一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法技术

本发明专利技术公开了一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法，属于多相电机驱动控制的技术领域。本发明专利技术选取围成基波参考电压矢量所属扇区的两个大矢量和两个中矢量以合成基波参考电压矢量；由所选两个大矢量和两个中矢量在三次谐波空间对应的电压矢量合成三次谐波参考电压矢量；在计算矢量作用时间时，在每一个采样周期内，保持采样周期不变，随机延时PWM脉冲并随机分配两个零矢量作用时间，实现开关频率和零矢量作用时间的双随机。本发明专利技术公开的方法在驱动电机时能够将基波电流和三次谐波电流产生的转矩分量线性叠加，从而提高系统的转矩密度，在不影响低频段谐波性能的情况下，大大降低高次谐波的幅值，抑制电磁干扰和高频噪声，提高系统的电磁兼容性。

【技术实现步骤摘要】
一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法
本专利技术公开了一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法，尤其涉及一种能够同时控制基波和三次谐波输出且开关频率和零矢量作用时间双随机的五相逆变器SVPWM方法，属于多相电机驱动控制的

技术介绍
随着现代电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，由逆变器驱动的电机系统已经摆脱了三相电网的限制，鉴于三相电机系统在大功率、低压大电流等应用领域出现的一系列问题，多相电机系统逐渐受到越来越多的关注。多相电机系统相比于三相电机系统具有容错性强、可靠性高、转矩脉动小等优点，适用于航空航天、船舰推进、电动汽车等大功率、可靠性要求高且性能要求高的场合。相数的增加使多相电机可以提供比三相电机更多的控制自由度，利用增加的自由度并通过注入谐波分量的方法可以提高电机的功率和转矩密度，基本理论依据是相同次数的空间(磁场)和时间(电流)谐波相互作用产生的转矩分量与基波产生的转矩分量旋转频率相同，因而可以线性叠加基波电流和高次谐波电流产生的转矩，同时，气隙磁势及磁密峰值的降低能够有效地降低铁心的饱和程度，提高铁磁材料的利用率。这种非正弦供电技术对提高多相电机驱动系统的整体性能具有重要意义，也对实现多相电机驱动的基础和关键技术-调制技术提出了要求。由于空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulation，SVPWM)算法具有清晰的物理概念及直观的计算过程，且便于数字化控制的实现，许多学者针对多相系统提出了多相逆变器非正弦SVPWM方法。但是，目前的多相逆变器非正弦SVPWM方法都采用固定的开关频率控制功率器件的开通和关断，固定的开关频率会使输出的电压电流存在大量高次谐波，尤其是在开关频率及其整数倍处，这使得系统电磁兼容性下降并产生明显的高频噪声。随机调制技术作为一种优化的硬开关调制技术，通过引入随机因子到开关电路的PWM调制，能够将集中的谐波能量分散，有效降低高次谐波的幅值，得到更加连续的功率谱，从而减小高频噪声，有效抑制传导EMI，提高电磁兼容性。目前对于随机调制技术的研究仅限于三相系统及其子系统，没有将其应用于非三相子系统构成的多相系统，而针对多相逆变器的非正弦SVPWM方法还没有考虑到高频性能的改善，传统PWM的固有问题-电磁干扰以及谐波能量的集中分布等依然存在。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法，在同时控制五相逆变器输出基波和三次谐波的基础上，实现了开关周期和零矢量作用时间的同时随机化，改善了五相逆变器的高频性能及谐波能量集中分布的特性，解决了现有多相逆变器的空间矢量脉宽调制方法还没有考虑到高频性能的改善以及传统PWM的固有问题依然存在的技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法，包括如下步骤：A、确定基波参考电压矢量所属扇区，在基波空间内选取离基波参考电压矢量最近的两个大矢量和两个中矢量合成基波参考电压矢量；B、由基波空间内选取的两个大矢量和两个中矢量在三次谐波空间所对应的四个电压矢量合成三次谐波参考电压矢量；C、根据在基波空间内所选的两个大矢量、两个中矢量以及实现非正弦供电的目的确定在基波空间内所选两个大矢量的作用时间和两个中矢量的作用时间；D、在保持采样频率不变的情况下，随机延时PWM脉冲以实现开关周期的随机化；E、根据开关周期随机值和在基波空间内所选两个大矢量的作用时间以及两个中矢量的作用时间得到零矢量作用时间之和，随机分配零矢量作用时间之和得到各零矢量的作用时间。进一步的，五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法中，步骤A的具体方法为：当基波参考电压矢量落在基波空间某一扇区时，在基波空间内选取离基波参考电压矢量最近的两个大矢量和两个中矢量合成基波参考电压矢量：为基波参考电压矢量，分别为在基波空间内所选的最近两个大矢量，分别为在基波空间内所选最近两个大矢量的作用时间，分别为在基波空间内所选的最近两个中矢量，分别为在基波空间内所选最近两个中矢量的作用时间，Tsw为开关周期随机值。再进一步的，五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法中，步骤B的具体方法为：在基波空间内所选的最近两个大矢量分别对应于三次谐波空间的两个小矢量在基波空间内所选的最近两个中矢量分别对应于三次谐波空间的两个中矢量根据所述三次谐波空间的两个小矢量和两个中矢量合成三次谐波参考电压矢量：为三次谐波参考电压矢量，分别为三次谐波空间两个小矢量的作用时间，分别为三次谐波空间两个中矢量的作用时间。更进一步的，五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法中，步骤C的具体方法为：依据方程：求解在基波空间内所选最近两个大矢量作用时间的值和最近两个中矢量作用时间的值，t3和t2分别为在基波空间内所选最近两个大矢量作用时间和的值、t1和t4分别为在基波空间内所选最近两个中矢量作用时间和的值，UL、UM、US分别为大矢量、中矢量、小矢量的幅值，UL＝0.6472UDC，UM＝0.4UDC，US＝0.2472UDC，UDC为直流母线电压，为基波参考电压矢量在基波空间两正交轴上的投影分量，为三次谐波参考电压矢量在三次谐波空间两正交轴上的投影分量。进一步的，五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法中，步骤D的具体方法为：保持采样频率不变，以开关频率为随机因子，随机延时PWM脉冲得到开关频率随机值fsw：再由开关频率和开关周期互为倒数的数学关系得到开关周期随机值Tsw：rand()为生成[0，1]范围内随机数的函数，fsamp为采样频率，fswmin为设置的开关频率最小值，z-1为复变量。再进一步的，五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法中，步骤E的具体方法为：由表达式：t0＝Tsw-t1-t2-t3-t4得到零矢量作用时间之和t0，再由表达式：随机分配各零矢量的作用时间tz1和tz2。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：1.本专利技术公开的非正弦SVPWM方法在调制的过程中合成三次谐波分量，能够同时控制五相逆变器输出基波和三次谐波，两者分别与驱动对象电机转子上的基波磁场和三次谐波磁场作用产生可以线性叠加的转矩，从而提高电机的转矩和功率密度。2.本专利技术在五相逆变器非正弦SVPWM算法里以开关频率为随机因子，通过随机延时PWM脉冲实现开关周期的随机化，零矢量作用时间是根据开关周期随机值和有效电压矢量作用时间确定的零矢量作用时间之和随机分配得到的，实现了零矢量作用时间的双重随机化，在不影响低频段谐波性能的情况下，大大降低了高次谐波的幅值，将原本集中在开关频率及其整数倍周围的谐波分散到更宽的频谱范围内，改善了谐波能量集中分布的特性，有效抑制了电磁干扰和高频噪声，提高了系统的电磁兼容性。3.此种实现方法直接对谐波源进行控制，能够有效抑制电磁干扰，不需要改变电路的拓扑结构，对系统的硬件设计也没有额外要求，即在不增加系统硬件成本的条件下就能实现多相逆变器的非正弦随机SVPWM。4.本专利技术提出的随机调制方法不影响调节器的性能，特别适用于数字控制系统。附图说明图1为五相电压源逆变器的拓扑结构。图2(a)、图2(b)分别为五相逆变器空间电压矢量在基波空间α1-β1、三次谐波空间α3-β3的分布图。图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法，其特征在于，包括如下步骤：A、确定基波参考电压矢量所属扇区，在基波空间内选取离基波参考电压矢量最近的两个大矢量和两个中矢量合成基波参考电压矢量；B、由基波空间内选取的两个大矢量和两个中矢量在三次谐波空间所对应的四个电压矢量合成三次谐波参考电压矢量；C、根据在基波空间内所选的两个大矢量、两个中矢量以及实现非正弦供电的目的确定在基波空间内所选两个大矢量的作用时间和两个中矢量的作用时间；D、在保持采样频率不变的情况下，随机延时PWM脉冲以实现开关周期的随机化；E、根据开关周期随机值和在基波空间内所选两个大矢量的作用时间以及两个中矢量的作用时间得到零矢量作用时间之和，随机分配零矢量作用时间之和得到各零矢量的作用时间。

【技术特征摘要】
1.一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法，其特征在于，包括如下步骤：A、确定基波参考电压矢量所属扇区，在基波空间内选取离基波参考电压矢量最近的两个大矢量和两个中矢量合成基波参考电压矢量；B、由基波空间内选取的两个大矢量和两个中矢量在三次谐波空间所对应的四个电压矢量合成三次谐波参考电压矢量；C、根据在基波空间内所选的两个大矢量、两个中矢量以及实现非正弦供电的目的确定在基波空间内所选两个大矢量的作用时间和两个中矢量的作用时间；D、在保持采样频率不变的情况下，随机延时PWM脉冲以实现开关周期的随机化；E、根据开关周期随机值和在基波空间内所选两个大矢量的作用时间以及两个中矢量的作用时间得到零矢量作用时间之和，随机分配零矢量作用时间之和得到各零矢量的作用时间。2.根据权利要求1所述一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法，其特征在于，步骤A的具体方法为：当基波参考电压矢量落在基波空间某一扇区时，在基波空间内选取离基波参考电压矢量最近的两个大矢量和两个中矢量合成基波参考电压矢量：为基波参考电压矢量，分别为在基波空间内所选的最近两个大矢量，分别为在基波空间内所选最近两个大矢量的作用时间，分别为在基波空间内所选的最近两个中矢量，分别为在基波空间内所选最近两个中矢量的作用时间，Tsw为开关周期随机值。3.根据权利要求2所述一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法，其特征在于，步骤B的具体方法为：在基波空间内所选的最近两个大矢量分别对应于三次谐波空间的两个小矢量在基波空间内所选的最近两个中矢量分别对应于三次谐波空间的两个中矢量根据所述三次谐波空间的两个小矢量和两个中矢量合成三次谐波参考电压矢量：为三次谐波参考电压矢量，分别为三次谐波空间两个小矢量的作用时间，分别为三次谐波空间两个中矢量的作用时间。4.根据权利要求3所述一种五相逆变器非正弦随机SVPWM调制方法，其特征在于，步骤C的具体方法为：依据方程：

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琳，卜飞飞，浦天宇，黄文新，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32