基于双核DSP和FPGA的电力电子控制平台开发

发布时间：2017-09-21 18:01

  本文关键词：基于双核DSP和FPGA的电力电子控制平台开发

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【摘要】：随着电力电子技术的不断进步,电力电子开关器件逐渐由传统的硅器件转向以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带器件。新一代宽禁带器件具有优异的开关特性,通常工作的开关频率较高,这对电力电子控制平台提出了更高的要求。其不仅要有较高的运算速度和控制精度,还需要大容量的数据存储和高速通信,因此开发满足新一代电力电子变换器控制需求的高性能电力电子控制平台成为当务之急。本文基于以上需求完成了控制平台的硬件设计,采用DSP+FPGA作为控制平台的硬件架构。DSP采用TI公司专门为嵌入式控制设计的C2000系列的新成员F28M36,该芯片为DSP+ARM双核架构,其中DSP内核能很好的完成AD采样、复杂算法运算和PWM控制等功能,而ARM内核可以实现对外通信和中断管理。FPGA选用Altera公司的MAX10系列,上电瞬间即可工作,负责完成对实时性要求比较高的逻辑判断,硬件短路保护和复杂时序控制等功能。本控制平台采用先进的EDA软件Cadence设计,该软件设计规则严谨、功能强大,其电路软件仿真工具能够对高速以太网、SPI、SSI等高速信号进行信号完整性分析,保证高速信号可靠工作,缩短平台开发周期。本论文完成了控制平台中DSP和ARM内核以及FPGA的功能验证程序编写,采用VC编写了基于TCP/IP通讯的上位机程序,使得控制平台可以与上位机监控软件实时数据交换,便于调试。最后,本论文对所设计的通用电力电子控制平台的各项功能进行了实验验证,试验结果表明控制平台可以满足当前电力电子变换器对控制平台的要求,工作可靠。
【关键词】：DSP FPGA ARM 控制系统 信号完整性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TM76;TM73
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 课题的背景及其重要意义11-12
• 1.2 控制平台的架构12-13
• 1.3 信号完整性分析13-14
• 1.4 主流PCB设计软件及仿真工具比较14-15
• 1.5 本课题的主要工作和论文结构安排15-17
• 2 电力电子控制平台硬件系统设计17-33
• 2.1 控制系统总体结构17-18
• 2.2 DSP控制芯片18-20
• 2.3 FPGA芯片20-21
• 2.4 供电电源模块21-24
• 2.5 AD采样调理电路24-26
• 2.6 电平转换模块26-27
• 2.7 通信接口模块27-31
• 2.7.1 RS-232通讯27-28
• 2.7.2 CAN通讯28-29
• 2.7.3 I2C通信29-30
• 2.7.4 以太网通信30-31
• 2.8 本章小结31-33
• 3 信号完整性设计与仿真分析33-63
• 3.1 信号完整性仿真33-44
• 3.1.1 信号反射的概念与原理34-35
• 3.1.2 反射的计算35-36
• 3.1.3 解决反射问题的方法36-40
• 3.1.4 各种端接方案的仿真分析40-44
• 3.2 串扰分析与仿真44-52
• 3.2.1 串扰的概念与原理44-46
• 3.2.2 串扰仿真分析46-52
• 3.3 控制系统信号完整性仿真52-63
• 3.3.1 仿真前准备52-54
• 3.3.2 关键信号仿真54-63
• 4 调试与应用软件开发63-73
• 4.1 上位机软件开发63-66
• 4.1.1 上位机需求分析与实现方法63-64
• 4.1.2 上位机监控软件64-66
• 4.2 FPGA程序开发66-67
• 4.3 DSP程序开发67-69
• 4.4 基于LwIP的TCP/IP服务器程序开发69-71
• 4.5 本章小结71-73
• 5 控制平台实验与功能验证73-81
• 5.1 AD采样模块测试73-74
• 5.2 通信模块测试74-75
• 5.3 PWM模块测试75-76
• 5.4 Ethernet通信测试76-77
• 5.5 上位机测试77-78
• 5.6 本章小结78-81
• 6 总结与展望81-83
• 6.1 总结81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-85
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果85-89
• 学位论文数据集89

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本文编号：896034