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DSP和FPGA構(gòu)成的3/3相雙繞組感應發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)
摘要：介紹了針對３／３相雙繞組感應發(fā)電機設計的勵磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)由ＤＳＰ和ＦＰＧＡ構(gòu)成。給出了控制系統(tǒng)的接口電路和實驗結(jié)果。１ 系統(tǒng)簡介
３／３相雙繞組感應發(fā)電機帶有兩個繞組：勵磁補償繞組和功率繞組，如圖１所示。勵磁補償繞組上接一個電力電子變換裝置，用來提供感應發(fā)電機需要的無功功率，使功率繞組上輸出一個穩(wěn)定的直流電壓。
圖１中各參數(shù)的含義如下：
ｉｓａ,ｉｓｂ,ｉｓｃ——補償繞組中的勵磁電流；
ｕｓａ,ｕｓｂ,ｕｓｃ——補償繞組相電壓；
ｉｐａ,ｉｐｂ,ｉｐｃ——功率繞組電流；
ｕｐａ,ｕｐｂ,ｕｐｃ——功率繞組相電壓；
ｕｄｃ——二極管整流橋直流側(cè)輸出電壓；
ｕｃ——變流器直流側(cè)電容電壓。
電力電子變換裝置由功率器件及其驅(qū)動電路和控制電路兩部分組成。功率器件選用三菱公司的智能功率模塊（ＩＰＭ）ＰＭ７５ＣＳＡ１２０（７５Ａ／１２００Ｖ），驅(qū)動電路使用光耦ＨＣＰＬ４５０２�？刂齐娐酚桑模樱校疲校牵翗�(gòu)成。
圖2 控制電路的接口電路
２ ＥＰＭ７１２８與ＴＭＳ３２０Ｃ３２同外設之間的接口電路
圖２所示為控制電路的接口電路。控制電路使用的ＤＳＰ是ＴＭＳ３２０Ｃ３２，它是ＴＩ公司生產(chǎn)的第三代高性能的ＣＭＯＳ ３２位數(shù)字信號處理器，其憑借強大的指令系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)處理能力及創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為理想的工業(yè)控制用ＤＳＰ器件。其主要特點是：單周期指令執(zhí)行時間為５０ｎｓ，具有每秒可執(zhí)行２２００萬條指令、進行４０００萬次浮點運算的能力；提供了一個增強的外部存儲器配置接口，具備更加靈活的存儲器管理與數(shù)據(jù)處理方式。控制電路使用的ＦＰＧＡ器件為ＡＬＴＥＲＡ公司的ＥＰＭ７１２８，它屬于高密度、高性能的ＣＭＯＳ ＥＰＬＤ器件，與ＡＬＴＥＲＡ公司的ＭＡＸＰＬＵＳ ＩＩ開發(fā)系統(tǒng)軟件配合，可以１００％地模仿高密度的集成有各種邏輯函數(shù)和多種可編程邏輯的ＴＴＬ器件。采用類似器件作為ＤＳＰ的專用外圍集成電路?ＡＳＩＣ?更為經(jīng)濟靈活，可以進一步降低控制系統(tǒng)的成本。
電壓檢測使用三相變壓器，電流檢測使用ＨＬ電流傳感器。電平轉(zhuǎn)換電路用來將檢測到的信號轉(zhuǎn)換為０～５Ｖ的電平。Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器選用ＡＤＳ７８６２。保護電路使用電壓比較器３１１得到過壓／過流故障信號。
ＤＳＰ完成以下四項工作：數(shù)據(jù)的采集和處理、控制算法的完成、ＰＷＭ脈沖值的計算和保護中斷的處理。
ＦＰＧＡ完成以下三項工作：管理ＤＳＰ和各種外部設備的接口；脈沖的輸出和死區(qū)的產(chǎn)生；保護信號的處理。
圖3 FPGA與A/D轉(zhuǎn)換器和DSP之間的接口
３ 使用ＦＰＧＡ實現(xiàn)ＤＳＰ和ＡＤＳ７８６２之間的高速接口
ＡＤＳ７８６２是ＴＩ公司專為電機和電力系統(tǒng)控制而設計的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器。它的主要特點是：４個全差分輸入接口，可分成兩組，兩個通道可同時轉(zhuǎn)換；１２ｂｉｔｓ并行輸出；每通道的轉(zhuǎn)換速率為５００ｋＨｚ�？刂品椒椋河桑粒熬�的值決定哪兩個通道轉(zhuǎn)換；由Ｃｏｎｖｓｔ線上的脈寬大于２５０ｎｓ的低電平脈沖啟動轉(zhuǎn)換；由ＣＳ和ＲＤ線的低電平控制數(shù)據(jù)的讀出，連續(xù)兩次讀信號可以得到兩個通道的數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)中使用了兩片ＡＤＳ７８６２，它們的控制線使用同樣的接口，數(shù)據(jù)線則分別和ＤＳＰ的高／低１６位數(shù)據(jù)線中的低１２位相連接。這樣ＤＳＰ可以同時控制兩片Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器：４通道同時轉(zhuǎn)換；每次讀操作可以得到兩路數(shù)據(jù)。
如圖３所示，將Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的控制信號映射為ＤＳＰ的三個外部端口：Ａ０、ＡＤＣＳ（和ＡＤＲＤ使用一個端口）和ＣＯＮＶＳＴ。在ＦＰＧＡ中使用邏輯譯碼器對端口譯碼。利用ＡＨＤＬ語言編寫的譯碼程序如下：
ＴＡＢＬＥ
Ａ[２３．．１２],ＩＳ,ＲＷ＝＞Ａ０,ＡＤＣＳ,ＣＯＮＶＳＴ,ＰＷＭ１,ＰＷＭ２,ＰＷＭ３,ＰＷＭ,ＰＲＯ,ＣＬＥＡＲ;
Ｈ″８１０″, ０, ０＝＞ ０, １, １, １, １, １, １, １, １;
Ｈ″８１１″, ０, １＝＞ １, ０, １, １, １, １, １, １, １;
Ｈ″８１２″, ０, ０＝＞ １, １, ０, １, １, １, １, １, １;
Ｈ″８１３″, ０, １＝＞ １, １, １, ０, １, １, １, １,１;?
Ｈ″８１４″, ０, ０＝＞ １, １, １, １, ０, １, １, １, １;?
Ｈ″８１５″, ０, ０＝＞ １, １, １, １, １, ０, １, １, １;
Ｈ″８１６″, ０, ０＝＞ １, １, １, １, １, １, ０, １, １;
Ｈ″８１７″, ０, １＝＞ １, １, １, １, １, １, １, ０, １;
Ｈ″８１７″, ０, ０＝＞ １, １, １, １, １, １, １, １, ０;
ＥＮＤ ＴＡＢＬＥ
其中，０表示低電平，１表示高電平。ＲＷ＝１表示讀，ＲＷ＝０表示寫。
ＤＳＰ對這三個端口進行操作就可以控制Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器：寫ＣＯＮＶＳＴ端口可以啟動Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器；讀ＡＤＣＳ端口可以從Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器中讀到數(shù)據(jù)；寫數(shù)據(jù)到Ａ０端口可以設置不同的通道。
使用上述方法可以實現(xiàn)ＤＳＰ和Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器之間的無縫快速連接。
４ 使用ＦＰＧＡ實現(xiàn)ＰＷＭ脈沖的產(chǎn)生和死區(qū)的注入
ＦＰＧＡ除了管理ＤＳＰ和外設的接口外，還完成ＰＷＭ脈沖的產(chǎn)生和死區(qū)的注入。將ＰＷＭ芯片
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