[发明专利]间接矩阵变换器预电流控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电力变换器控制领域，涉及一种间接矩阵变换器预电流控制系统。

背景技术

预电流控制是一种非线性的控制方法，具有理解上的直观性，反应速度快，实现多目标控制等优点，早被应用于结构简单的电力变换器的调制与控制中。但是，由于间接矩阵变换器拓扑结构复杂，开关数量多，近几年随着数字控制器的快速发展，预电流控制的应用才拓展到间接矩阵变换器的控制中。该策略对实时性要求高，计算负担重，控制过程复杂，所以它的数字实现是一项艰难研究课题。

目前，间接矩阵变换器预电流控制系统主要基于快速高性能的数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)。文献“Control of a Matrix Converter With Imposed Sinusoidal Source Currents.IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.59,no.4,pp.1939-1949,Apr.2012”采用TMS320C6713DSP作为主控制器，负责实现大量的计算和复杂的控制，而将FPGA作为辅助控制器，实现简单的换流逻辑。文献“Predictive Current Control of an Induction Machine Fed by a Matrix Converter With Reactive Power Control.IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.55,no.12,pp.4362-4371,Dec.2008”甚至采用dSPACE公司的快速原型平台dS1103作为主控制器，同样将FPGA作为辅助控制器，实现简单的换流逻辑。然而，这些快速的DSP往往价格昂贵，灵活性差，给间接矩阵变换器预电流控制系统在工业中的应用和发展带来了阻碍。这两篇文献忽略了FPGA的处理能力，浪费了FPGA的资源。FPGA具有并行处理能力，在需要大量计算和实现复杂控制方面具有更好的优势。再者，常见的FPGA价格低廉，并且足以应对间接矩阵变换器预电流控制系统的实现要求。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有间接矩阵变换器预电流控制系统成本过高的不足，提出一种以FPGA作为主控制器的控制系统，在降低成本的同时增加灵活性，使复杂的控制策略变得易于实现。

本发明的控制系统包括两个控制器，分别是作为主控制器的FPGA和辅助控制器的DSP；DSP负责采集间接矩阵变换器输入输出电压和电流信号，计算作为控制目标的参考值和输入扇区，然后将采集结果，计算结果和同步信号传递给FPGA；FPGA根据来自DSP的输入信号，实现间接矩阵变换器的预电流控制，最终输出期望的开关信号。两个控制器通过数字I/O口单向通信，通信线包括12位数据总线和3位控制线。

DSP使用内嵌的ADC模块，该模块共有16个转换通道，每两个通道共同采集一个电压或电流信号采集信号，间接矩阵变换器中8个输入输出电压和电流信号通过ADC模块采集，如表1所示。被采集的信号与ADC模块通道的连接如表2所示，其中v_sa和v_sb分别是a相和b相电源电压，v_ia和v_ib分别是a相和b相输入电压，i_sa和i_sb分别是a相和b相电源电流，i_oA和i_oB分别是A相和B相输出电流。

表1DSP与FPGA之间通信接口

表2被采集信号与ADC模块接口对应关系