一种带有选择器的差值电压空间矢量调制方法

摘要

本发明公开了一种带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，包括：步骤1：利用电机反馈回来的转子角度值θ的大小确定参考电压空间矢量Vref所处的扇区位置；步骤2：利用电机反馈回来的直轴和交轴电压值Ud、Uq进行坐标变换得出三相电压值Va、Vb、Vc；步骤3：根据三相电压值Va、Vb、Vc求得导通时间的辅助变量X、Y、Z；步骤4：根据扇区的不同，从辅助变量X、Y、Z中进行选择，分别求出某一扇区内两相邻基本电压空间矢量Vi、Vi+1的作用时间Ti、Ti+1。利用本发明，避免了传统的Ud、Uq到Ua、Uβ的Park逆变换以及辅助三相120坐标系进行扇区判断，减少一次坐标变换的运算过程，提高了转换效率，大大的节省了计算量，使得实时控制性更加突出。

权利要求

1.一种带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，其特征在于，包括：步骤1：利用电机反馈回来的转子角度值θ的大小确定参考电压空间矢量Vref所处的扇区位置；

步骤2：利用电机反馈回来的直轴和交轴电压值Ud、Uq进行坐标变换得出三相电压值Va、Vb、Vc；

步骤3：根据三相电压值Va、Vb、Vc求得导通时间的辅助变量X、Y、Z；

步骤4：根据扇区的不同，从辅助变量X、Y、Z中进行选择，分别求出某一扇区内两相邻基本电压空间矢量Vi、Vi+1的作用时间Ti、Ti+1；

其中，所述步骤3中，是利用公式 得到辅助变量X、Y、Z的值，其中Va、Vb、Vc为三相电压值，Vdc为直流母线电压，T为开关频率；

所述步骤4中，是根据下表通过直接使用选择器选择扇区，得到不同扇区两相邻电压空间矢量Vi、Vi+1的作用时间Ti、Ti+1；

扇区 1 2 3 4 5 6 Ti -X X Z -Z -Y Y Ti+1 Z Y -Y X -X -Z。

2.根据权利要求1所述的带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，其特征在于，所述步骤1中，是利用公式 得到Vref所在的扇区位置，其中，θ为反馈回来的转子位置信号。

3.根据权利要求1所述的带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，其特征在于，所述步骤2中，是利用公式 实现坐标变换将两相直交轴电压Ud、Uq变换至三相电压Va、Vb、Vc。

4.根据权利要求1所述的带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，其特征在于，该方法还包括：步骤5：由Ti、Ti+1计算得到taon、tbon、tcon；

步骤6：根据扇区的不同进行选择，得到对应上下桥臂的导通时间Tcm1、Tcm2、Tcm3；

步骤7：根据不同扇区基本电压空间矢量的组合及作用时间，通过控制该扇区三级逆变器的开关模式，使转子按照预先设定的频率和幅度进行圆形旋转，最终实现PWM信号输出。

说明书

一种带有选择器的差值电压空间矢量调制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及永磁同步电机驱动控制中的电压空间矢量调制(SVPWM)技术领域，具体来说，本发明是对传统的电压空间矢量调制方法进行改进，提供了一种带有选择器的差值电压空间矢量调制方法。

背景技术

[0002] 空间矢量脉宽调制(SVPWM)的思想在上世纪70年代首次由Van DerBroeck提出，其理论和方法在后来得到了很大的发展。目前SVPWM是一种最流行的永磁同步电机高性能交流伺服驱动系统实现技术之一。

[0003] 传统的SVPWM控制方法，首先需要进行Park变换，将反馈回来的d-q坐标系下的值转化成α-β坐标系下的值，通过Vα、Vβ构成的辅助参量进行参考空间电压矢量所在扇区的判别和某一扇区内两相邻基本电压空间矢量Vi、Vi+1的作用时间Ti、Ti+1，然后计算taon、tbon、tcon，最后根据扇区的不同从taon、tbon、tcon中选择上桥臂的导通时间Tcm1、Tcm2、Tcm3，下桥臂的导通时间为Tcm1、Tcm2、Tcm3的互补信号，从而产生六路PWM开关信号驱动永磁同步电机。

[0004] 从上面过程可以看出，传统的SVPWM中涉及的计算量过多，包括坐标转换以及三角函数的求解，这些复杂的计算过程导致SVPWM方法效率较低，不利于电机的实时控制。

[0005] 近些年，许多学者致力于研究SVPWM改进方法，从很多方面进行了改进。比如说，从扇区的判断的角度，直接利用Vα、Vβ的值和极性进行判断；从计算作用时间Ti、Ti+1的角度，利用不同扇区形成的不同矩阵进行计算。在这些方法中，差值型SVPWM方法直接利用三相电压值进行求解开关信号大大的简化了计算复杂度。但是该方法不仅需要判断Va、Vb、Vc的大小关系确定所在扇区，而且需要通过求解Va、Vb、Vc的最大最小值进行基本电压空间矢量作用时间的求解。这些改进方法在计算复杂度和实时控制方面都有了很大的改进。但是，依然无法避免计算量较大的问题。

[0006] 因此，进行相关的方法改进和优化，以便于硬件环境的实现是技术发展和推广的必然要求。

发明内容

[0007] (一)要解决的技术问题

[0008] 针对现有技术存在的不足，本发明的主要目的是提供一种带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，以提高控制效率，减少中间运算量。

[0009] (二)技术方案

[0010] 为达到上述目的，本发明提供了一种带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，包括：

[0011] 步骤1：利用电机反馈回来的转子角度值θ的大小确定参考电压空间矢量Vref所处的扇区位置；

[0012] 步骤2：利用电机反馈回来的直轴和交轴电压值Ud、Uq进行坐标变换得出三相电压值Va、Vb、Vc；

[0013] 步骤3：根据三相电压值Va、Vb、Vc求得导通时间的辅助变量X、Y、Z；

[0014] 步骤4：根据扇区的不同，从辅助变量X、Y、Z中进行选择，分别求出某一扇区内两相邻基本电压空间矢量Vi、Vi+1的作用时间Ti、Ti+1。

[0015] 上述方案中，所述步骤1中，利用公式 得到Vref所在的扇区位置N，其中，θ为反馈回来的转子位置信号，N为运算得出的基于本发明的扇区值。

[0016] 上 述 方 案 中， 所 述 步 骤 2 中， 是 利 用 公 式实现坐标变换将两相直交轴电压
Ud、Uq变换至三相电压Va、Vb、Vc。

[0017] 上述方案中，所述步骤3中，利用公式 得到辅助变量X、Y、Z的值，其中Va、Vb、Vc为三相电压值，Vdc为直流母线电压，T为开关频率。

[0018] 上述方案中，所述步骤4中，通过直接使用选择器选择扇区，得到不同扇区两相邻电压空间矢量Vi、Vi+1的作用时间Ti、Ti+1。

[0019] 上述方案中，该方法还包括：

[0020] 步骤5：由Ti、Ti+1计算得到taon、tbon、tcon；

[0021] 步骤6：根据扇区的不同进行选择，得到对应上下桥臂的导通时间Tcm1、Tcm2、Tcm3；

[0022] 步骤7：根据不同扇区基本电压空间矢量的组合及作用时间，通过控制该扇区三级逆变器的开关模式，使转子按照预先设定的频率和幅度进行圆形旋转，最终实现PWM信号输出。

[0023] (三)有益效果

[0024] 1、本发明提供的带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，避免了传统的Ud、Uq到Uα、Uβ的Park逆变换以及辅助三相120坐标系进行扇区判断，减少一次坐标变换的运算过程，提高了转换效率，同时后边的导通时间的判定过程也避开了对三相120坐标系的需求。

[0025] 2、本发明提供的带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，根据三相电压Va、Vb、Vc进行导通时间的计算过程中，避免了判断三相电压Va、Vb、Vc的大小关系，不需要在每个扇区计算三相电压Va、Vb、Vc的最大值、最小值，直接利用选择器进行开关波形的生成，大大的节省了计算量，使得实时控制性更加突出。

附图说明

[0026] 图1是本发明提供的带有选择器的差值电压空间矢量调制方法流程图；

[0027] 图2是基于本发明的整个SVPWM方法实现过程中的信号图；

[0028] 图3是以反馈角θ为50°为例得出的最终控制信号图。

具体实施方式

[0029] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

[0030] 如图1所示，图1是本发明提供的带有选择器的差值电压空间矢量调制方法流程图，该方法包括以下步骤：

[0031] 步骤1：利用电机反馈回来的转子角度值θ的大小确定参考电压空间矢量Vref所处的扇区位置；

[0032] 步骤2：利用电机反馈回来的直轴和交轴电压值Ud、Uq进行坐标变换得出三相电压值Va、Vb、Vc；

[0033] 步骤3：根据三相电压值Va、Vb、Vc求得导通时间的辅助变量X、Y、Z；

[0034] 步骤4：根据扇区的不同，从辅助变量X、Y、Z中进行选择，分别求出某一扇区内两相邻基本电压空间矢量Vi、Vi+1的作用时间Ti、Ti+1；

[0035] 步骤5：由Ti、Ti+1计算得到taon、tbon、tcon；

[0036] 步骤6：根据扇区的不同进行选择，得到对应上下桥臂的导通时间Tcm1、Tcm2、Tcm3；

[0037] 步骤7：根据不同扇区基本电压空间矢量的组合及作用时间，通过控制该扇区三级逆变器的开关模式，使转子按照预先设定的频率和幅度进行圆形旋转，最终实现PWM信号输出。

[0038] 其中，所述步骤1中，是利用公式 得到Vref所在的扇区位置N，其中，θ为反馈回来的转子位置信号，N为运算得出的基于本发明的扇区值。

[0039] 所 述 步 骤 2 中 ， 是 利 用 公 式实现坐标变换将两相直交轴电压
Ud、Uq变换至三相电压Va、Vb、Vc。

[0040] 所述步骤3中，是利用公式 得到辅助变量X、Y、Z的值，其中Va、Vb、Vc为三相电压值，Vdc为直流母线电压。

[0041] 所述步骤4中，是通过直接使用选择器选择扇区，得到不同扇区两邻电压空间矢量Vi、Vi+1的作用时间Ti、Ti+1。

[0042] 另外，步骤5、6和7中仍然采用传统的实现方式，由于这些步骤的计算量相对较小，同时可以跟发明方法进行完全衔接，因此也不会对算法的适用范围带来影响。

[0043] 本发明提供的这种带有选择器的差值电压空间矢量调制方法，通过加入两个选择器，使得SVPWM方法的计算复杂度大大降低，减少了计算时间。

[0044] 表1示出了根据反馈回来的转子位置信号进行参考空间电压矢量所在扇区的判断表，转子的转角从0°到360°转动，将0°至360°划分成6个扇区，分别为第一扇区到第六扇区。

[0045]扇区 划分角度
I 0°-60°
II 60°-120°
III 120°-180°
IV 180°-240°
V 240°-300°
VI 300°-360°

[0046] 表1

[0047] 表2示出了根据扇区选择导通时间结果表，由于同一扇区内两相邻基本电压空间矢量Vi、Vi+1的作用时间Ti、Ti+1是根据参考电压空间矢量所在的扇区选择辅助参量X、Y、Z中值得到的。在此，增加选择器，直接从已经计算好的结果中选出需要的值，即可得到作用时间。

[0048]扇区 1 2 3 4 5 6
T1 -X X Z -Z -Y Y
T2 Z Y -Y X -X -Z

[0049] 表2

[0050] 以上为本发明在SVPWM方法中针对部分具体方法的的主要实现过程，其他模块仍然沿用传统SVPWM方法实现，以完成整个过程，输出PWM波形。

[0051] 完成上面阐述的计算过程后，下一步根据作用时间Ti、Ti+1即可计算

[0052] 然后通过选择器直接得到开关的波形信号，见表3。Tcm1、Tcm2、Tcm3即为上桥臂的开关信号，对这三个信号取反就可以得到下桥臂的开关信号。这样，6路PWM开关信号即可全部得到。

[0053]扇区 1 2 3 4 5 6
Tcm1 taon tbon tcon tcon tbon taon
Tcm2 tbon taon taon tbon tcon tcon
Tcm3 tcon tcon tbon taon taon tbon

[0054] 表3

[0055] 图2即为基于本发明的整个SVPWM方法实现过程中的信号图，图3为以反馈角θ为50°为例得出的最终控制信号图。首先通过步骤1的计算可以得到N＝1，确定参考电压空间矢量在第一扇区，N＝1即为选择器信号，根据反馈得到的三相电压值Va、Vb、Vc得到辅助参量X、Y、Z的值，根据N＝1进行第一扇区相邻两电压作用时间的选择，然后进行taon、tbon、tcon的求解，再次根据N＝1作为选择信号，输出开关波形。

[0056] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。