM控制器。

Presets选择Custom，我们选用自己的存储器；Data width选择16位；Chip select选择2；Row选择13，Column选择9；点击Finsh，结束。

这些设置和硬件的设置有关，由硬件决定。

步骤五、添加Flash存储器：地址宽度选择25；数据宽度选择16；注意，建立之后，与三态桥总线进行连接。

步骤六、添加串口Uart。

无需更改，点击Finish，完成。

步骤七、添加PIO：添加按键接口；宽度为4；输入模式；点击Next，设置触发方式：设置为上升沿触发；设置为边沿中断；同理，设置Led的PIO接口：宽度为4，输出模式；点击Finish，设计完成；步骤八、添加Systerm ID：点击Finsh，设计完成；步骤九、锁定Flash地址。

修改Flash中的基地址为0x00000000后，点击锁定图标。

为外设重命名。

步骤十、修改cpu复位向量和异常向量：步骤十一、调整外设地址及IRQ System/Auto-Assign Base Addresses；System/Auto-Assign IRQ；步骤十二、生成系统点击next，点击Generate。

UPFC

UPFC


• UPFC的逆变器主电路如图所示， 每相桥臂采用180°导电型控制 方案。a、b、c分别代表3个桥 臂的开关状态。 • 规定：当上桥臂开关管“开” 状态时（此时下桥臂必然是 “关”状态），开关状态为1； 当下桥臂开关管“开”状态时 （此时上桥臂必然是“关”状 态），开关状态为0。三个桥臂 只有“1”或“0”两种状态，因此 a、b、c形成000、001、010、 011、100、101、110、111共 八种开关模式。其中000和111 开关模式使逆变器输出电压为 零，所以称这两种开关状态为 零状态。ABC 0 3 2 - 3 2
• 利用这个变换矩阵，就可以将三相ABC平面坐标系中的相电压转化到 αβ0平面直角坐标系中去，其转换矩阵为： • （2） 1 1 U 1
U U 2 3 0 2 3 2 2 UB 3 U C 2
UPFC研究重点
• 在目前的大型电力互联网络中，为了提高电力系统的性能，系统中控 制器的数量和复杂程度在不断提高。这样各个控制器之间会产生交互 作用，而这些交互作用可能对整个系统的性能产生不利的影响。因此， 对电力系统中控制器的交互影响分析，以及解耦控制也将成为现代电 力工业研究的重点。 • 而UPFC的重要特点之一就是它具有多种控制功能，包括潮流控制、电 压控制和稳定性控制等。此外，UPFC的正常工作，依赖于其连接电容 上的直流电压控制。对于UPFC所需要完成的多个控制功能，通常的设 计是在UPFC上安排多个控制器，每一个控制器被赋予一个控制功能。 但对于安装在电力系统中，设计者面临的是一个多输入多输出(MIMO) 系统，在UPFC上安排多个控制器的设计，是在设计每一个控制器的时 候将其当作单输入单输出(SISO)系统，这时UPFC的各个控制功能之间 的交互影响不能忽略，即使每个控制器都能成功地单独设计，也不能 保证闭环全系统的稳定性。故UPFC的有功功率控制器与无功功率控制 器之间，存在着较强的交互影响。
基于SOPC的飞行器控制系统的硬件设计

基于SOPC的飞行器控制系统的硬件设计

基于SOPC的飞行器控制系统的硬件设计
赵宇博;张小林;范力思
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2010(018)009
【摘要】为了使无人机飞行控制系统具有强大的数据处理能力,较低的功耗,较强的灵活性和较小的体积,提出了一种基于可编程片上系统(SOPC)技术的无人机飞行控制系统硬件解决方案;利用硬件描述语言在FPGA芯片内部编写了CAN总线控制器,配合Altera自带的IP核以及外围硬件电路,设计了一种基于SOPC的飞控系统;和传统的无人机控制系统相比其具有更高度集成性,并且在具有很强的数据处理能力的同时拥有较小的体积和较低的功耗;多次飞行证明,各模块设计合理,整个系统运行稳定,可以用作下一代无人机高性能应用平台.
【总页数】3页(P2112-2114)
【作者】赵宇博;张小林;范力思
【作者单位】西北工业大学,陕西,西安,710072;西北工业大学第365研究所,陕西,西安,710065;西北工业大学,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
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4.基于SOPC的注塑机控制系统硬件设计 [J], 胡子健;钟小倩;
5.基于Xscale与FPGA的微小型飞行器控制系统的硬件设计 [J], 王正杰;郭如军;施洋;刘小东
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