基于FPGA 的谐波电压源离散域建模与仿真

电压外环PI 环节可表示为：

式中u(t)———控制量

e(t)———系统的控制偏差

Ti———积分时间

Kp———比例系数

为了搭建离散域模型，在近似条件下得离散化方程为：

式中T———采样周期

k———采样序号，k = 1，2，…

e(k)———PI 环节的输入信号

Ki = Kp /Ti———积分系数

将式(2) 与uk － 1的表达式进行比较，则可得到第k 次采样时刻的离散方程:

根据PI 的离散方程，可构建VHS-ADC 模型。

以电压外环PI 为例，其模型如图4 所示。CMult为乘法器模块，大小等于采样时间T;Convert 为数据转化模块，将输入信号转化为合理的数据格式。数据格式由数据位数和小数位数确定，在保证仿真精度的前提下，尽量减小数据位数，节约硬件资源。

图4 电压外环PI 模型。

利用3 个加法器和1 个减法器，可实现限幅环节。减法器运算结果为负时，输出为0;运算结果为正时，输出为正常值。Constant1 和Constant2分别设置限幅模块的上、下限，限幅环节的模型如图5 所示。

图5 限幅环节模型。

利用延迟模块和逻辑模块，可设置逆变器死区时间。输入信号经过Delay 模块，被延迟4 个采样周期时间，再与原信号进行逻辑与运算，就可得到带有死区时间的PWM 信号，被Delay 模块延迟的时间就是设置的死区时间。死区时间模型如图6 所示。

图6 死区时间的VHS-ADC 模型。

依靠平台提供的co-simulink 接口，将搭建的离散域控制模型进行编译，并自动生成代码，下载到FPGA，生成一个bit 流文件，将含有bit 文件的协议同仿真模块与谐波电压源的主电路连接。当在Simulink 中进行仿真时，FPGA 上的实时运算结果返回到Simulink 环境中，提高了仿真速度。