一种基于DSP-FPGA的辅助逆变器核心控制系统

辅助逆变器为电力机车辅助设备供电,其性能将直接影响电力机车的整体运行情况。本文所述辅助逆变器核心控制系统采用基于浮点数字信号处理器(digital signal processor,DSP)和现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的系统架构。以FPGA部分为重点,采用了一种基于矢量旋转的简化三电平空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM),并通过三角函数运算的简化、高效率除法器等关键性设计避免DSP进行大量三角函数运算,减少硬件资源占用。实现了基于FPGA的AD采样与数据处理及DSP与FPGA之间基于双端口RAM的异步通信,充分利用了FPGA强大的高速并行处理能力。最后,搭建基于RT-LAB与辅助逆变器核心控制系统的半实物实验平台,实验结果证明了辅助逆变器核心控制系统FPGA部分设计方案的可行性与正确性。     

基于FPGA的三电平空间矢量脉宽调制算法半实物实验方案

以三电平二极管中性点钳位牵引逆变器电机系统为研究对象,首先对各扇区的几何对称性与矢量作用时间之间的密切关系进行了详细分析。在此基础上,探讨了一种简化三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。然后,给出了该算法基于现场可编程门阵列(FPGA)的详细设计方案,并通过简化乘法器、高效率除法器等关键性设计,避免数字处理器进行大量三角函数运算,减少硬件资源占用,同时兼具FPGA速度快、可移植性好、模块复用率高等特点。最后,通过基于FPGA与dSPACE的半实物实验平台的实验研究,验证了该简化三电平SVPWM算法的正确性及其基于FPGA设计方案的可行性。     

二线制变送正弦信号发生器

二线制变送正弦信号发生器的重点在于二线制变速器的设计,二线变送器依靠两条传输线提供的电压作为电源,控制自身的耗电功率来控制传输线的电流实现对被控端的控制作用。在控制端,调理电路采集输入电阻转换为电压信号（0．4—2v）作为v／I变换器的输入,V／I变换器把输入电压转换为适合二线传输的电流（4—20mA）传输出去以实现二线传输。在受控端,将采集的电流转换为电压信号将其放大并通过A／D转换,根据单片机能够处理的结果对AD9834进行控制,输出相应频率的正弦波达到设计的要求。     

单相变换器简化多电平SVPWM算法

针对单相五/七电平变换器空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法实现过程复杂的问题,提出一种简化的空间矢量脉宽调制算法。该简化算法通过将单相五/七电平SVPWM算法中的参考空间电压矢量分解成为偏移矢量和单相三电平SVPWM中的空间电压矢量,从而将单相五/七电平SVPWM算法简化为单相三电平SVPWM算法。相比于传统单相多电平SVPWM算法和现有对实现流程简化的单相多电平SVPWM算法,所提出的简化算法分析简便,计算复杂度降低,占用的控制器资源较少,并且可以较为容易地实现电容电压平衡。基于现场可编程阵列(FPGA)设计了单相级联H桥(CHB)和二极管箝位(NPC)五/七电平逆变器传统和简化SVPWM算法,验证了所提简化算法的正确性和有效性。     

一种适用于单相级联H桥型变换器的通用型多电平空间矢量PWM算法

针对单相级联H桥型变换器,对其工作原理进行详细分析,提出一种适用于单相级联H桥型变换器的通用型多电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。该算法将单相多电平SVPWM简化为单相两电平SVPWM,不仅能够降低计算复杂度、具备优良的谐波特性,同时具备良好的扩展性。根据该算法,在单片现场可编程门阵列(FPGA)上实现单相七电平、九电平和十一电平SVPWM。基于DSP+FPGA与RT-LAB半实物实验平台实验结果验证了该算法的正确性与可行性。     

组合式虚拟同相柔性供电装置的直接功率控制

虚拟同相柔性供电装置能够避免列车通过电分相时引发的速度损失以及因动态过程而产生的电压和电流冲击等暂态过程,因此具有重要的工程应用价值。以国家十三五重点研发计划—轨道交通高能效牵引供电与传动关键技术项目拟采用的组合式虚拟同相柔性供电装置为研究对象,分析该组合装置供电的中性段与牵引供电臂进行功率柔性切换的基本原理,建立数学模型,基于传统直接功率控制算法,提出一种适用于该组合装置的直接功率控制算法。该算法能够实现对组合式虚拟同相柔性供电装置的功率控制,实现负载功率在中性段与牵引供电臂之间的柔性切换,避免车网分离时拉弧现象的产生。Matlab/Simulink仿真结果验证了此控制算法的有效性和可行性。