開關磁阻電機全數字控制系統中FPGA的應用

目前國內外對于如何利用DSP實現模糊控制算法的研究相對比較成熟，可見，FPGA的設計與應用即成為整個設計成敗的關鍵。

FPGA片內的斬波滯環計數器模塊接收三路斬波信號，承擔CCC控制方式中的定△t斬波，并輸出邏輯綜合后的三相功率變換器驅動信號；位置綜合與倍頻模塊接收經整形的三路光電位置信號，綜合出256倍頻信號，送入DSP中用于角度控制；控制邏輯綜合模塊接收系統保護等信號，當電流超過上限值后產生低電平信號，FPGA利用此低電平信號封鎖輸出信號，實現斬波控制策略，同時也是一種對系統進行電流保護的措施。

3 基于FPGA實現三相功率變換器驅動的控制邏輯

此邏輯電路的作用是將控制開關元件的四類信號實現綜合，以使各信號均能有效發揮作用，下面列出了邏輯表達式：

TRA=A·ICA·IPA·PWMA

TRB=B·ICB·IPB·PWMA

TRC=C·ICC·IPC·PWMA

TRA’=A’·ICA·PWMB

TRB’=B’·ICA·PWMB

TRC’=C’·ICA·PWMB

式中：A，B，C，A’，B’，C’(前三個是圖2中上橋臂信號，后三個是下橋臂信號)為控制開關元件通斷的信號；ICA，ICB，ICC為A，B，C三相電路提供的電流斬波控制信號；IPA，IPB，IPC為限流保護電路提供的控制信號，作用是在開關元件中的電流超過設定值時直接關斷元件進行保護；PWMA，PWMB是電壓斬波信號，該信號的寬度調制是由模糊邏輯調節控制的，實際運行與給定差值越大則脈寬越寬；TRA，TR B，TRC，TRA’，TRB’，TRC’是功率變換電路各主開關管的驅動控制信號。借助MAX+PLUSⅡ仿真軟件，得到斬波控制時的仿真波形如圖4所示。圖中觸發信號在各相導通期間發出脈沖信號，從而實現斬波控制方式。相位角控制方式是由相導通信號A，B，C，A’，B’，C’(決定導通相)和PWM(決定導通寬度)信號控制的，仿真波形如圖5所示。為了實現功率主電路的可靠工作，設計中不僅考慮了功率電路相導通的各種控制方式的實現，還考慮了電流保護功能。在起動和制動時，電機繞組內有可能產生較大的峰值電流，超過電流保護動作值而輸出電流保護信號IP給邏輯綜合電路，關斷上橋臂開關元件，讓電路開始續流，直到電流降低到一定水平才恢復導通，從而可以保護功率開關不會因過電流而損壞。