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1、可编程逻辑器件实验报告学号：xxxxxxxx班级：xxxxxxx姓名：xxx日期：xxxxxx可编程逻辑器件进展现状,应用前端技术现代电气传动技术的发展得益于电力电子技术、自动控制技术和微电子技术的发展,现代全控开关型电力电子器件制造技术的进步和PWM技术的产生使处于调速系统中的电机电流谐波减小、转矩脉动降低、电机运行效率和调速性能提高;而现代控制理论的发展为进一步改善电机调速性能提供了有利条件,出现了标志现代交流调速理论的矢量控制和直接转矩控制,使感应电机的调速性能可以和直流电机媲美;然而,10多年的研究经验告诉我们,优越的调速性能是需要强有力的微电
2、子技术(以往主要是高速CPU)发展来保障的,先进的控制算法加上高速的计算处理能力才能使交流调速系统性能得到满足。近年来发展起来的超大规模可编程逻辑芯片,由于其灵活的可编程能力、快速的并行信号处理方式、足够多的内部资源、无复位问题和程序跑飞的困扰等,使其在电气传动领域中获得了广泛应用。可编程逻辑器件的发展已经经历了几十年,以往由于其内部拥有的资源太小,并未引起轰动,然而近几年随着芯片制造技术的发展,可编程逻辑芯片已从原来的十几门逻辑发展到万门、几十万门、甚至百万门,其应用面变得越来越广泛,目前已广泛应用于通讯、电了、电力、军事、仪器仪表、影视等各个高科技
3、研发领域和产品中。目前,超大规模可编程逻辑器件主要分为两大类:复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammingLogicDevice,CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)。CPLD内部结构与以往简单的PLD器件(如PAL或GAL)类似,只是容量比PLD高,一般采用EPROM、EEPROM或FLASH结构,其内部逻辑块大,特别适合控制逻辑、译码逻辑、时序逻辑的应用。FPGA的内部结构与CPLD截然不同,它是由许多微小的逻辑块阵列组成,各个逻辑块阵列四周被I/O块包围,通过编程方式将这些微小的逻辑块连接起来,从而实现各种复杂的逻辑运算,因此FP
4、GA具有逻辑单元小、密度高、数据通道资源丰富、寄存器多等特点,特别适合于复杂的逻辑运算,通常FPGA的容量也比CPLD大。现代电气传动控制是建立在电力电子变流技术的基础上,而电力电子变流技术都是通过对功率器件的开关控制来实现的,可以说,控制策略是变流技术的核心和灵魂。20世纪80年代以来,随着电力电子开关器件的发展和现代控制理论的进步,交流电气传动获得了很大发展,特别是PWM控制技术的应用、基于静止旋转坐标变换的矢量控制策略的应用、直接转矩控制策略的发展,使感应电机的变频调速性能获得了很大程度的提高,尔后,各种先进的现代控制技术(如变结构控制、滑模控制
5、、模糊控制、自适应控制等)在电气传动控制中被采用,进一步改善控制系统的调速性能。然而,在现代高性能的调速系统中,几乎没有不依靠复杂的控制算法来实现的,比如:矢量控制技术要求依靠坐标变换算法、通过电机模型观测磁场定向的算法等,这种算法是十分复杂的;直接转矩控制策略同样依赖于固定在定子坐标系的电机模型的求解来实现对电机气隙磁通和输出转矩估算,并进行实时调节;而在电机调速控制中引入滑模变结构控制、自适应控制等现代控制理论,控制算法就变得更加复杂。这种复杂的控制算法要依靠CPU控制芯片来完成,同时还应保证算法就变得更加复杂。这种复杂的控制算法要依靠CPU控制芯
6、片来完成,同时还应保证算法的实时性,因此对CPU的负担是极重的,有时不得不延长控制周期才能满足实时要求,而控制周期的延长将影响调整性能的提高。如果在控制系统中采用FPGA来实现控制算法,情况就完全不同了,因为控制算法用VHDL语言描述好,并通过逻辑综合工具装载到FPGA芯片以后,其控制算法不再象CPU程序那样一条一条地执行,而是通过硬件连接的并行算法实现的,完成整个控制运算所需的时间是极短的,而且由于是硬件连接,不存在CPU那种死机、程序跑飞等现象。因此在电气传动中利用FPGA实现复杂控制算法的应用也越来越广泛[6,7],其高集成度、高速和高可靠性的特
7、点不仅可以解决CPU的抗干扰、复位、程序跑飞、程序执行速度等,而且可以将复杂的控制算法装载于一个芯片中,实现所谓片上系统,从而大大缩小了体积,易于管理和屏蔽,其标准化的设计语言也使得已开发成功的控制算法或系统很容易利用和移植。可编程逻辑器件以其高集成度、高速、高可靠性、灵活的编程能力、全新的开发设计思想等特点,成为当今微电子技术发展的一个重要突破,并视为电子技术领域继单片机以来的又一次技术革命。它的发展给电气传动的理论研究和实践带来了新的发展机遇,以往在单片机甚至DSP上难以实现的复杂控制策略和控制算法,可以在大规模FPGA芯片上实现,因而进一步拓展了
8、电气传动的理论研究和实际应用的发展空间。可以预言,随着以FPGA为代表的微电子技术的发展、现代
