電力電子集成系統(tǒng)中的數(shù)字控制平臺(tái)研究.pdf

1、電力電子系統(tǒng)集成是當(dāng)今電力電子技術(shù)研究的重要課題，引領(lǐng)電力電子技術(shù)朝集成化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化方向發(fā)展。電力電子數(shù)字控制平臺(tái)正是在系統(tǒng)集成研究的大背景下展開(kāi)的，進(jìn)一步補(bǔ)充和完善系統(tǒng)集成理論研究?jī)?nèi)容，其研究的主要目標(biāo)就是改變當(dāng)前電力電子數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀況，縮短電力電子控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，使它更符合電力電子系統(tǒng)集成發(fā)展的需要。目前，其研究?jī)?nèi)容主要為中、大功率電力電子應(yīng)用系統(tǒng)或復(fù)雜電力電子裝置提供集成化數(shù)控平臺(tái)，如大功率有源濾波器、電力傳動(dòng)系統(tǒng)

2、和再生能源發(fā)電系統(tǒng)等。根據(jù)數(shù)字控制平臺(tái)的研究目標(biāo)和應(yīng)用領(lǐng)域，論文著重對(duì)電力電子控制平臺(tái)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行理論與實(shí)驗(yàn)研究，包括平臺(tái)的一般設(shè)計(jì)原則、平臺(tái)的擴(kuò)展性分析、平臺(tái)資源的集成和平臺(tái)的應(yīng)用研究。 如何從系統(tǒng)集成的角度設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)是集成化控制平臺(tái)首先需要解決的問(wèn)題。論文在詳細(xì)分析了計(jì)算資源需求、通信能力需求、接口精度和接口信號(hào)處理速度等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出了控制平臺(tái)的一般設(shè)計(jì)原則，包括核心處理器、通信接口類(lèi)型、AD/DA和PWM精度要求

3、以及接口器件等硬件的具體選型與指標(biāo)確定，同時(shí)提出了用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)用戶(hù)可編程和可配置的擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)方案。 平臺(tái)的通用性和擴(kuò)展性是平臺(tái)研究的首要問(wèn)題。論文以平臺(tái)的一般設(shè)計(jì)原則為指導(dǎo)，具體給出電力電子數(shù)字控制平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，論文從三個(gè)不同層面對(duì)該數(shù)控平臺(tái)的通用性和擴(kuò)展能力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在平臺(tái)層面，論文從不同角度和不同實(shí)現(xiàn)方式提出了多平臺(tái)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方案；在硬件資源層面，論文提出了采用通用PWM IP核的方案擴(kuò)展平臺(tái)P

4、WM通道；在計(jì)算資源層面，論文提出用FPGA配置的單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元來(lái)提升平臺(tái)的計(jì)算能力，彌補(bǔ)定點(diǎn)處理器的不足。 軟件資源集成是控制平臺(tái)的一個(gè)核心。圍繞這個(gè)核心，論文對(duì)電力電子可復(fù)用軟件模塊和電力電子IP軟核兩個(gè)內(nèi)容展開(kāi)研究。在可復(fù)用軟件模塊方面，論文提出了電力電子可復(fù)用軟件模塊設(shè)計(jì)的三條基本原則：①分類(lèi)原則；②功能獨(dú)立性原則；③以接口設(shè)計(jì)為核心原則，并以這些基本原則為指導(dǎo)，進(jìn)行電力電子可復(fù)用軟件模塊的設(shè)計(jì)。針對(duì)采用固定定標(biāo)方法

5、設(shè)計(jì)定點(diǎn)軟件模塊接口所存在的問(wèn)題，論文提出了一種軟件模塊動(dòng)態(tài)定標(biāo)的接口設(shè)計(jì)方案；在電力電子IP軟核方面，通過(guò)對(duì)IP軟核的研究現(xiàn)狀、研究意義、基本分類(lèi)和設(shè)計(jì)方法的系統(tǒng)論述，論文勾畫(huà)出電力電子IP軟核的基本研究和設(shè)計(jì)方法。論文以三電平空間矢量調(diào)制IP核為設(shè)計(jì)案例，著重說(shuō)明IP核一般設(shè)計(jì)方法，包括簡(jiǎn)化算法、設(shè)計(jì)流程和實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證。 最后，論文利用集成化的數(shù)控平臺(tái)構(gòu)建了三種不同類(lèi)別的典型應(yīng)用系統(tǒng)：工頻隔離型三相逆變電源、一體化電梯控制器和