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        基于FPGA的數字三相鎖相環優化設計

        作者: 時間:2012-10-21 來源:網絡 收藏


        3 設計
        3.1 未優化的結構
        根據圖1的拓撲結構及原理,三相鎖相環的基本硬件結構如圖3所示。
        首先通過采樣,將三相電壓離散化并處理為32 b有符號數,經過Clarke變換與相應的參數相乘后相加得到兩相靜止坐標的分量μα,μβ。共有5個乘法運算,3個加法運算。然后是Park變換,在此三相鎖相環中只需要μq分量,需要2個乘法運算,2個三角函數計算,1個加法運算。后面的PI控制器需要2個乘法運算,2個加法運算。最后是VCO需要2個加法運算。整個運算過程共需要9個乘法運算,9個加法運算,2個三角函數運算。
        從對三相鎖相環的基本結構分析可知,整個過程需要9個乘法運算,2個三角函數運算。在中實現乘法運算和三角函數運算會消耗大量的資源。特別是傳統的查表法三角函數運算在消耗大量資源的同時還存在精度問題。
        3.2 三相鎖相環的優化設計
        由于該設計采用25 MHz的系統時鐘,而采樣頻率為5 MHz,所以設計的時序余量非常大。依據面積和速度的平衡與互換的基本原則,針對乘法運算多的特點,采用乘法復用,系統中只保留一個乘法模塊,通過合理選擇,達到時分復用。
        在Park變換中存在的三角函數運算,可以通過CORDIC算法優化。CORDIC算法是通過基本的加法和移位運算來代替乘法和三角函數運算的,特別適合矢量旋轉的運算。使用迭代的方法,多步完成要旋轉的角度。CORDIC算法可以實現如式(6)所示的運算。
        e.JPG
        式中:x0,x1為初始坐標;θ為要旋轉角度;y0,y1為最終的坐標。通過對式(6)的分析與Park變換相比較可以發現,只要把角度取負,就可以通過CORDIC算法完成整個Park變換的運算。
        優化后系統的硬件結構如圖4所示。

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/189839.htm

        f.JPG



        4 結語
        本文分析了三相鎖相環的基本原理。針對FPGA的特點對鎖相環進行了優化設計,并利用Verilog HDL硬件描述語言編碼實現。該設計可直接用于PWM整流器、UPS等控制系統中。

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        關鍵詞: FPGA 數字 三相 鎖相環

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