CN105262458A - 基于fpga的多电平spwm脉冲产生系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统及方法，涉及变频控制领域。该系统在FPGA上实现，所需要的全部脉冲由FPGA运算产生；该系统包括时钟分频器P、同步异步调制控制器D、运行控制参数存储器M1、幅值频率控制器M2、地址发生器M3；及n路互补载波发生器T1～Tn；三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn；三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC；三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB和MC。本发明能够产生多路、高速、高精度的SPWM波形，系统运行可靠。

Description

基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统及方法

技术领域

本发明涉及变频控制领域，具体是涉及一种基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统及方法。

背景技术

变频控制系统需要用高速、多路、高精度的SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation，正弦脉宽调制)信号来控制逆变桥的开关控制。对于多电平级联型变频控制系统，如果工作电压为10kV，至少需要48路SPWM脉冲来驱动。上述多电平级联型变频器一般用于工业大功率电机拖动场合，因此要求运行可靠。通用的DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理)或者MCU(MicroControlUnit，微控制单元)，一般只能产生8路SPWM脉冲，无法满足上述应用需求；同时进行DSP或MCU运算的速度很低，无法产生多路、高速、高精度的SPWM波形。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统及方法，能够产生多路、高速、高精度的SPWM波形，系统运行可靠；能够以参数化的方式，轻易实现同步或异步载波调制、多载波移相、单双极性控制等功能；方便调试修改、新增功能、升级换代。

本发明提供一种基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，用于变频控制领域，该系统在FPGA上实现，所需要的全部脉冲由FPGA运算产生；该系统包括时钟分频器P、同步异步调制控制器D、运行控制参数存储器M1、幅值频率控制器M2、地址发生器M3；及

n路互补载波发生器T1～Tn：n为正整数，且1≤n≤10，每路产生一对互补的载波；T1～Tn各自的输出信号为两路相位相反的三角波，且T1～Tn相邻的输出信号之间相差一个相角；

三相比较器：A1～An、B1～Bn、C1～Cn，每相n路，总共3×n个比较器；各路互补载波发生器将自身输出的双路三角波送到标号对应的A、B、C三相比较器中；

三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器：A相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、B相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SB、C相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SC；

三相正弦波幅值输出乘法器：MA、MB和MC；

所述时钟分频器P用于产生FPGA所需要的高频时钟；

所述运行控制参数存储器M1用于存储控制FPGA运行的关键命令和参数；

n路互补载波发生器T1～Tn：按照运行控制参数产生两路三角波，这两路三角波的相位相反，其输出值送到比较器中，与调制波比较产生脉冲；

三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC：由FPGA在芯片内部实现，分别存储着A相、B相和C相的0～π/4范围内的标准正弦波瞬时值数据，此三种瞬时值在相位上互差120°；当查询地址处于π/4～2π时，地址发生器M3送出的实际地址通过对称、平移的数学操作方式转换到0～π/4空间，完成0～2π全部正弦波瞬时值的查询；瞬时值查询完毕后，瞬时值与幅值频率控制器M2的输出幅值相乘，得到所需的调制波幅值，送到所在相的比较器中，与载波比较产生脉冲；

三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn：每个比较器的输入是调制波和两路互补载波；调制波瞬时值分别与两路载波瞬时值进行比较；每个比较器输出的是两路数值比较后的电平。

在上述技术方案的基础上，所述n＝5、6、8、9或10。

在上述技术方案的基础上，所述运行控制参数存储器M1存储的关键命令和参数包括起动命令、停止命令、SPWM的调试方式、调制波频率、载波频率、调制波幅值、频率-电压关系曲线、传感器测量的系统电流、电压、温度数据。

在上述技术方案的基础上，所述运行控制参数存储器M1向同步异步调制控制器D传递同步调制或异步调制参数，M1送到D的信号，决定T1～Tn的调制方式。

在上述技术方案的基础上，所述T1～Tn的调制方式设置为同步调制时，地址发生器M3同时控制n路互补载波发生器T1～Tn和三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC；所述T1～Tn的调制方式设置为异步调制时，n路互补载波发生器T1～Tn各自内部计时产生载波，M3只控制三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC；同时D还存储移相参数与使能参数，针对每个载波发生器设置不同的移相角度，或者将不需要的载波发生器关闭掉。

在上述技术方案的基础上，所述运行控制参数存储器M1向幅值频率控制器M2传递用户设定的运行参数，幅值频率控制器M2用于控制幅值和频率，M2输出的频率送给地址发生器M3，作为加减速的控制；M2输出的幅值与三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC的输出结果相乘，决定调制波的幅值，即决定电机的运行电压。

在上述技术方案的基础上，所述运行控制参数存储器M1向地址发生器M3传递当前运行频率参数，当前运行频率的高低决定地址发生器M3更新地址的快慢，最终决定三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC输出的瞬时值的快慢，确定调制波的输出频率，即决定电机的运行速度。

在上述技术方案的基础上，所述幅值频率控制器M2的输出有2路：一路是幅值控制信号，同时送到三个正弦波幅值输出乘法器MA、MB和MC中；另一路是频率控制信号，送到地址发生器M3中；地址发生器M3的输出信号为A、B、C三相正弦表查找地址，此地址同时送到SA、SB、SC中，查找当前的正弦波瞬时值的地址；SA、SB和SC按照M3送来的查找地址，输出A、B、C三相的当前正弦波瞬时值，分别送到三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB、MC中。

在上述技术方案的基础上，所述三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB和MC输出的信号为实际所需的A、B、C三相正弦波瞬时值，分别送到A1～An、B1～Bn、C1～Cn中。

在上述技术方案的基础上，对于A相所有的比较器A1～A10，每一个比较器都将MA送来的当前正弦波瞬时值分别与T1～Tn送来的双路三角波进行比较，输出两路比较后的电平；比较器的比较速度均为纳秒级，正弦波瞬时值和双路三角波均为16位精度数据，每一个比较器输出双路SPWM，A相所有的比较器A1～A10输出的结果是多路、高速、高精度SPWM；B相和C相的比较器也按照此方式输出多路、高速、高精度SPWM。

本发明还提供一种应用于上述系统的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生方法，包括以下步骤：

S1：运行控制参数存储器M1存储有起停命令和控制参数，当系统处于停机状态时，运行控制参数存储器M1将与它相连的同步异步调制控制器D、幅值频率控制器M2、地址发生器M3置于复位状态，并将相应的控制参数传递到这些器件中，分别送到同步异步调制控制器D、三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB、MC、地址发生器M3中；

S2：地址发生器M3接收到起停命令后，准备更新地址，幅值频率控制器M2计算出当前调制波的频率和幅值，将计算出的频率值送到地址发生器M3中，地址发生器M3对频率值进行运算得到当前地址，并按照运算出来的更新速率，将当前地址按照正弦波的周期性和对称性转换后，送到三相正弦波SIN值存储器SA、SB、SC中查询，地址发生器M3接收到当前频率后，内部更新地址的速率决定调制波频率的大小；调制波幅值的大小，由幅值频率控制器M2输出的幅值作为乘数与查表输出的原始调制波相乘得到，幅值频率控制器M2内部的幅值控制部分输出瞬时幅值，同时送到三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB、MC的输入引脚上，MA、MB、MC的另一输入引脚信号为查询后的SIN值，MA、MB、MC对各自输入引脚上的信号进行乘法运算，输出调制波幅值，送到三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn中；A相计算后的正弦调制波送到A1～An中；B相计算后的正弦调制波送到B1～Bn中；C相计算后的正弦调制波送到C1～Cn中；

S3：如果运行控制参数存储器M1设置的是同步调制模式，n路互补载波发生器T1～Tn根据地址发生器M3送出的地址，按照三角载波的对称性和周期性，运算出三角波的幅值，T1～Tn中每相邻的两路互补载波发生器送出的信号相差一个相角，这n路信号分别送到三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn中；

如果运行控制参数存储器M1设置的是异步调制模式，则n路互补载波发生器T1～Tn均工作在独立时钟下，按照运行控制参数存储器M1设置的载波频率运算出载波幅值，送到三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn中，T1产生的两路互补三角载波送到A1、B1、C1中；T2产生的两路互补三角载波送到A2、B2、C2中；如此类推，Tn产生的两路互补三角载波送到An、Bn、Cn中；

S4：步骤S2中MA、MB、MC计算出来的A、B、C三相正弦调制波分别送到A1～An、B1～Bn、C1～Cn中，A相正弦调制波同时送到A1～An中，分别与A1的双路互补三角载波进行比较，输出双路SPWM脉冲，其代号分别为A1L和A1R，依次类推，A2输出A2L和A2R，……，An输出AnL和AnR；B相正弦调制波同时送到B1～Bn中，B相的B1～Bn分别输出B1L和B1R，B2L和B2R，……，BnL和BnR；C相正弦调制波同时送到C1～Cn中，C相的C1～Cn分别输出C1L和C1R，C2L和C2R，……，CnL和CnR；A1L和A1R，……，AnL和AnR、B1L和B1R，……，BnL和BnR、C1L和C1R，……，CnL和CnR，每个脉冲均为正弦脉宽调制方法得到，即SPWM脉冲，A1、B1、C1均采用T1的信号，A2、B2、C2均采用T2的信号，……，以此类推，An、Bn、Cn均采用Tn的信号，而T1～Tn之间每相邻的两路互补载波发生器的信号依次相差一个相角，从应用结果上，产生多电平的效果，从整体而言，A1L和A1R，……，AnL和AnR、B1L和B1R，……，BnL和BnR、C1L和C1R，……，CnL和CnR输出的是多电平SPWM脉冲。

在上述技术方案的基础上，所述n＝5、6、8、9或10。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)FPGA(Field－ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)是一种可以通过硬件描述语言(Verilog或VHDL)来进行电路设计，按照编程的方法，将需要的功能通过硬件描述语言实现，然后下载到FPGA芯片中，FPGA芯片按照设计者的设计，在内部实现设计者所需要的电路。FPGA的资源和速度远远高于DSP和MCU，本发明充分利用FPGA的的硬件逻辑电路资源，能够在片上实现产生多路、高速、高精度的SPWM波形。

(2)与现有技术中的DSP或MCU依靠软件指令运行相比，本发明中的FPGA是以硬件逻辑电路运行，相对于软件控制，FPGA更加可靠，因此本发明的系统运行更加可靠。

(3)由于FPGA的资源和速度远远高于DSP和MCU，本发明在实现产生多路、高速、高精度的SPWM波形的基础上，还能够以参数化的方式，轻易实现同步或异步载波调制、多载波移相、单双极性控制等功能；而这些功能在DSP等方案中，一般需要重新编程才能实现。采用FPGA硬件电路，通过硬件编程语言，即可在芯片内部实现功能的新增、修改，无需重新在电路板上设计电路，方便调试修改、新增功能、升级换代，能够节约大量的时间和成本。

附图说明

图1是本发明实施例中基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，用于变频控制领域，该系统在FPGA上实现，所需要的全部脉冲由FPGA运算产生。

该系统包括以下器件：

时钟分频器P、同步异步调制控制器D、运行控制参数存储器M1、幅值频率控制器M2、地址发生器M3；

n路互补载波发生器T1～Tn：n为正整数，且1≤n≤10，每路产生一对互补的载波；T1～Tn各自的输出信号为两路相位相反的三角波，且T1～Tn相邻的输出信号之间相差一个相角；

三相比较器：A1～An、B1～Bn、C1～Cn，每相n路，总共3×n个比较器，互补载波发生器的数量n与每相比较器的数量一致；n优选为5、6、8、9或10；各路互补载波发生器将自身输出的双路三角波送到标号对应的A、B、C三相比较器中；

三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器：A相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、B相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SB、C相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SC；

三相正弦波幅值输出乘法器：MA、MB和MC。

本发明实施例中，互补载波发生器的数量n可以根据实际需要进行使能，下面以n＝10为例进行说明。

n＝10时，三相比较器为：A1～A10、B1～B10、C1～C10，每相10路，总共30个比较器。

这些器件的功能分别描述如下：

时钟分频器P用于产生FPGA所需要的高频时钟：FPGA是一个芯片，焊接在电路板上，需要电路板提供一个时钟才能工作，FPGA所在的电路板配置一个低频时钟，利用FPGA片内的时钟分配器电路，产生FPGA内部电路所需要的高速时钟。

运行控制参数存储器M1用于存储控制FPGA运行的关键命令和参数。

运行控制参数存储器M1存储的关键命令和参数包括起动命令、停止命令、SPWM的调试方式、调制波频率、载波频率、调制波幅值、频率-电压关系曲线、传感器测量的系统电流、电压、温度数据。

10路互补载波发生器T1～T10：按照运行控制参数产生两路三角波，这两路三角波的相位相反，其输出值送到比较器中，与调制波比较产生脉冲。

三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC：这三片内部SRAM(StaticRAM，静态随机存储器)，存储着标准正弦波幅值(幅值范围-1～+1，转换为FPGA内部的整形数-32768～32767)。由于正弦波的对称性，只需要存储0～π/4的波形即可，为了减少运算量和节省内部作为地址线的连线资源，由FPGA在芯片内部实现，分别存储着A相、B相和C相的0～π/4范围内的标准正弦波瞬时值数据，此三种瞬时值在相位上互差120°；当查询地址处于π/4～2π时，地址发生器M3送出的实际地址通过对称、平移的数学操作方式转换到0～π/4空间，这样就完成了0～2π全部正弦波瞬时值的查询。瞬时值查询完毕后，瞬时值与幅值频率控制器M2的输出幅值相乘，得到所需的调制波幅值，送到所在相的比较器中，与载波比较产生脉冲。

三相比较器A1～A10、B1～B10、C1～C10：每个比较器的输入是调制波和两路互补载波；调制波瞬时值分别与两路载波瞬时值进行比较；每个比较器输出的是两路数值比较后的电平，即当调制波幅值大于载波时，输出高电平，否则输出低电平。

运行控制参数存储器M1向以下器件传递参数：

(1)同步异步调制控制器D。

M1向同步异步调制控制器D传递同步调制或异步调制参数，M1送到D的信号，决定T1～Tn的调制方式；

T1～Tn的调制方式设置为同步调制时，地址发生器M3同时控制10路互补载波发生器T1～T10和三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC；

T1～Tn的调制方式设置为异步调制时，10路互补载波发生器T1～T10各自内部计时产生载波；同时D还存储移相参数与使能参数，这样可以针对每个载波发生器设置不同的移相角度，或者将不需要的载波发生器关闭掉。

(2)幅值频率控制器M2。

M1向幅值频率控制器M2传递用户设定的运行参数，例如：给定频率、加速时间、减速时间；幅值频率控制器M2用于控制幅值和频率，幅值和频率的关系，可以事先存储，也可以由运行控制参数存储器M1实时计算。M2输出的频率送给地址发生器M3，作为加减速的控制；M2输出的幅值与三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC的输出结果相乘，决定调制波的幅值，即决定电机的运行电压。

(3)地址发生器M3。

M1向地址发生器M3传递当前运行频率参数，当前运行频率的高低决定地址发生器M3更新地址的快慢，最终决定三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC输出的瞬时值的快慢，确定调制波的输出频率，即决定电机的运行速度；

这些器件之间的信号走向具体为：

(1)时钟分频器P的输入为外界时钟信号(一般由电路板提供)，时钟分频器P输出的时钟信号同时送到D、M1、M2、M3、SA、SB、SC、T1～T10、A1～A10、B1～B10、C1～C10中，作为这些器件的运行时钟；

(2)运行控制参数存储器M1的输入信号由用户设定，M1输出的信号分别送到D、M2和M3，送到D的信号，用于设置D的调制方式，输入到M2的信号为幅值和频率值，送到M3的信号是当前所要输出的正弦波瞬时值对应的地址，此信号与M2输出的频率控制信号，按照正弦波的周期性和对称性，转换成为A、B、C三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC的查找地址；

(3)幅值频率控制器M2的输出有2路：一路是幅值控制信号，同时送到三个正弦波幅值输出乘法器MA、MB和MC中；另一路是频率控制信号，送到M3中；

(4)地址发生器M3的输出信号为A、B、C三相正弦表查找地址，此地址同时送到SA、SB、SC中，查找当前的正弦波瞬时值的地址；

(5)SA、SB和SC按照M3送来的查找地址，输出A、B、C三相的当前正弦波瞬时值，分别送到MA、MB、MC中；

(6)正弦波幅值输出乘法器MA、MB和MC输出的信号为实际所需的A、B、C三相正弦波瞬时值，分别送到A1～A10、B1～B10、C1～C10中；

(7)M1送到D的信号，决定了T1～T10的调制方式，无论是何种调制方式，T1～T10各自的输出信号为两路相位相反的三角波，且T1～T10相邻的输出信号之间相差一个相角，相角由用户根据实际需要设定；各路互补载波发生器将自身输出的双路三角波送到标号对应的A、B、C三相比较器中，例如：T1送到A1、B1、C1中；……；T10送到A10、B10、C10中；

(8)对于A相所有的比较器A1～A10，每一个比较器都将MA送来的当前正弦波瞬时值分别与T1～T10送来的双路三角波进行比较，输出两路比较后的电平。由于每一个比较器的比较速度均为纳秒级，正弦波瞬时值和双路三角波均为16位精度数据，因此每一个比较器输出双路SPWM；A相所有的比较器A1～A10输出的结果是多路、高速、高精度SPWM。类似的，B相和C相的比较器也按照此方式输出多路、高速、高精度SPWM。

本发明实施例还提供一种应用于上述系统的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生方法，包括以下步骤：

S1：运行控制参数存储器M1存储有起停命令和控制参数。当系统处于停机状态时，运行控制参数存储器M1将与它相连的同步异步调制控制器D、幅值频率控制器M2、地址发生器M3置于复位状态，并将相应的控制参数传递到这些器件中，例如同步调制方式、瞬时幅值、瞬时给定地址等分别送到同步异步调制控制器D、三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB、MC、地址发生器M3中；

S2：地址发生器M3接收到起停命令后，准备更新地址，幅值频率控制器M2计算出当前调制波的频率和幅值，将计算出的频率值送到地址发生器M3中，地址发生器M3对频率值进行运算得到当前地址，并按照运算出来的更新速率，将当前地址按照正弦波的周期性和对称性转换后，送到三相正弦波SIN值存储器SA、SB、SC中查询，地址发生器M3接收到当前频率后，内部更新地址的速率决定调制波频率的大小；调制波幅值的大小，由幅值频率控制器M2输出的幅值作为乘数与查表输出的原始调制波相乘得到，幅值频率控制器M2内部的幅值控制部分输出瞬时幅值，同时送到三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB、MC的输入引脚上，MA、MB、MC的另一输入引脚信号为查询后的SIN值，MA、MB、MC对各自输入引脚上的信号进行乘法运算，输出调制波幅值，送到三相比较器A1～A10、B1～B10、C1～C10中；A相计算后的正弦调制波送到A1～A10中；同理B相计算后的正弦调制波送到B1～B10中；C相计算后的正弦调制波送到C1～C10中。

S3：如果运行控制参数存储器M1设置的是同步调制模式，10路互补载波发生器T1～T10根据地址发生器M3送出的地址，按照三角载波的对称性和周期性，运算出三角波的幅值，T1、T2、……、T10中每相邻的两路互补载波发生器送出的信号相差一个相角(相角的大小由用户确定)，这10路信号分别送到三相比较器A1～A10、B1～B10、C1～C10中；

如果运行控制参数存储器M1设置的是异步调制模式，10路互补载波发生器T1～T10均工作在独立时钟下，按照运行控制参数存储器M1设置的载波频率运算出载波幅值，送到三相比较器A1～A10、B1～B10、C1～C10中。T1产生的两路互补三角载波送到A1、B1、C1中；T2产生的两路互补三角载波送到A2、B2、C2中；如此类推，T10产生的两路互补三角载波送到A10、B10、C10中。

S4：步骤S2中MA、MB、MC计算出来的A、B、C三相正弦调制波分别送到A1～A10、B1～B10和C1～C10中。以A1为例，A相正弦调制波同时送到A1～A10中，分别与A1的双路互补三角载波进行比较，输出双路SPWM脉冲，其代号分别为A1L和A1R，依次类推，A2输出A2L和A2R，……，A10输出A10L和A10R；B相正弦调制波同时送到B1～B10中，B相的B1～B10分别输出B1L和B1R，B2L和B2R，……，B10L和B10R；C相正弦调制波同时送到C1～C10中，C相的C1～C10分别输出C1L和C1R，C2L和C2R，……，C10L和C10R。A1L和A1R，……，A10L和A10R、B1L和B1R，……，B10L和B10R、C1L和C1R，……，C10L和C10R，每个脉冲均为正弦脉宽调制方法得到，即SPWM脉冲，由于A1、B1、C1均采用T1的信号，A2、B2、C2均采用T2的信号，……，以此类推，A10、B10、C10均采用T10的信号，而T1，T2，……，T10之间每相邻的两路互补载波发生器的信号依次相差一个相角，从应用结果上，就会产生多电平的效果，因此，从整体而言，A1L和A1R，……，A10L和A10R、B1L和B1R，……，B10L和B10R、C1L和C1R，……，C10L和C10R的输出的是多电平SPWM脉冲。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (12)

1.一种基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，用于变频控制领域，其特征在于：该系统在FPGA上实现，所需要的全部脉冲由FPGA运算产生；该系统包括时钟分频器P、同步异步调制控制器D、运行控制参数存储器M1、幅值频率控制器M2、地址发生器M3；及

n路互补载波发生器T1～Tn：n为正整数，且1≤n≤10，每路产生一对互补的载波；T1～Tn各自的输出信号为两路相位相反的三角波，且T1～Tn相邻的输出信号之间相差一个相角；

三相比较器：A1～An、B1～Bn、C1～Cn，每相n路，总共3×n个比较器；各路互补载波发生器将自身输出的双路三角波送到标号对应的A、B、C三相比较器中；

三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器：A相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、B相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SB、C相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SC；

三相正弦波幅值输出乘法器：MA、MB和MC；

所述时钟分频器P用于产生FPGA所需要的高频时钟；

所述运行控制参数存储器M1用于存储控制FPGA运行的关键命令和参数；

n路互补载波发生器T1～Tn：按照运行控制参数产生两路三角波，这两路三角波的相位相反，其输出值送到比较器中，与调制波比较产生脉冲；

三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC：由FPGA在芯片内部实现，分别存储着A相、B相和C相的0～π/4范围内的标准正弦波瞬时值数据，此三种瞬时值在相位上互差120°；当查询地址处于π/4～2π时，地址发生器M3送出的实际地址通过对称、平移的数学操作方式转换到0～π/4空间，完成0～2π全部正弦波瞬时值的查询；瞬时值查询完毕后，瞬时值与幅值频率控制器M2的输出幅值相乘，得到所需的调制波幅值，送到所在相的比较器中，与载波比较产生脉冲；

三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn：每个比较器的输入是调制波和两路互补载波；调制波瞬时值分别与两路载波瞬时值进行比较；每个比较器输出的是两路数值比较后的电平。

2.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述n＝5、6、8、9或10。

3.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述运行控制参数存储器M1存储的关键命令和参数包括起动命令、停止命令、SPWM的调试方式、调制波频率、载波频率、调制波幅值、频率-电压关系曲线、传感器测量的系统电流、电压、温度数据。

4.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述运行控制参数存储器M1向同步异步调制控制器D传递同步调制或异步调制参数，M1送到D的信号，决定T1～Tn的调制方式。

5.如权利要求4所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述T1～Tn的调制方式设置为同步调制时，地址发生器M3同时控制n路互补载波发生器T1～Tn和三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC；所述T1～Tn的调制方式设置为异步调制时，n路互补载波发生器T1～Tn各自内部计时产生载波，M3只控制三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC；同时D还存储移相参数与使能参数，针对每个载波发生器设置不同的移相角度，或者将不需要的载波发生器关闭掉。

6.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述运行控制参数存储器M1向幅值频率控制器M2传递用户设定的运行参数，幅值频率控制器M2用于控制幅值和频率，M2输出的频率送给地址发生器M3，作为加减速的控制；M2输出的幅值与三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC的输出结果相乘，决定调制波的幅值，即决定电机的运行电压。

7.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述运行控制参数存储器M1向地址发生器M3传递当前运行频率参数，当前运行频率的高低决定地址发生器M3更新地址的快慢，最终决定三相1024点0～π/4正弦波SIN值存储器SA、SB、SC输出的瞬时值的快慢，确定调制波的输出频率，即决定电机的运行速度。

8.如权利要求1所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述幅值频率控制器M2的输出有2路：一路是幅值控制信号，同时送到三个正弦波幅值输出乘法器MA、MB和MC中；另一路是频率控制信号，送到地址发生器M3中；地址发生器M3的输出信号为A、B、C三相正弦表查找地址，此地址同时送到SA、SB、SC中，查找当前的正弦波瞬时值的地址；SA、SB和SC按照M3送来的查找地址，输出A、B、C三相的当前正弦波瞬时值，分别送到三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB、MC中。

9.如权利要求8所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：所述三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB和MC输出的信号为实际所需的A、B、C三相正弦波瞬时值，分别送到A1～An、B1～Bn、C1～Cn中。

10.如权利要求9所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生系统，其特征在于：对于A相所有的比较器A1～A10，每一个比较器都将MA送来的当前正弦波瞬时值分别与T1～Tn送来的双路三角波进行比较，输出两路比较后的电平；比较器的比较速度均为纳秒级，正弦波瞬时值和双路三角波均为16位精度数据，每一个比较器输出双路SPWM，A相所有的比较器A1～A10输出的结果是多路、高速、高精度SPWM；B相和C相的比较器也按照此方式输出多路、高速、高精度SPWM。

11.一种应用于权利要求1所述系统的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：运行控制参数存储器M1存储有起停命令和控制参数，当系统处于停机状态时，运行控制参数存储器M1将与它相连的同步异步调制控制器D、幅值频率控制器M2、地址发生器M3置于复位状态，并将相应的控制参数传递到这些器件中，分别送到同步异步调制控制器D、三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB、MC、地址发生器M3中；

S2：地址发生器M3接收到起停命令后，准备更新地址，幅值频率控制器M2计算出当前调制波的频率和幅值，将计算出的频率值送到地址发生器M3中，地址发生器M3对频率值进行运算得到当前地址，并按照运算出来的更新速率，将当前地址按照正弦波的周期性和对称性转换后，送到三相正弦波SIN值存储器SA、SB、SC中查询，地址发生器M3接收到当前频率后，内部更新地址的速率决定调制波频率的大小；调制波幅值的大小，由幅值频率控制器M2输出的幅值作为乘数与查表输出的原始调制波相乘得到，幅值频率控制器M2内部的幅值控制部分输出瞬时幅值，同时送到三相正弦波幅值输出乘法器MA、MB、MC的输入引脚上，MA、MB、MC的另一输入引脚信号为查询后的SIN值，MA、MB、MC对各自输入引脚上的信号进行乘法运算，输出调制波幅值，送到三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn中；A相计算后的正弦调制波送到A1～An中；B相计算后的正弦调制波送到B1～Bn中；C相计算后的正弦调制波送到C1～Cn中；

S3：如果运行控制参数存储器M1设置的是同步调制模式，n路互补载波发生器T1～Tn根据地址发生器M3送出的地址，按照三角载波的对称性和周期性，运算出三角波的幅值，T1～Tn中每相邻的两路互补载波发生器送出的信号相差一个相角，这n路信号分别送到三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn中；

如果运行控制参数存储器M1设置的是异步调制模式，则n路互补载波发生器T1～Tn均工作在独立时钟下，按照运行控制参数存储器M1设置的载波频率运算出载波幅值，送到三相比较器A1～An、B1～Bn、C1～Cn中，T1产生的两路互补三角载波送到A1、B1、C1中；T2产生的两路互补三角载波送到A2、B2、C2中；如此类推，Tn产生的两路互补三角载波送到An、Bn、Cn中；

S4：步骤S2中MA、MB、MC计算出来的A、B、C三相正弦调制波分别送到A1～An、B1～Bn、C1～Cn中，A相正弦调制波同时送到A1～An中，分别与A1的双路互补三角载波进行比较，输出双路SPWM脉冲，其代号分别为A1L和A1R，依次类推，A2输出A2L和A2R，……，An输出AnL和AnR；B相正弦调制波同时送到B1～Bn中，B相的B1～Bn分别输出B1L和B1R，B2L和B2R，……，BnL和BnR；C相正弦调制波同时送到C1～Cn中，C相的C1～Cn分别输出C1L和C1R，C2L和C2R，……，CnL和CnR；A1L和A1R，……，AnL和AnR、B1L和B1R，……，BnL和BnR、C1L和C1R，……，CnL和CnR，每个脉冲均为正弦脉宽调制方法得到，即SPWM脉冲，A1、B1、C1均采用T1的信号，A2、B2、C2均采用T2的信号，……，以此类推，An、Bn、Cn均采用Tn的信号，而T1～Tn之间每相邻的两路互补载波发生器的信号依次相差一个相角，从应用结果上，产生多电平的效果，从整体而言，A1L和A1R，……，AnL和AnR、B1L和B1R，……，BnL和BnR、C1L和C1R，……，CnL和CnR输出的是多电平SPWM脉冲。

12.如权利要求11所述的基于FPGA的多电平SPWM脉冲产生方法，其特征在于：所述n＝5、6、8、9或10。