是时序电路，含有存储元件，经过实践，人们发现在数字电路当中并不是所有的基本门都是必需的，其中，用单一的基本门——与非门也可以构建成其它的基本门；任何的组合逻辑都是可以通过“与或”这种逻辑关系来组合，即任何组合电路都可用门.或门这种二级电路实现；同样，任何时序电路都可以由组合电路加上存储元件（RAM、锁存器、触发器等）构成。由此，人们提出一种可编程电路结构，即乘积项逻辑可编程结构，其原理结构如图1.2[3]。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 输入···输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路输出···
图1.2 基本PLD器件的原理结构图
“与-或”结构组成的PLD器件功能比较简单，此后又从ROM的工作原理、
地址信号与输出数据间的关系以及ASIC的们阵列法中获得启发，构造除了另一种可编辑的逻辑结构，即SRAM查找表的可编程逻辑构建方式。此类可编程逻辑的逻辑函数发生是采用了RAM“数据”查找方式，并使用多个查找表构成了一个查找表阵列，成为可编程们阵列（PGA），随着可编程器件的规模不断扩大，随着发展FPGA也就应运而生
[3][4]
。谚辞調担鈧谄动禪泻類。 现今，实现空间矢量控制主要采用的芯片是TI公司生产的DSP芯片，其独
特的结构为空间矢量控制提供了一个较好的硬件平台。但是，DSP芯片实现空间矢量控制当中仍然有它的不足之处。FPGA与DSP相比有以下几个特点：嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 (1)DSP只能产生固定6路或者12路的PWM波，FPGA只要硬件资源足够则可
产生多路PWM；
(2)DSP需要占用CPU资源，而FPGA以其独特的结构特点硬件实现功能； (3)纯硬件并行处理，可靠性高，速度快； (4)设计灵活，可任意定制硬件。
所以，对于完成一些单一的运算过程或者功能，FPGA能够在几个时钟周期内完成，实时控制上完全能够满足性能要求，在一些大型系统的应用当中，完全能担任各种固定不变的功能，在一些多微机相互配合使用的大型系统应用中，使用FPGA来完成功能还能够为其他微机节省CPU资源，所以基于FPGA的SVPWM的算
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法的实现具有一定的前景。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 1.3 本文研究内容
对于现今已有的多种SVPWM的实现算法中，在保证完全能正常工作的前提下
选取一种运算量较小，便于数字实现，便于FPGA实现的算法。本文所采取的算法主要是通过了前人的验证和大量资料的搜集以确保算法可行，其中所需要的算法主要有恒压频比、坐标变换、导通持续时间计算、扇区计算，PWM信号发生等，其中PWM信号发生则主要采用七段式的开关模式进行矢量合成以达到减少谐波的目的。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
在FPGA的软件编程实现过程中，在保证性能的前提下，尽可能地提高硬件
资源的利用率。由于FPGA主要是消耗硬件资源来完成各项功能，所以提高硬件资源的利用率是必要的一个环节。在各模块的设计当中，文中主要采用Mealy型状态机的结构，在运算编写当中，使用移位求和的方法代替乘法、除法运算。
纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 在软件编程过程中，充分利用现有的软件资源，通过软件仿真验证等方法减
少软件开发周期。文中主要采用Altera公司的Modelsim Altera 这款仿真软件对所编写的软件进行功能仿真，先在软件上进行软件仿真确保无误后才进行硬件调试，提高设计效率。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
完成软件设计后进行有效可靠的硬件验证，文中将输出的PWM信号接入一个
低通RC滤波电路，通过滤波电路滤波后的波形观察间接地检验软件编写的正确性。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 2 空间矢量控制
本章内容主要是叙述了SVPWM（空间矢量）控制的基本原理和相对应的算法其中逆变器的开关电压矢量合成参考电压空间矢量的过程将会在本章节的内容有详细的讲解和推导。本章中还给出了具体的几何数学关系、公式等都将会详细给出，有了这些公式作为我们下一章节所讲述的软件实现提供一个理论基础。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 2.1 空间矢量控制基本原理 2.1.1空间矢量的定义
交流电机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化，但如果考虑到
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它们所在绕组的空间位置，我们建立一个空间坐标轴则可以将电压、电流磁链等定义为空间矢量[2]。如图2.1：挤貼綬电麥结鈺贖哓类。 Burefω1UbAUaUcC
图2.1 电压空间矢量合成图
A，B,C分别表示在空间静止的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间中互差2π/3，三相定子正弦波相电压UA,UB,UC分别加在三相绕组上。可以定义三个定子电压空间矢量Ua，Ub,Uc使它们的方向始终位于各相绕组的轴线上，而其幅值则随时间按正弦规律脉动，时间相位相互错开的角度也是2π/3。与电机原理中三相脉动磁动势相加后产生旋转磁动势相仿，就可以证明，三相定子电压空间矢量相加的合成得空间矢量uref是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，其幅值是每相电压值的3/2倍。其中合成矢量uref以电源角频率ω1为电气角速度作恒速旋转[2]。用公式表示，则有:赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 uref?Ua?Ub?Uc (2.1)
与定子电压空间矢量相仿，可以定义定子电流和磁链的空间矢量Iref和Ψref。 2.1.2电压与磁链空间矢量的关系
当三相异步电机的三相对称定子绕组由三相平衡正弦电压供电时，对每一相都可以写出电压平衡方程式，三相电压平衡方程式相加，即得用合成空间矢量表示定子电压方程式为:塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 uref?RrefIref?式中 uref 定子三相电压合成空间矢量； 式中Iref 定子三相电流合成空间矢量；
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d?refdt (2.2)
式中Ψref 定子三相磁链合成空间矢量。
当电动机转速不是很低时，定子电阻压降很小，可忽略不计，所以定子合成磁链空间矢量的近似关系为：
uref?d?refdt (2.3)
当电机由三相平衡正弦电压供电时，电机定子磁链的幅值恒定，其在空间中以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（简称为磁链圆）。这样定子磁链旋转矢量可用下式表示：裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。 ?ref??mej?t
1
(2.4)
其中，Ψm是磁链Ψref的幅值，ω1为其旋转角速度。 由式2.3和式2.4可得：
uref?j（?1t+）dj?1tj?1t2?(?me)?j??=?? (2.5) 1me1medt当磁链幅值Ψm一定时，uref的大小与ω1（或电压频率f1）成正比，其方向则与磁链矢量Ψref正交，即磁链圆的切线方向，如图2.2所示：仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。 ψrefurefuref
图2.2 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹
ω1当磁链矢量Ψref在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动了2πrad，其轨迹与磁链圆重合。这样，我们可以看到电机旋转磁场的问题就转化为电压矢量旋转的问题[2]。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。 2.1.3六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场
在常规的PWM变压变频调速系统当中，三相异步电动机由六拍阶梯波逆变器
供电时，电压并不是三相正弦电压，那么，电压空间矢量如图2.3：骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 2 8
u4u5Ψ6Ψ1u6Ψ4OΨ5u3Ψ3ΔΨ2u2Ψ2u1ΔΨ1
图2.3 六拍阶梯波逆变器供电电压矢量
可以从图中看到，六拍的阶梯波逆变器电压矢量在空间坐标轴上所产生的磁链增量将会形成一个封闭的正六边形，所以在电机运行过程当中会在空间中产生脉动的转矩。如果我们分析其开关矢量，如图2.4，取上桥臂开关VT1、VT3、VT5导通时取1，下桥臂VT4、VT6、VT2导通时取0可得8种开关状态，而8种开关状态形成图2.5中的开关矢量[2]。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 010u3110u2VT1UdcABVT3VT5u0114u8000u7111NCVT2u1100VT4VT6u5u6101
图2.4 三相逆变器示意图
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图2.5 各开关合成矢量
其中111、000这两种开关模式所形成的电压矢量为0，其余开关状态形成的矢量相互间隔隔π/3。开关状态的合成矢量原理如图2.6：鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。 Bucuau1AubC
图2.6 开关合成矢量
我们以100这种开关模式为例，如图2.4取N点为电压参考点，VT1导通，
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基于FPGA的SVPWM算法的实现毕业论文
