基于FPGA的混合脈寬調(diào)制策略研究.pdf

1、隨著科技水平的提高，高鐵、動車等城軌列車逐漸成為了人們出行的主要交通工具，其舒適性和便捷性充分滿足了人們的需求，因此軌道交通在人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。而牽引脈寬調(diào)制策略作為軌道交通技術(shù)的核心技術(shù)之一，其性能的優(yōu)劣將直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和舒適性。本文依托于“十二五”國家科技支撐計劃重點項目“混合動力動車組關(guān)鍵技術(shù)研究與典型樣車研制”和聯(lián)合基金項目“高速鐵路電力牽引系統(tǒng)的安全性預(yù)測與控制”(U1134204)，針對

2、軌道交通上牽引脈寬調(diào)制技術(shù)展開研究，提出一套基于FPGA的混合脈寬調(diào)制策略，并通過大量仿真和實驗驗證了該調(diào)制策略的可行性。
　　本文針對脈寬調(diào)制技術(shù)的基本原理與性能進行研究。分析了中間60°SPWM、特定次諧波消除脈寬調(diào)制(Selected Harmonic Minimum PWM，SHEPWM)和電流諧波最優(yōu)脈寬調(diào)制(Current Harmonic Minimum PWM，CHMPWM)三種適用于中高頻段的脈寬調(diào)制的基本原理，

3、并給出了開關(guān)角的計算方法。從實現(xiàn)方式、電流諧波、轉(zhuǎn)矩脈動三個角度對CHMPWM進行分析，并分別同過調(diào)制、中間60°SPWM、SHEPWM進行對比，得出CHMPWM具有電流諧波性能好、轉(zhuǎn)矩脈動小的結(jié)論，進而提出了一套混合脈寬調(diào)制策略方案。針對混合脈寬調(diào)制策略中的平滑過渡問題進行分析。闡述了保證平滑過渡需滿足的基本原則，主要包括切換時刻的基波連續(xù)和諧波含量突變小兩個方面。通過對比FPGA與DSP在實現(xiàn)混合脈寬調(diào)制時各自的優(yōu)缺點，指出FPGA

4、的高速特性優(yōu)勢可保證基波連續(xù)。通過對比CHMPWM與SHEPWM在平滑過渡時的輸出特性，指出CHMPWM具有切換時刻諧波含量不會發(fā)生較大突變的優(yōu)勢。并在MATLAB仿真平臺對基于FPGA的混合脈寬調(diào)制策略進行仿真驗證。針對混合脈寬調(diào)制策略的數(shù)字實現(xiàn)方法進行詳細分析。綜合分析了異步SPWM、同步SPWM及CHMPWM在FPGA中的數(shù)字實現(xiàn)機理，并對混合脈寬調(diào)制策略的FPGA設(shè)計進行深入探索，最后利用仿真軟件對該FPGA設(shè)計進行仿真，仿真結(jié)