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基于FPGA的SPWM 变频系统设计

摘 要:为减少电磁法仪发射和接收波的谐波畸变率,以fpga为控制核心,设计了灵活的sp(正弦脉宽调制)变频系统。系统根据sp自然采样法原理,利用硬件描述语言设计了正弦波调制模块,利用数字滤波器消除系统干扰。将系统用来控制电磁法仪器中发射机的发射,发射的数据经滤波后传到上位机上显示,得到更稳定的正弦波信号,大大减少了谐波畸变率。
  关键词:fpga;sp;电磁法;发射机
  中图分类号:tp316文献标识码:a
  文章编号:1004-373x(2010)01-180-03
  
  design f sp inverter syste based n fpga
  huang yun,yang zunxian
  (fuzhu university,fuzhu,350002,hina)
  abstrat:fr reduing the harni distrtin rate f transitting and reeiving ave f eletragneti,a syste f sp based n fpga is designed.the syste in ardane ith the priniple f natural sapling f sp,using hardare desriptin language t design sinusidal dulatin dule,using digital filters t eliinate interferene.after filtering,data is transitted t p,a steady sine ave signal is shed,the harni distrtin rate is redued greatly.
  keyrds:fpga;sp;eletragneti instruent;transitter
  
  0 引 言
  
  由于脉宽调制技术是通过调整输出脉冲的频率及占空比来实现输出电压的变压变频效果,所以在电机调速、逆变器等众多领域得到了日益广泛的应用[1]。
  而电磁法作为一种地球物理探测的有效方法,已经广泛地应用于矿藏勘探、地质灾害预测等领域。电磁法仪一般包括发射机和接收机两大部分[2,3]。现阶段,电磁法仪器的发射机部分一般直接采用等宽p技术,其电流谐波畸变率较大,电压利用率不高,效率很低[4,5]。
  本文利用fpga技术,根据sp自然采样法原理,设计了应用于电磁法仪的发射机的sp系统。该系统应用到现有的电磁法仪器中,与原来的p产生的效果进行比较,得到良好的效果。
  
  1 sp技术原理
  
  sp信号的原理为:用一组等腰三角形波与一个正弦波比较,其交点作为开关管“开”或“关”的时刻[6,7]。产生sp 信号有多种方法,如谐波消去法、等面积法、采样法等[8,9]。
  利用正弦波和等腰三角形的交点时刻决定开关管的开关模式,这种方法称为自然采样法。其可以分为单极性三角波调制法和双极性三角波调制法,其原理图如图1所示。本文采用的是双极性调制法。
  图1 三角波调制法原理图
  
  2 sp系统的硬件实现
  
  2.1 系统整体设计
  系统原理如图2所示。系统先生成三角波信号和正弦波信号,通过两者输出的比较产生脉冲序列,并对输出的脉冲进行死区延时、数字滤波等处理。主要模块有:分频器、三角载波发生器、正弦函数表寻址、正弦函数表、死区时间延时模块和数字滤波模块等。
  图2 系统原理图
  2.2 三角载波发生器
  本设计中通过加减计数器来产生载波三角波,三角波的幅值取256。先从0开始计数到256,再从256减数到0,得到半个周期的三角载波,然后重复前半周期的计数方式,对得到的计数值取负,这样就可以得到一个周期的三角载波。
  图3是三角载波模块的仿真图。可通过设定triavefp的值来实现三角波的分频,当系统时钟为10 hz时,图3(a)设triavefp为0,此时三角波周期为102.4 μs;图3(b)设triavetp为1,其周期变为204.8 μs。通过改变triavefp的取值,可以得到不同频率的载波。
  图3 三角波模块仿真图
  2.3 正弦波发生器
  本设计利用atlab软件工具,把正半周期的正弦波512等分后,把数据存入r中。调用r中的数据,即可实现正半周期正弦波。再对正半周期取反,即可得到负半周期的值。本设计为了使得到的脉冲宽度可调,加上了正弦幅度相乘调节模块,其模块原理图如图4所示。

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基于FPGA的SPWM 变频系统设计

摘 要:为减少电磁法仪发射和接收波的谐波畸变率,以fpga为控制核心,设计了灵活的sp(正弦脉宽调制)变频系统。系统根据sp自然采样法原理,利用硬件描述语言设计了正弦波调制模块,利用数字滤波器消除系统干扰。将系统用来控制电磁法仪器中发射机的发射,发射的数据
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