SVPWM算法详解(已标注重点)

SVPWM算法详解(已标注重点)

L/3，为理想供电电压下的电压空间矢量幅值。SVPWM的基本原理是通过控制逆变器的开关状态，使得实际电压空间矢量尽可能地接近理想电压空间矢量。在SVPWM控制中，将电压空间矢量分解为两个垂直的分量，即水平分量和垂直分量。通过控制水平分量和垂直分量的大小和相位，可以控制逆变器的输出电压。SVPWM控制的目标是在每个采样周期内，使得逆变器输出电压的矢量和尽可能地接近所需的电压空间矢量，从而实现电机的精确控制。3.2SVPWM的实现方法SVPWM的实现方法可以分为5段式和7段式两种。5段式SVPWM是最简单的实现方法，它将一个PWM周期分为5个时间段，每个时间段逆变器输出电压的矢量和都可以通过计算得到。7段式SVPWM是一种更加精确的实现方法，它将一个PWM周期分为7个时间段，每个时间段逆变器输出电压的矢量和也可以通过计算得到。在实际应用中，根据不同的需求和控制要求，可以选择不同的SVPWM实现方法。在5段式SVPWM中，一个PWM周期被分为5个时间段，分别为T1、T2、T3、T4和T5。在每个时间段内，逆变器输出电压的矢量和都可以通过计算得到。具体的计算方法可以参考文献[19]。在7段式SVPWM中，一个PWM周期被分为7个时间段，分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7。在每个时间段内，逆变器输出电压的矢量和也可以通过计算得到。具体的计算方法可以参考文献[20]。在实际应用中，可以根据具体的需求和控制要求选择不同的SVPWM实现方法。综上所述，SVPWM是一种高效、精确的控制方法，可以实现电机的精确控制。SVPWM的实现方法包括5段式和7段式两种，可以根据不同的需求和控制要求选择合适的实现方法。在实际应用中，SVPWM已经得到广泛的应用，并成为电力电子装置中的重要控制技术之一。在理想情况下，电压空间矢量应为幅值不变的圆形旋转矢量。类似地，磁链空间矢量可以定义为式（3.5）中的jj2/3S，其中，S为磁链空间矢量，sA、sB、sC分别为电机三相磁链矢量的模值。根据异步电动机定子绕组的电压平衡关系式（3.6），可以找出磁链和电压空间矢量的关系。当电动机的转速不是很低时，可以忽略定子电阻压降在式（3.6）中所占的比例，从而得到定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系式（3.7）。因此，磁链空间矢量可以等效为电压空间矢量的积分。如果能够控制电压空间矢量的轨迹为如式（3.4）所示的圆形矢量，那么磁链空间矢量的轨迹也为圆形。这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可以转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。进一步分析，由式（3.3）（3.5）（3.7）可以得到公式（3.8），即磁链空间矢量等于电压空间矢量的积分。在SVPWM控制技术中，取以电机磁链的幅值为半径的磁链圆为基准圆。逆变器电压的输出模式如图3.2所示，为电压源型PWM逆变器——异步电动机示意图。其中，IGBT1~6为逆变器的六个开关管。、UsB、UsC的电压分别为：UsA=Ud,UsB=-Ud,UsC=-Ud。将这些值代入式（3.3）中，可以得到逆变器输出的电压空间矢量的位置。表3.1给出了逆变器不同开关状态对应的空间矢量表。在逆变器的八种开关模式中，有六种开关模式对应非零电压空间矢量，矢量的幅值为Ud；有两种开关模式对应的电压矢量幅值为零，称为零矢量。当零矢量作用于电机时，不会形成磁链矢量；而当非零矢量作用于电机时，会在电机中形成相应的磁链矢量。SVPWM控制逆变器的开关状态，因此可以通过分析逆变器输出的电压空间矢量来分析电机定子电压的空间矢量。对于每一个电压空间矢量，可以通过图3.2求出各相的电压值，再将各相的电压值代入式（3.3），可以求得电压空间矢量的位置。以开关状态（SA=1，SB=1，SC=0）为例，即开关VT1、VT2、VT6导通，其余关断。逆变电路的形式可以变为B相和C相并连后再和A相串连的形式，可以得到Us=Udej2π/3。将其数值代入式（3.3），采用同样的方法可以得到逆变器空间电压矢量表。在矢量控制系统中，根据控制策略，进行适当的坐标变换可以给出两相静止坐标系（α,β）坐标系电压空间矢量的分量uα和uβ，这时就可以进行SVPWM的控制。具体要做以下三部分的工作：如何选择电压矢量、如何确定每个电压矢量作用的时间以及确定每个电压矢量的作用顺序。电压空间矢量的空间位置需要引入扇区Sector的概念，将整个平面分为六个扇区。每个扇区包含两个基本矢量，落在某个扇区的电压空间矢量将由扇区边界的两个基本电压空间矢量进行合成。在确定扇区时，引入三个决策变量A、B、C。根据给出的待合成的空间矢量u的两个分量uα、uβ来决定A、B、C的取值，有以下关系式：若uβ>A，则A=1，否则A=0；若3uα-uβ>B，则B=1，否则B=0；若-3uα-uβ>C，则C=1，否则C=0。所在扇区的位置为SectorN=A+2B+4C。当N取不同的值对应的扇区位置如图3.3所示，这样给定一个空间电压矢量就可以确定其所在的扇区。电压空间矢量的合成需要确定扇区后，利用扇区边界上的两个基本矢量合成所需的矢量u，在合成过程中应当使得两个基本矢量的合成效果接近于期望矢量的效果。采用伏秒平衡的原则，以图3.3所示的第Ⅲ扇区为例，以α、β轴为基准，将两个基本矢量向α、β轴上投影，应当有：uαT=u4T/4+u6T/6；uβT=3u6T/6。其中，Ti为对应电压矢量ui作用的时间（i=1~7），T为采样周期，通常为PWM的调制周期。且u4=u6=Ud。通过求解上述两式可以得到u4、u6这两个基本矢量的作用时间如式3.14：若3uβ>uα，则T=3uα-uβ/4Ud；若-3uα-uβ>uβ，则T=uβ+3uα/4Ud。通过上述方法可以确定基本矢量的作用时间，当需要合成的矢量位于各个不同的扇区时都存在如上的运算。通过对每个扇区基本矢量动作时间的求解不难发现它们都是一些基本时间的组合。所以给出几个基本的时间变量X、Y、Z：X=Y=(3uα+uβ)/2Ud；Z=3uβ-uα/2Ud。图3.4展示了每个扇区内的开关动作示意图。TMS320LF2407A的事件管理器EV模块具有简化的电压空间矢量PWM波形产生的硬件电路。编程时需要进行如下配置：设置ACTRx寄存器用来定义比较输出引脚的输出方式，决定高电平还是低电平有效，正反转，所在扇区等；设置COMCONx寄存器来使能比较操作和空间矢量PWM方式，并且把CMPRx的重装条件设置为下溢；将通用定时器1或2，4或5设置成连续增/减计数模式，并启动定时器。在两相静止坐标系下输入到电机的电压空间矢量u，分解为u,u，然后确定所期望的矢量所在的扇区，根据SVPWM的调制周期T计算出两个基本的空间矢量和零矢量作用的时间T1、T2、T，将相应于ui的开启方式写入到ACTRx.14～12位中，并将1写入ACTRx.15中，或者将ui1的开启方式写入到ACTRx.14～12位中，并将写入ACTRx.15中。将T12的值写入CMPR1或CMPR4寄存器，将T1T22作为定时器的重载值，然后启动定时器。由于DSP的事件管理器（EV）有三个比较寄存器，每个比较单元控制两组PWM脉冲，可以实现七段式的SVPWM。为了给出比较寄存器的值，引入时间变量Ta、Tb、Tc，并定义它们的值。在计数器增计数或减计数时的比较值，在六个扇区中由于作用的矢量不同所以输出PWM的翻转时刻也不同，但都要满足每个周期每个开关最多动做两次的原则。在每个扇区内的比较值如表3.4所示，这就是要送入DSP比较单元的值。利用三个比较寄存器CMP1、CMP2、CMP3和定时器T1就可以实现七段式的SVPWM。具体流程如下：将表3.4中的比较值送入比较寄存器，让计数器从开始计数，从增加到T/2，再从T/2减小到0。同时将计数器的值Tx和比较寄存器的值相比较，遵循以下规则：若Tcm1<Tx，则PWM1=1，否则PWM1=0；若Tcm2<Tx，则PWM3=1，否则PWM3=0；若Tcm3<Tx，则PWM5=1，否则PWM5=0。而PWM2、PWM4、PWM6为PWM1、PWM3、PWM5的互补输出，这样就可以实现七段式的SVPWM。以第Ⅲ扇区为例，给出比较示意图3.6。SVPWM的基本思想是如何获得圆形的磁链。本章首先结合了SVPWM的基本原理以及本设计所采用的DSP芯片的特点，分析了五段式和七段式的SVPWM的算法思想和具体实现的方法，并分别给出了五段式和七段式的SVPWM的开环控制程序。给定电压空间矢量幅值大小对应输出交流相电压的最大值，根据空间电压矢量的定义式可得。在试验中，所带负载额定电压为380V，电机相电压有效值为220V，因此给定旋转电压空间矢量的电压幅值为310V。整个系统的结构框图如图4.5所示。针对以上建立的SVPWM模型进行仿真，负载为额定功率2.2kW的异步电机，额定电压为380V。得出的仿真结果如下：负载线电压波形uab如图4.6所示。图4.6展示了电机A、B相定子线电压波形uab。可见，线电压的最大值为Ud。根据正弦的给定，在一个周期内脉冲应当为两边窄中间宽，这在MATLAB中的放