一种基于空间矢量的同步调制方法技术

本发明专利技术提供一种基于空间矢量的同步调制方法，采样参考电压矢量的频率ｆ；由所述频率ｆ查频率与载波比的关系表，得到载波比Ｎ；由Δθ＝２π／Ｎ获得所述参考电压矢量经过的角度Δθ；由θ↓［ｍ］＝（Ｎ↓［ｔｈ］－１）×Δθ获得参考电压矢量调制的角度θ↓［ｍ］，Ｎ↓［ｔｈ］表示第几次采样；根据调制比－频率曲线得到调制比ｍ；由参考电压矢量调制的角度θ↓［ｍ］、经过的角度Δθ和调制比ｍ计算合成所述参考电压矢量的三个基本电压矢量的输出角度；将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ↓［ｆ］与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的基本电压矢量。本发明专利技术直接以角度为基准，避免了将角度换算成时间来计算，减少了计算步骤，在参考电压频率ｆ动态变化时，准确地保持同步调制角度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及矢量调制领域，特别涉及一种基于空间矢量的同步调制方法。
技术介绍
交流传动系统是指以电机为控制对象，通过变压变频(VVVF, Variable Voltage Variable Frequency)方式调节交流电机转速和转矩的一种新型传动系 统。交流传动系统一4殳由主回^各、控制系统和控制对象-交流电才几组成。主回 路包括直流母线、直流支撑电容、以及由功率半导体器件组成的变流器。控制 系统是构建在数字信号处理器(DSP, Digital Signal Processor)或中央处理器 (CPU, Central Processing Unit)等硬件平台上，运用滑差控制、磁场定向控制 或直接转矩控制等各种交流电机控制理论的实时控制系统，它通过对传动系统 中电机转速、电机电流和直流母线电压等信号的采集和处理，能够根据要求的 转速或转矩指令，控制主回路中功率半导体器件的通断来调节作用于电机的交 流电压的幅值和频率，实现对电机转速和转矩的控制。脉冲宽度调制(PWM, Pulse Width Modulation)是交流传动控制系统中一个 极其重要的组成部分，该部分的功能是根据输入的参考电压和当前直流母线电 压，控制调节主回路功率半导体器件通断的脉沖信号宽度，使主回路输出的基 波电压等于输入的参考电压。根据调制比的不同，PWM分为异步调制和同步 调制，异步调制时变流器开关频率保持不变。同步调制时，变流器开关频率同 变流器输出基波频率之间严格地保持比例关系，开关频率随着基波频率的变化 而变化。相对于异步调制，同步调制的一个显著优点是不仅能一直保持变流器 输出三相交流电压的对称，而且能够实现相电压的半波对称(HWS, Half Wave Symmetry)和四分之一波对称(QWS, Quarter Wave Symmetry) ， /人而减少^f氐 次谐波。同步调制常用于大功率传动系统的高速区。对于所述同步调制，目前主要有三角载波比较法和多边形轨迹跟踪法，下 面首先介绍三角形载波比较法。三角形载波比较法变流器的三相调制波与同一个三角载波比较以输出三 相PWM信号，而且三角形载波的频率与调制波的频率之比不变，保证变流器 开关频率同变流器输出基波频率之间严格保持比例关系。为了克服低频时开关频率过低，谐波增加，高频时开关频率过高，器件难以承受的缺点，采用分l殳 同步调制，即把变流器输出频率范围划分成若干个频率段，每个频率段内保持 载波比为恒值，不同频率段的载波比不同。参见图l,现有技术分段同步调制 示意图。图l中实线的斜率为载波比，随着调制波频率的增加而分段增加，上 面的虚线为变流器开关频率的上限。0~/或者/2~/3即为一个频率段。参见表 1,各个频率段的载波比。表l，各个频率段的载波比频率载波比见三角载波比较法分为以下步骤 步骤10k采样调制波的频率f。步骤102:由步骤l中的频率，查表1得到所述频率对应的载波比N。步骤103:根据上述载波比N,确定相应的角度A^:2;r/iV。步骤104 :根据上述角度得到调制波频率相应的定时值r = Ae/ = A6>/2< = l/iV/,并送第一定时器。步骤105:根据图2所示的现有技术调制比-频率曲线得到调制比m。调制比定义为附=^/^, ^为直流侧电压，^为参考电压矢量的幅值。 步骤106:查正弦表得到第一个U、 V、 W的正弦值。<formula>formula see original document page 6</formula>(D分别计算u、 v、 W相开关导步骤107:由公式通和关断的时间，并将关断时间送入第二、三、四定时器。其中，附为调制比，r为控制周期，7;为导通时间，7;'为关断时间，/为调制波频率<步骤108:开中断，读频率改变标志，如果改变，跳到步骤102,如果未改 变，继续判断。第一定时器中断步骤为判断采样次数是否是N,如果是，则采样调制波 的频率，并判断频率是否改变，如果频率改变，则置频率改变标志。如果采样 次数没有达到N，则查正弦表得到下一步U、 V、 W的正弦值。根据公式(1) 分别计算U、 V、 W相开关导通和关断的时间，并将关断时间送入定时器l、 2、第二、三、四定时器中断步骤为判断产生中断的定时器，定时器1为U 相，定时器2为V相，定时器3为W相。判断采样次数的奇偶，奇数输出开关信 号l，偶数输出开关信号O。更新定时值为导通时间。多边形轨迹跟踪法当电动机转速不是很低，定子电阻压降忽略可得，异 步电动机的定子电压e与定子磁链R的矢量关系为卩=与(^,) = ^^(咖/2) (2)，由公式(2)可得，当磁链幅值R—定时，R与角频率w成正比，方向与定子磁链^,正交。当磁链矢量在空间旋转一周时， 电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2;r，轨迹与磁链圆重合。这样， 交流电机旋转磁链的轨迹问题就转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。理想情 况下，希望磁链轨迹为一圓形，但两电平电压型变流器的电压空间矢量有P艮， 无法使磁链轨迹为一圆形，因此用与圆形最接近的多边形来代替圓形。下面以 正12边形为例说明多边形轨迹跟踪的变化。参见图3，现有技术多边形轨迹追 踪法中的正12边形。以正12边形代替圆形，其中的6条边可直接用非零电压矢 量产生，另外6条边则需要通过矢量合成的方式产生，得到30边形。参见图4， 现有技术多边形轨迹追踪法中的30边形磁链轨迹。随着调制波频率的提高，载波比下降，30边形转换为18边形，参见图5，现有技术多边形轨迹追踪法中的 18边形;兹链轨迹。最终变为6边形，进入方波。其具体步骤201 -205与三角载 波比较法步骤101-105相同，在此不再赘述，仅介绍后续不同的步骤。步骤206:根据公式<<formula>formula see original document page 8</formula>步骤207:进行零矢量的分割，确定每一小步矢量持续的时间并送緩冲区。 步骤208:送定时值T到第一定时器，并开中断。 步骤209:如果緩冲区的值被取走则执行下一步，否则等待。 步骤210:如果已经计算次数少于jV/6则跳到步骤207，否则跳到步骤201。 第一定时器中断步骤为取緩沖区数据，输出第一段的电压矢量，送第一 段电压矢量对应的时间到第二定时器。第二定时器的中断步骤为输出下一段的电压矢量，送下一段电压矢量对 应的时间到第二定时器。通过上述三角载波比较法和多变形轨迹追踪法，都是以时间为基准进行计 算，首先根据频率f确定载波比N,即采样数；再根据频率f和采样数N,确定采 样经过的角度a^，由经过的角度/^计算采样经过的时间T，根据公式(3)计 算PWM输出的时间，将相应的时间送入定时器，通过在相应的时间内输出相 应的电压矢量达到输出相应角度的目的。这两种方法都必须将角度换算成时间 来进行计算，再通过定时器达到输出PWM的目的，整个计算过程繁瑣，并且 根据调制波的频率确定定时值，但在这段时间内输入频率可能变化，这将导致 P観实际输出的角度与预定的角度不一致，这样同步调制的性能就变坏，甚至 达不到同步调制的目的。
技术实现思路
本专利技术的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间矢量的同步调制方法，其特征在于，包括：采样参考电压矢量的频率ｆ；由所述频率ｆ查频率与载波比的关系表，得到载波比Ｎ；由Δθ＝２π／Ｎ获得所述参考电压矢量经过的角度Δθ；由θ↓［ｍ］＝（Ｎ↓［ｔｈ］－１）×Δθ获得参 考电压矢量调制的角度θ↓［ｍ］，Ｎ↓［ｔｈ］表示第几次采样；根据调制比－频率曲线得到调制比ｍ；由参考电压矢量调制的角度θ↓［ｍ］、经过的角度Δθ和调制比ｍ计算合成所述参考电压矢量的三个基本电压矢量的输出角度；将所述参 考电压矢量角度θ的变化量Δθ↓［ｆ］与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的三个基本电压矢量；由所述输出相应的三个基本电压矢量合成与所述参考电压矢量一致的输出电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁荣军，李江红，陈高华，许为，陈华国，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]