基于FPGA的SPWM 變頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于FPGA的SPWM 變頻體系方案摘要:為淘汰電磁法儀發(fā)射和吸收波的諧波畸變率,以fpga為操縱焦點(diǎn),方案了機(jī)動(dòng)的sp(正弦脈寬調(diào)制)變頻體系。體系按照sp天然采樣法原理,使用硬件形貌語言方案了正弦波調(diào)制模塊,使用數(shù)字濾波器消除體系滋擾。將體系用來操縱電磁法儀器中發(fā)射機(jī)的發(fā)射,發(fā)射的數(shù)據(jù)經(jīng)濾波后傳到上位機(jī)上表現(xiàn),得到更穩(wěn)定的正弦波信號(hào),大大淘汰了諧波畸變率。關(guān)鍵詞:fpga;sp;電磁法;發(fā)射機(jī)中圖分類號(hào):tp316文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):1004-373x(2022)01-180-03designfspinvertersystebasednfpgahuangyun,yangzunxian(

2、fuzhuuniversity,fuzhu,350002,hina)abstrat:frreduingtheharnidistrtinrateftransittingandreeivingavefeletragneti,asystefspbasednfpgaisdesigned.thesysteinardaneiththepriniplefnaturalsaplingfsp,usinghardaredesriptinlanguagetdesignsinusidaldulatindule,usingdigitalfiltersteliinateinterferene.afterfiltering

3、,dataistransittedtp,asteadysineavesignalisshed,theharnidistrtinrateisreduedgreatly.keyrds:fpga;sp;eletragnetiinstruent;transitter0弁言由于脈寬調(diào)制技能是通過調(diào)解輸出脈沖的頻率及占空比來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的變壓變頻結(jié)果,以是在電機(jī)調(diào)速、逆變器等浩繁范疇得到了日益普及的應(yīng)用1。而電磁法作為一種地球物理探測的有用要領(lǐng),已經(jīng)普及地應(yīng)用于礦藏勘探、地質(zhì)災(zāi)難猜測等范疇。電磁法儀一樣平常包羅發(fā)射機(jī)和吸收機(jī)兩大部門2,3?，F(xiàn)階段,電磁法儀器的發(fā)射機(jī)部門一樣平常直接接納等寬p技能,其電流諧

4、波畸變率較大,電壓使用率不高,服從很低4,5。本文使用fpga技能,按照sp天然采樣法原理,方案了應(yīng)用于電磁法儀的發(fā)射機(jī)的sp體系。該體系應(yīng)用到現(xiàn)有的電磁法儀器中,與本來的p產(chǎn)生的結(jié)果舉行比力,得到精良的結(jié)果。1sp技能原理sp信號(hào)的原理為:用一組等腰三角形波與一個(gè)正弦波比力,其交點(diǎn)作為開關(guān)管“開或“關(guān)的時(shí)候6,7。產(chǎn)生sp信號(hào)有多種要領(lǐng),如諧波消去法、等面積法、采樣法等8,9。使用正弦波和等腰三角形的交點(diǎn)時(shí)候決定開關(guān)管的開關(guān)形式,這種要領(lǐng)稱為天然采樣法。其可以分為單極性三角波調(diào)制法和雙極性三角波調(diào)制法,其原理圖如圖1所示。本文接納的是雙極性調(diào)制法。圖1三角波調(diào)制法原理圖2sp體系的硬件實(shí)現(xiàn)2

5、.1體系團(tuán)體方案體系原理如圖2所示。體系先天生三角波信號(hào)和正弦波信號(hào),通過兩者輸出的比力產(chǎn)生脈沖序列,并對(duì)輸出的脈沖舉行死區(qū)延時(shí)、數(shù)字濾波等處置懲罰。重要模塊有:分頻器、三角載波產(chǎn)生器、正弦函數(shù)表尋址、正弦函數(shù)表、死區(qū)時(shí)間延時(shí)模塊和數(shù)字濾波模塊等。圖2體系原理圖2.2三角載波產(chǎn)生器本方案中通過加減計(jì)數(shù)器來產(chǎn)生載波三角波,三角波的幅值取256。先從0開始計(jì)數(shù)到256,再從256減數(shù)到0,得到半個(gè)周期的三角載波,然后重復(fù)前半周期的計(jì)數(shù)方法,對(duì)得到的計(jì)數(shù)值取負(fù),如許就可以得到一個(gè)周期的三角載波。圖3是三角載波模塊的仿真圖。可通過設(shè)定triavefp的值來實(shí)現(xiàn)三角波的分頻,當(dāng)體系時(shí)鐘為10hz時(shí),圖3

6、(a)設(shè)triavefp為0,此時(shí)三角波周期為102.4s;圖3(b)設(shè)triavetp為1,其周期變?yōu)?04.8s。通過改變triavefp的取值,可以得到差異頻率的載波。圖3三角波模塊仿真圖2.3正弦波產(chǎn)生器本方案使用atlab軟件東西,把正半周期的正弦波512平分后,把數(shù)據(jù)存入r中。調(diào)用r中的數(shù)據(jù),即可實(shí)現(xiàn)正半周期正弦波。再對(duì)正半周期取反,即可得到負(fù)半周期的值。本方案為了使得到的脈沖寬度可調(diào),加上了正弦幅度相乘調(diào)治模塊,其模塊原理圖如圖4所示。同樣,可以操縱模塊分頻單位,和調(diào)幅單位,改變正弦波的頻率及幅度。圖4正弦波產(chǎn)生器原理圖2.4比力模塊三角載波和正弦參考波產(chǎn)生模塊方案完成后,對(duì)其輸

7、出的結(jié)果舉行比力以產(chǎn)生sp脈沖信號(hào)?？梢酝ㄟ^verilg硬件形貌語言實(shí)現(xiàn),比力規(guī)矩設(shè)置為當(dāng)載波的數(shù)值小于正弦波的函數(shù)值時(shí),輸出1,不然輸出0。2.5死區(qū)時(shí)間延時(shí)模塊比力模塊后,得到兩路sp序列信號(hào)(xl,xh),用于操縱電路的上下橋臂的開關(guān)。理論上,這兩路信號(hào)是完全互補(bǔ)的。然而,由于功率器件開通和關(guān)斷時(shí)間不完全相稱,器件的關(guān)斷時(shí)間現(xiàn)實(shí)上要長于導(dǎo)通時(shí)間。因此,為制止上下橋臂上功率器件瞬態(tài)短路必需提供一段時(shí)間的延時(shí),使功率開關(guān)管導(dǎo)通之前確保相應(yīng)的開關(guān)管已經(jīng)停頓。脈沖延時(shí)是通過上升沿實(shí)現(xiàn)的,延不時(shí)間的實(shí)現(xiàn)重要通過一個(gè)10位的加減計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。設(shè)死區(qū)時(shí)間為ax,延時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)規(guī)矩如下10:(1)當(dāng)輸入

8、為0時(shí),假設(shè)計(jì)數(shù)值即是0,那么計(jì)數(shù)值保持穩(wěn)定;不然,作減1計(jì)數(shù);(2)當(dāng)輸入為1時(shí),假設(shè)計(jì)數(shù)值即是ax,那么計(jì)數(shù)值保持穩(wěn)定;不然,作加1計(jì)數(shù);(3)當(dāng)輸入為1且死區(qū)計(jì)數(shù)器數(shù)值為ax時(shí),xl=0,xh=1,上橋臂導(dǎo)通;(4)當(dāng)輸入為0且死區(qū)計(jì)數(shù)器數(shù)值為0時(shí),xl=l,xh=0,下橋臂導(dǎo)通;(5)當(dāng)死區(qū)計(jì)數(shù)器數(shù)值在0ax之間時(shí),xl=0,xh=0,上下橋臂均停頓,形成死區(qū)。2.6體系仿真末了可以按照必要,設(shè)置時(shí)鐘、分頻、死區(qū)時(shí)間等的值。對(duì)方案舉行仿真,設(shè)定三角波頻率為正弦波頻率的5倍,得到的仿真結(jié)果如圖5所示。圖5仿真結(jié)果不雅察圖5的輸出信號(hào)xh,xl,可以看出其脈寬是按正弦紀(jì)律變革的,因此方案滿

9、意要求。2.7濾波模塊由于數(shù)據(jù)網(wǎng)羅歷程中不成制止地存在很多滋擾,有用信息被它們所掩飾,因此必需對(duì)資料舉行進(jìn)步信噪比的數(shù)字濾波處置懲罰。為了進(jìn)步研發(fā)速率,濾波模塊直接接納altera公司的ip核來天生。設(shè)置參數(shù),方案一個(gè)帶通頻率為7.512.5khz的數(shù)字濾波器,接納hanning窗方案布局,使用atlab軟件的數(shù)字濾波方案闡發(fā)東西,可以得到頻率衰減圖如圖6所示。可以看出其帶通結(jié)果顯著,切合體系要求。圖6濾波結(jié)果闡發(fā)圖3體系的應(yīng)用把方案的sp體系應(yīng)用于某公司方案的電磁法儀上,其重要原理就是使用專用裝備向介質(zhì)體發(fā)射一個(gè)電磁場,這種敏捷衰減的磁場在其四周的介質(zhì)中感到出新的二次常使用其原理,該儀器方案

10、了一道發(fā)射道和三道吸收道。圖7(a)是原儀器接納發(fā)射頻率為9.8khz的p波發(fā)射得到的結(jié)果,前四道是濾波前的波形圖,后四道是濾波后的波形圖。圖7結(jié)果比力圖操縱本體系發(fā)射頻率為9.8khz舉行調(diào)試,把發(fā)射道和吸收道的數(shù)據(jù)顛末串口通訊上傳到上位機(jī)上表現(xiàn),波形如圖7(b)所示。發(fā)射道經(jīng)濾波后產(chǎn)生較抱負(fù)的正弦波,產(chǎn)生的三道二次場,比力圖7(a)可以看出其諧波畸變有顯著的削弱。4結(jié)語本文是方案了基于fpga的sp可變頻體系,末了把體系樂成應(yīng)用到電法儀的發(fā)射模塊中。履歷證,該體系穩(wěn)定可靠,比原有的p操縱有較大的改進(jìn)。別的,體系可以按照必要在線修改發(fā)射頻率、死區(qū)時(shí)間等的值,體系更人性化。體系稍加修改,還可應(yīng)

11、用到電機(jī)驅(qū)動(dòng)或變頻電源中。編纂整理參考文獻(xiàn)1楊旭東,張強(qiáng),韓雪晶.sp的fpga實(shí)現(xiàn)要領(lǐng)j.微盤算機(jī)信息,2022,22(12):146-149.2李實(shí),李創(chuàng)社.工程勘探瞬變電磁儀關(guān)鍵技能研究j.煤地步質(zhì)與勘探,2001,29(1):55-58.3田宗勇,姚姚,趙曉鳴.大地電磁波在滬蓉國道地質(zhì)勘探中的應(yīng)用j.長江科學(xué)院院報(bào),2022,24(2):55-57.4李剛,艾良.基于sp的正弦波方案與實(shí)現(xiàn)j.當(dāng)代電子技能,2022,31(13):154-156.5諸江,董金明.基于直接數(shù)字頻率合成的三角載波移相p操縱fpga的方案實(shí)現(xiàn)j.微盤算機(jī)信息,2022,20(10):74-76.6李扶中,熊蕊.一種新型的不合錯(cuò)誤稱規(guī)矩sp采樣法j.電力電子技能,2022,41(4):93-96.7馬駿然,張春熹.基于fpga的直接數(shù)字頻率合成波形產(chǎn)生器j.電