UCS100 励磁调节器设计与实现.PDF

UCS100 励磁调节器设计与实现 吴国兵 许敬涛 李孔潮 （广州电器科学研究院 广州 510300 ） 摘要： 利用新型 FPGA 器件和 ARM7 MCU 特点，开展数字信号处理、通道跟踪、脉冲形成和 信号备用等模块创新设计，开发了新型励磁调节器。本文将简述其系统方案和具体实现，以 及各模块的特点。 关键词： FPGA;ARM; 数字信号处理;通道跟踪;脉冲形成。 1. 硬件设计 1.1硬件系统组成 传统上，数字式励磁调节器大多采用 IntelX86 系列或 DSP 系列或多 CPU 框架结构，存 在软硬件功能欠缺或硬件复杂的问题。 当前，数字集成电路制造技术发展迅速，技术更新换代的周期愈来愈短，集成度愈来愈 高，功能愈来愈复杂。现场可编程逻辑阵列控制器（FPGA ）和以 ARM 系列单片机为代表 的高性能的精减指令架构（RISC ）处理器日趋完善，性价比高。这两类器件都具有体系结 构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽、功耗低、开发工具先进、开发周期短、设计 制造成本低、质量稳定等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。 在新型励磁调节器中，充分利用 FPGA 和 RISC 处理器的优点，提高系统集成度，提升 系统性能，降低系统成本。 根据系统的需求，充分利用 CPU 和 FPGA 各自优势，配合完成调节器功能。CPU 指令 灵活，可以实现调节控制；FPGA 时序控制能力和并行处理能力强，适合固定的算法和时序 逻辑处理，可以实现频率测量、同步采样、FFT 、同步检测、脉冲形成和冗余逻辑。 系统组成框图见下图。 励磁系统由两套独立的调节器和信号调理板、公用的开关量输入隔离模块和开关量输出 15 隔离模块组成。 1) 开关量输入隔离模块将对外部输入进行处理，提高系统抗干扰能力； 2) 开关量输出模块将内部的电平输出转换成继电器接点输出； 3) 信号调理板将外部输入的模拟信号转换成-15V~+15V 的电压信号，并生成相关的方 波信号，与机端电压频率信号，同步信号等。 4) 调节板完成模拟信号采样、调节运算、脉冲形成、冗余接口和调试接口。 调节板A FPGA 信号 调理 ADC 同步 FFT 脉冲 脉冲放大 A 采样阵列 形成 Binary 冗余 开关量输入 Input 接口 通道接口 Binary Output 开关量输出 Monitor System 电源 调节运算 试验接口 监视 开关量 开关量 MCU 、 输出 输