本文關(guān)鍵詞：基于雙核DSP和FPGA的電力電子控制平臺開發(fā)

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【摘要】：隨著電力電子技術(shù)的不斷進步,電力電子開關(guān)器件逐漸由傳統(tǒng)的硅器件轉(zhuǎn)向以碳化硅和氮化鎵為代表的寬禁帶器件。新一代寬禁帶器件具有優(yōu)異的開關(guān)特性,通常工作的開關(guān)頻率較高,這對電力電子控制平臺提出了更高的要求。其不僅要有較高的運算速度和控制精度,還需要大容量的數(shù)據(jù)存儲和高速通信,因此開發(fā)滿足新一代電力電子變換器控制需求的高性能電力電子控制平臺成為當務(wù)之急。本文基于以上需求完成了控制平臺的硬件設(shè)計,采用DSP+FPGA作為控制平臺的硬件架構(gòu)。DSP采用TI公司專門為嵌入式控制設(shè)計的C2000系列的新成員F28M36,該芯片為DSP+ARM雙核架構(gòu),其中DSP內(nèi)核能很好的完成AD采樣、復(fù)雜算法運算和PWM控制等功能,而ARM內(nèi)核可以實現(xiàn)對外通信和中斷管理。FPGA選用Altera公司的MAX10系列,上電瞬間即可工作,負責完成對實時性要求比較高的邏輯判斷,硬件短路保護和復(fù)雜時序控制等功能。本控制平臺采用先進的EDA軟件Cadence設(shè)計,該軟件設(shè)計規(guī)則嚴謹、功能強大,其電路軟件仿真工具能夠?qū)Ω咚僖蕴W(wǎng)、SPI、SSI等高速信號進行信號完整性分析,保證高速信號可靠工作,縮短平臺開發(fā)周期。本論文完成了控制平臺中DSP和ARM內(nèi)核以及FPGA的功能驗證程序編寫,采用VC編寫了基于TCP/IP通訊的上位機程序,使得控制平臺可以與上位機監(jiān)控軟件實時數(shù)據(jù)交換,便于調(diào)試。最后,本論文對所設(shè)計的通用電力電子控制平臺的各項功能進行了實驗驗證,試驗結(jié)果表明控制平臺可以滿足當前電力電子變換器對控制平臺的要求,工作可靠。
【關(guān)鍵詞】：DSP FPGA ARM 控制系統(tǒng) 信號完整性
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273;TM76;TM73
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 課題的背景及其重要意義11-12
• 1.2 控制平臺的架構(gòu)12-13
• 1.3 信號完整性分析13-14
• 1.4 主流PCB設(shè)計軟件及仿真工具比較14-15
• 1.5 本課題的主要工作和論文結(jié)構(gòu)安排15-17
• 2 電力電子控制平臺硬件系統(tǒng)設(shè)計17-33
• 2.1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 DSP控制芯片18-20
• 2.3 FPGA芯片20-21
• 2.4 供電電源模塊21-24
• 2.5 AD采樣調(diào)理電路24-26
• 2.6 電平轉(zhuǎn)換模塊26-27
• 2.7 通信接口模塊27-31
• 2.7.1 RS-232通訊27-28
• 2.7.2 CAN通訊28-29
• 2.7.3 I2C通信29-30
• 2.7.4 以太網(wǎng)通信30-31
• 2.8 本章小結(jié)31-33
• 3 信號完整性設(shè)計與仿真分析33-63
• 3.1 信號完整性仿真33-44
• 3.1.1 信號反射的概念與原理34-35
• 3.1.2 反射的計算35-36
• 3.1.3 解決反射問題的方法36-40
• 3.1.4 各種端接方案的仿真分析40-44
• 3.2 串擾分析與仿真44-52
• 3.2.1 串擾的概念與原理44-46
• 3.2.2 串擾仿真分析46-52
• 3.3 控制系統(tǒng)信號完整性仿真52-63
• 3.3.1 仿真前準備52-54
• 3.3.2 關(guān)鍵信號仿真54-63
• 4 調(diào)試與應(yīng)用軟件開發(fā)63-73
• 4.1 上位機軟件開發(fā)63-66
• 4.1.1 上位機需求分析與實現(xiàn)方法63-64
• 4.1.2 上位機監(jiān)控軟件64-66
• 4.2 FPGA程序開發(fā)66-67
• 4.3 DSP程序開發(fā)67-69
• 4.4 基于LwIP的TCP/IP服務(wù)器程序開發(fā)69-71
• 4.5 本章小結(jié)71-73
• 5 控制平臺實驗與功能驗證73-81
• 5.1 AD采樣模塊測試73-74
• 5.2 通信模塊測試74-75
• 5.3 PWM模塊測試75-76
• 5.4 Ethernet通信測試76-77
• 5.5 上位機測試77-78
• 5.6 本章小結(jié)78-81
• 6 總結(jié)與展望81-83
• 6.1 總結(jié)81
• 6.2 展望81-83
• 參考文獻83-85
• 作者簡歷及攻讀碩士/博士學(xué)位期間取得的研究成果85-89
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集89

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本文編號：896034