使用二極管和晶閘管實現(xiàn)的不控和可控整流器,電流波形畸變給電網(wǎng)注入大量諧波和無功功率,造成嚴(yán)重的電網(wǎng)污染。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,人們開始研究PWM整流技術(shù)。電壓型PWM整流器具有交流側(cè)電流低諧波、高功率因數(shù)、直流電壓輸出穩(wěn)定等諸多優(yōu)點,因此,成為當(dāng)前電力電子領(lǐng)域研究的熱點課題之一。由于PWM整流器具有以上優(yōu)點,在電力系統(tǒng)有源濾波、無功補(bǔ)償、潮流控制、太陽能發(fā)電以及交直流傳動系統(tǒng)等領(lǐng)域,具有越來越廣闊的應(yīng)用前景。本論文對三相PWM整流器進(jìn)行了研究,主要完成以下工作: 首先,對PWM整流器的工作原理做了介紹,給出了三相PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分析了PWM整流器的換流過程,給出了PWM整流器的數(shù)學(xué)模型,對交流側(cè)電感和直流側(cè)電容進(jìn)行了設(shè)計。 其次,對電流滯環(huán)控制、電流PI控制、空間電壓矢量控制三種控制方法分別進(jìn)行了介紹、模型搭建和仿真分析。在直流電壓的控制中加入分段PI控制,使超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差限制在很小的范圍以內(nèi)。在起動過程中串接入限流電阻,使起動電流限定允許范圍以內(nèi)。 最后,在進(jìn)行了以上三種控制方式仿真后,針對電壓空間矢量控制存在的電流誤差問題,采用電流超前給定策略和基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的空間電壓矢量控制策略解決了電流誤差問題。 仿真結(jié)果表明,論文所設(shè)計的三相電壓型PWM整流器實現(xiàn)了高功率因數(shù)運行,實現(xiàn)了直流電壓的穩(wěn)定控制,解決了傳統(tǒng)意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數(shù)低等問題,具有良好的工程實用價值。
上傳時間: 2013-06-16
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交錯并聯(lián)反激變換器具有電路結(jié)構(gòu)簡單,控制方便等優(yōu)點,并且可以實現(xiàn)電氣隔離。但是其升壓比不高,變換器中主開關(guān)管電壓應(yīng)力較大,且工作中開關(guān)管處于硬開關(guān)狀態(tài),限制了變換器的效率。 針對交錯并聯(lián)反激變換器所存在的問題,本文提出了一種新穎的基于耦合電感第三繞組實現(xiàn)的原邊并聯(lián)、副邊并聯(lián)隔離型軟開關(guān)Boost變換器。該變換器繼承了交錯并聯(lián)反激變換器的優(yōu)點,兩個并聯(lián)單元互補(bǔ)工作,分擔(dān)功率損耗,輸出電壓的脈動頻率為主開關(guān)管的兩倍。不同的是,該變換器具有較高的升壓比,變換器中主開關(guān)管的電壓應(yīng)力較小,克服了交錯并聯(lián)反激變換器的問題。在軟開關(guān)方面,變換器使用有源箝位軟開關(guān)電路,使主開關(guān)管與箝位開關(guān)管都實現(xiàn)了零電壓軟開關(guān)動作,提高了變換器的效率與使用壽命。因此,它與交錯并聯(lián)反激變換器相比,更適合于低電壓輸入、高電壓輸出的應(yīng)用變換場合。 在該變換器的基礎(chǔ)上,針對變換器中輸出二極管電壓電流振蕩較大,本文還提出了經(jīng)過改進(jìn)的引入輸出箝位電容的變換器。輸出箝位電容抑制了二極管兩端電壓的振蕩,減小了二極管的電壓應(yīng)力,提高了變換器的效率。 最后,本文通過仿真與實驗驗證了基于耦合電感第三繞組實現(xiàn)的原邊并聯(lián)、副邊并聯(lián)隔離型軟開關(guān)Boost變換器及其改進(jìn)型變換器方案的可行性與合理性。
上傳時間: 2013-05-20
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由于高頻PWM整流器可以提供正弦化低諧波的輸入電流,可控功率因數(shù),及雙向能量流動,因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)側(cè)單電感濾波會帶來一些問題,首先要想得到較好的濾波效果,必須增大電感值,這樣系統(tǒng)的動態(tài)性能會變差,而且成本增加。另外,整流器的功率比較大時,交流側(cè)的濾波的損耗也會增大。為了解決上述問題,本文研究了基于LCL濾波的高頻PWM整流器。在交流側(cè)應(yīng)用LCL 濾波器可以減少電流中的高次諧波含量,并在同樣的諧波要求下,相對純電感型濾波器可以降低電感值的大小,提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。 文章首先對高頻PWM整流器的工作原理做了詳細(xì)的介紹,并對基于L和LCL兩種不同的濾波器,分別在ABC靜止坐標(biāo)系,αβ靜止坐標(biāo)系和dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中建立了數(shù)學(xué)模型。文章中將L濾波的電壓型三相PWM整流器的控制方法應(yīng)用于LCL濾波情況。基于dq軸模型,提出了雙閉環(huán)的控制策略,電流內(nèi)環(huán)采用前饋解耦控制。為了提高電流的跟隨性能,按照典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。為了提高電壓環(huán)的抗干擾性,按照典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計電壓調(diào)節(jié)器。 文章還詳細(xì)討論了LCL濾波器帶來的諧振問題,以及參數(shù)設(shè)計方法,列出了實際系統(tǒng)LCL濾波器參數(shù)的設(shè)計步驟。文章在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下建立了PWM整流器仿真模型對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,按照文章提出的理論設(shè)計的仿真系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。 文章最后基于TMS320LF2407A設(shè)計了整流器裝置的控制系統(tǒng)硬件和軟件,并得到了初步實驗結(jié)果,能滿足控制要求,從而驗證了控制方案的正確性。
上傳時間: 2013-07-01
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三相逆變器作為交流供電電源的主要部分,廣泛地應(yīng)用于電動車、電力設(shè)備、產(chǎn)業(yè)設(shè)備、交通車輛等領(lǐng)域。逆變器的并聯(lián)控制技術(shù)以其廣泛的應(yīng)用前景也得到越來越深入地研究。人們對逆變電源的要求越來越高,高性能、高可靠性的大功率逆變器就是當(dāng)今逆變電源的發(fā)展趨勢之一。提高逆變電源容量主要有兩個途徑,設(shè)計大功率的逆變器和采用逆變器并聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)電源模塊化。 為此,本文以兩臺400kVA組合式三相逆變器為對象,采用全數(shù)字化控制方式,主要研究了大功率三相逆變器的波形控制技術(shù)和并聯(lián)控制技術(shù)。本文圍繞大功率組合式三相逆變器,對其主電路結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、波形控制技術(shù)以及并聯(lián)系統(tǒng)模型、并聯(lián)控制方案進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析和研究。分析了適用于大功率的組合式三相逆變器結(jié)構(gòu),并給出了400kVA組合式三相逆變器的主電路設(shè)計。建立和分析了組合式三相逆變器在ABC、αβ、dq 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。針對大功率組合式三相逆變器,采用在dq 坐標(biāo)系下的三相電壓閉環(huán)統(tǒng)一控制方案。為了使大功率三相逆變器得到較好的輸出電壓波形質(zhì)量,采用PID 瞬時值電壓反饋控制和重復(fù)控制并聯(lián)結(jié)合的控制方案。分析了PID 控制器和重復(fù)控制器的原理,并針對400kVA 三相逆變器的系統(tǒng)性能,給出了相應(yīng)數(shù)字PID 控制器和重復(fù)控制器的設(shè)計。并利用Matlab 建立了系統(tǒng)的仿真模型,給出了理論研究結(jié)果。提出了有效提高系統(tǒng)動態(tài)性能的兩種方法:加負(fù)載電流前饋和動態(tài)過程中強(qiáng)制改變改變調(diào)制比。介紹了大功率三相逆變器的短路限流保護(hù)技術(shù),提出了采用瞬時值限流電路和單獨的軟件限流環(huán)相結(jié)合的方案,保證大功率三相逆變器在短路時自動限流保護(hù)。對兩臺大功率三相逆變器組成的并聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、環(huán)流特性及逆變器的輸出功率進(jìn)行了分析。詳細(xì)分析了輸出阻抗特性不同時,逆變器環(huán)流和輸出功率分配的差異,得出了輸出阻抗對環(huán)流和功率影響的一般規(guī)律。針對大功率三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng),采用基于功率誤差的分散邏輯控制方案。分析了基于功率誤差的分散邏輯控制原理,逆變器輸出功率的檢測和母線信號綜合的脈寬調(diào)制原理。根據(jù)400kVA 三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗特性,采用了無功調(diào)節(jié)輸出電壓幅值和同步鎖相實現(xiàn)相位同步的并聯(lián)控制策略。 本文最后在兩臺400kVA組合式三相逆變器樣機(jī)上得到了實驗驗證。實驗結(jié)果進(jìn)一步驗證了大功率三相逆變器的波形控制和并聯(lián)控制策略有效可行性。
上傳時間: 2013-07-03
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本文致力于可并聯(lián)運行的斬控式單相交流斬波變換器的研究。交交變換技術(shù)作為電力電子技術(shù)一個重要的領(lǐng)域一直得到人們的關(guān)注,但大都將目光投向AC-DC-AC兩級變換上面。AC/AC直接變換具有單級變換、功率密度高、拓?fù)渚o湊簡單、并聯(lián)容易等優(yōu)勢,并且具有較強(qiáng)擴(kuò)展性,故而在工業(yè)加熱、調(diào)光電源、異步電機(jī)啟動、調(diào)速等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。斬控式AC/AC 電壓變換是一種基于自關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)器件及脈寬調(diào)制控制方式的新型交流調(diào)壓技術(shù)。 本文對全數(shù)字化的斬控式AC/AC 變換做了系統(tǒng)研究,工作內(nèi)容主要有:對交流斬波電路的拓?fù)浼捌銹WM方式做了詳細(xì)的推導(dǎo),著重對不同拓?fù)涞乃绤^(qū)效應(yīng)進(jìn)行了分析,并且推導(dǎo)了不同負(fù)載情況對電壓控制的影響。重點推導(dǎo)了單相Buck型變換器和Buck-Boost 變換器的拓?fù)淠P停蜗嘞到y(tǒng)的拓?fù)溟_關(guān)模式推導(dǎo)到三相的情況,然后分別對單相、三相的情況進(jìn)行了Matlab仿真。建立了單相Buck 型拓?fù)涞拈_關(guān)周期平均意義下的大信號模型和小信號模型,指導(dǎo)控制器的設(shè)計。建立了適合電路工作的基于占空比前饋的電壓瞬時值環(huán)、電壓平均值環(huán)控制策略。在理論分析和仿真驗證的基礎(chǔ)上,建立了一臺基于TMS320F2808數(shù)字信號處理器的實驗樣機(jī),完成樣機(jī)調(diào)試,并完成各項性能指標(biāo)的測試工作。
上傳時間: 2013-04-24
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開關(guān)電源以其效率高、功率密度高在電源領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。開關(guān)電源多數(shù)是通過整流器與電力網(wǎng)相接的,經(jīng)典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個非線性電路,其輸入電流波形呈脈沖狀,交流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)很低,在電網(wǎng)中會產(chǎn)生大量的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng),成為電力公害。開關(guān)電源己成為電網(wǎng)最主要的諧波源之一。因此,進(jìn)行網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正成為目前研究的熱點之一。目前研究和應(yīng)用得較多的高功率因數(shù)變換器要用兩級:DC/DC開關(guān)變換器串聯(lián)。這種電路的最大缺點是需要多個元器件、成本高、效率低,尤其在中小功率場合應(yīng)用時很不經(jīng)濟(jì)。現(xiàn)在國內(nèi)外正在開發(fā)研究單級功率因數(shù)校正電路,具有很高的功率因數(shù)且成本低。因而研究單級功率因數(shù)校正及變換技術(shù)對抑制諧波污染、開創(chuàng)綠色電源以及實現(xiàn)當(dāng)今開關(guān)電源的小型輕量化具有重大意義。 近年來隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,人們對開關(guān)電源的需求與日俱增,開關(guān)電源。PFC(Power Factor Correction)集成控制器己成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽產(chǎn)業(yè)。隨著開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用,開關(guān)電源PFC集成控制器顯示出了強(qiáng)大的生命力,它具有集成度高、性價比高、外圍電路簡單和性能指標(biāo)優(yōu)良等優(yōu)點,現(xiàn)已成為開發(fā)各類電源及開關(guān)電源模塊的優(yōu)選集成電路。 本文首先闡述了電網(wǎng)污染的危害、功率因數(shù)的定義,總結(jié)了各種功率因數(shù)校正變換器的典型拓?fù)洌瑢Ω鞣N拓?fù)涞奶攸c、應(yīng)用場合及控制方法作了比較分析,著重詳細(xì)介紹了反激拓?fù)涞墓β室驍?shù)校正變換器的應(yīng)用及優(yōu)缺點。最后采用功率因數(shù)校正芯片SA7527進(jìn)行了一個小功率電源的功率因數(shù)校正的設(shè)計,用實驗驗證了該設(shè)計的可行性,結(jié)果顯示功率因數(shù)能達(dá)到0.95左右,達(dá)到了較好的功率因數(shù)校正效果。
標(biāo)簽: 開關(guān)電源 功率因數(shù)校正
上傳時間: 2013-06-30
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隨著國內(nèi)交流伺服電機(jī)等硬件技術(shù)逐步成熟,高運算能力的控制芯片與電機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合,具有高效、節(jié)能和可移植性好等特點,這樣使得交流伺服系統(tǒng)成為現(xiàn)代電機(jī)伺服驅(qū)動系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設(shè)計了交流永磁電機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)。針對三相永磁同步電機(jī)的物理方程,通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立轉(zhuǎn)矩方程,采用Id=0的矢量控制策略,建立一套完整的全數(shù)字交流位置伺服控制系統(tǒng)。 硬件方面,采用的是瑞薩公司專用電機(jī)控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片,并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實現(xiàn)功率驅(qū)動,簡化了系統(tǒng)電路,縮小了系統(tǒng)的體積,提高了系統(tǒng)的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流;由增量式磁性編碼器檢測永磁轉(zhuǎn)子位置,并設(shè)計一種比較快速的轉(zhuǎn)子初始檢測方法。 軟件方面,采用結(jié)構(gòu)化語言C和單片機(jī)M16C匯編語言混編,實現(xiàn)了單片機(jī)初始化、三環(huán)控制、電流跟隨型PWM控制,提高編寫代碼的效率,同時保證系統(tǒng)的實時控制性能;由軟件方式實現(xiàn)經(jīng)典PID控制和簡單模糊控制相結(jié)合構(gòu)成“串聯(lián)校正”閉環(huán)控制系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的快速性和抗干擾能力。此外,本文對控制策略進(jìn)行了研究,闡述了模糊PID控制策略;還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調(diào)制。 實驗結(jié)果表明,本文所設(shè)計的伺服控制系統(tǒng)能實現(xiàn)電機(jī)的啟動,調(diào)速和定位等,并能達(dá)到系統(tǒng)的性能指標(biāo)。
標(biāo)簽: 位置伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間: 2013-05-19
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隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,開關(guān)電源的小型化、高頻化成為趨勢,其中各個部分工作時的電磁干擾問題也越來越嚴(yán)重,因此開關(guān)電源的電磁兼容性也越來越引起人們的重視。目前,軟開關(guān)技術(shù)因其能減少開關(guān)損耗和提高效率,在開關(guān)電源中應(yīng)用越來越廣泛。本文的主要目的是針對開關(guān)電源中的電磁干擾進(jìn)行分析,研究軟開關(guān)技術(shù)對電磁干擾的影響,并且提出一種抑制共模干擾的濾波方法。 本文首先介紹了電磁兼容的定義、開關(guān)電源EMI的特點,論述了開關(guān)電源中EMI的研究現(xiàn)狀。從電磁干擾的三要素出發(fā),介紹了開關(guān)電源中電磁干擾的干擾源和干擾的耦合通路。分析了電感、電容、高頻變壓器等器件的高頻特性,并介紹了線性阻抗穩(wěn)定系統(tǒng)(LISN)的定義和作用。在了解了軟開關(guān)基本概念的基礎(chǔ)上,本文以全橋變換器為對象,介紹了移相全橋ZVS的工作原理,分析了它在實現(xiàn)過程中對共模干擾的影響,并在考慮IGBT寄生電容的情況下,對其共模干擾通道進(jìn)行了分析。然后以UC3875為核心,設(shè)計了移相全橋ZVS的控制電路和主電路,實現(xiàn)了軟開關(guān)。為了對共模干擾進(jìn)行抑制,本文提出了一種新型的有源和無源相結(jié)合的EMI濾波器,即無源部分采用匹配網(wǎng)絡(luò)法,將阻抗失配的影響降到最低;有源部分采用前饋控制,對共模電流進(jìn)行補(bǔ)償。 針對以上提出的問題,本文通過Saber軟件對移相全橋ZVS進(jìn)行了仿真,并和硬開關(guān)條件下的傳導(dǎo)干擾進(jìn)行了比較,得出了在高頻段,ZVS的共模干擾小于硬開關(guān),在較低頻段改善不大,甚至更加嚴(yán)重,而差模干擾有較大衰減的結(jié)論。通過對混合濾波器進(jìn)行仿真,取得了良好的濾波效果,和傳統(tǒng)的無源EMI濾波器相比,在體積和重量上都有一定優(yōu)勢。
標(biāo)簽: EMI 開關(guān)電源 模
上傳時間: 2013-05-28
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超聲波電源廣泛應(yīng)用于超聲波加工、診斷、清洗等領(lǐng)域,其負(fù)載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負(fù)載,因此換能器與發(fā)生器之間需要進(jìn)行阻抗匹配才能工作在最佳狀態(tài)。串聯(lián)匹配能夠有效濾除開關(guān)型電源輸出方波存在的高次諧波成分,因此應(yīng)用較為廣泛。但是環(huán)境溫度或元件老化等原因會導(dǎo)致?lián)Q能器的諧振頻率發(fā)生漂移,使諧振系統(tǒng)失諧。傳統(tǒng)的解決辦法就是頻率跟蹤,但是頻率跟蹤只能保證系統(tǒng)整體電壓電流同頻同相,由于工作頻率改變了而匹配電感不變,此時換能器內(nèi)部動態(tài)支路工作在非諧振狀態(tài),導(dǎo)致?lián)Q能器功率損耗和發(fā)熱,致使輸出能量大幅度下降甚至停振,在實際應(yīng)用中受到限制。所以,在跟蹤諧振點調(diào)節(jié)逆變器開關(guān)頻率的同時應(yīng)改變匹配電感才能使諧振系統(tǒng)工作在最高效能狀態(tài)。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數(shù)存在的缺點,本文應(yīng)用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型,證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規(guī)律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關(guān)系動態(tài)選擇換能器匹配電感的方法。經(jīng)過分析比較,選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感,通過改變電抗控制度調(diào)節(jié)電抗值。并給出了實現(xiàn)這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設(shè)計出實現(xiàn)這一原理的超聲波逆變電源。實驗結(jié)果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現(xiàn)電抗值隨電抗控制度線性無級可調(diào),由于該電抗器輸出正弦波,理論上沒有諧波污染。具體采用復(fù)合控制策略,穩(wěn)態(tài)時,換能器工作在DPLL鎖定頻率上;動態(tài)時,逐步修改匹配電抗大小,搜索輸出電流的最大值,再結(jié)合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現(xiàn)功率連續(xù)可調(diào)。該超聲波換能系統(tǒng)能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率,即使頻率發(fā)生漂移系統(tǒng)仍能保持工作在最佳狀態(tài),具有實際應(yīng)用價值。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著我國工業(yè)化進(jìn)程加快,各種電力負(fù)荷迅速增加,造成了電網(wǎng)無功功率消耗增加,使電能的傳輸和利用效率降低,電能質(zhì)量中的無功功率補(bǔ)償問題變得越來越重要。靜止無功發(fā)生器(STATCOM)作為柔性交流輸電系統(tǒng)的重要裝置之一,是無功功率補(bǔ)償發(fā)展的趨勢。 論文首先介紹并比較了現(xiàn)有的無功補(bǔ)償裝置,分析了STATCOM相對于其他無功補(bǔ)償裝置的優(yōu)越性。總結(jié)了STATCOM的間接電流控制和直接電流控制兩種控制方式,并對兩種控制方式所衍生的幾種控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,說明了其控制原理。 詳細(xì)討論了直接電流控制的幾種控制結(jié)構(gòu),并建立了相應(yīng)的仿真模型,進(jìn)行了仿真和比較分析。研究了它們在穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能上的優(yōu)缺點。其中重點討論了采用空間電壓矢量調(diào)制方法(SVPWM)跟蹤給定電壓矢量,來控制STATCOM的電流產(chǎn)生,并且采用直流側(cè)電壓可變給定。仿真結(jié)果證明此種方法具有直流側(cè)電壓利用率高、降低功率器件的開關(guān)損耗、適應(yīng)電網(wǎng)電壓不對稱的環(huán)境的優(yōu)點。 介紹了基于FPGA和DSP硬件開發(fā)平臺設(shè)計方法。對FPGA的控制軟件編程設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)討論,其中重點討論了應(yīng)用DSP builder。工具箱實現(xiàn)全數(shù)字三相鎖相環(huán)和SVPWM控制模塊的方法。
標(biāo)簽: STATCOM 控制 系統(tǒng)研究
上傳時間: 2013-04-24
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