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基于FPGA的混合脉宽调制策略研究
| 论文题名： | 基于FPGA的混合脉宽调制策略研究 |
| 关键词： | 动力列车;牵引供电;谐波抑制;脉宽调制 |
| 摘要： | 随着科技水平的提高，高铁、动车等城轨列车逐渐成为了人们出行的主要交通工具，其舒适性和便捷性充分满足了人们的需求，因此轨道交通在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。而牵引脉宽调制策略作为轨道交通技术的核心技术之一，其性能的优劣将直接关系到系统的稳定性、安全性和舒适性。本文依托于“十二五”国家科技支撑计划重点项目“混合动力动车组关键技术研究与典型样车研制”和联合基金项目“高速铁路电力牵引系统的安全性预测与控制”(U1134204)，针对轨道交通上牵引脉宽调制技术展开研究，提出一套基于FPGA的混合脉宽调制策略，并通过大量仿真和实验验证了该调制策略的可行性。 本文针对脉宽调制技术的基本原理与性能进行研究。分析了中间60°SPWM、特定次谐波消除脉宽调制(Selected Harmonic Minimum PWM，SHEPWM)和电流谐波最优脉宽调制(Current Harmonic Minimum PWM，CHMPWM)三种适用于中高频段的脉宽调制的基本原理，并给出了开关角的计算方法。从实现方式、电流谐波、转矩脉动三个角度对CHMPWM进行分析，并分别同过调制、中间60°SPWM、SHEPWM进行对比，得出CHMPWM具有电流谐波性能好、转矩脉动小的结论，进而提出了一套混合脉宽调制策略方案。针对混合脉宽调制策略中的平滑过渡问题进行分析。阐述了保证平滑过渡需满足的基本原则，主要包括切换时刻的基波连续和谐波含量突变小两个方面。通过对比FPGA与DSP在实现混合脉宽调制时各自的优缺点，指出FPGA的高速特性优势可保证基波连续。通过对比CHMPWM与SHEPWM在平滑过渡时的输出特性，指出CHMPWM具有切换时刻谐波含量不会发生较大突变的优势。并在MATLAB仿真平台对基于FPGA的混合脉宽调制策略进行仿真验证。针对混合脉宽调制策略的数字实现方法进行详细分析。综合分析了异步SPWM、同步SPWM及CHMPWM在FPGA中的数字实现机理，并对混合脉宽调制策略的FPGA设计进行深入探索，最后利用仿真软件对该FPGA设计进行仿真，仿真结果证明了理论分析的正确性。搭建了混合动力动车组地面实验平台，在此平台上对基于FPGA的混合脉宽调制进行实验验证。实验结果与理论分析一致，验证了本文提出的基于FPGA的混合脉宽调制策略的正确性和有效性。 |
| 作者： | 黄绍亮 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 刁利军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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