專利名稱：混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法及基于fpga的調(diào)制器的制作方法
混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法及基于FPGA的調(diào)制器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬交流變頻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠降低諧波峰值的混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法及基于FPGA的調(diào)制器。
背景技術(shù)：
如

圖1所示的逆變器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)等變頻調(diào)速的場(chǎng)合。采用的脈寬調(diào)制(PWM)是基于“伏-秒平衡”的原理，用占空比不斷變換的電壓脈沖按照時(shí)間平均來(lái)等效命令電壓。調(diào)制策略的本質(zhì)是用一定的算法根據(jù)命令電壓計(jì)算出逆變器需要的6路開關(guān)信號(hào)高低電平跳變時(shí)刻，用邏輯電路產(chǎn)生6路脈沖信號(hào)，然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去打開或關(guān)閉功率開關(guān)管。正弦PWM (SPWM)是一種非常成熟、非常經(jīng)典的三相PWM，能夠輸出的基波電壓幅值為直流母線電壓的一半。空間電壓矢量PWM (SVPWM)的本質(zhì)是在SPWM的調(diào)制波上注入了三倍次諧波，因而提高了直流電壓的利用率，與SPWM相比提高了約15.4%。其把電機(jī)和逆變器看作整體，以獲得圓形磁鏈為目標(biāo)，具有母線電壓利用率高、諧波特性好、方便數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，目前在變頻調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)中占據(jù)統(tǒng)治地位。
現(xiàn)有技術(shù)常用的脈寬調(diào)制方法為:
每相上下兩個(gè)開關(guān)管成互補(bǔ)導(dǎo)通。不同的開關(guān)狀態(tài)可以形成8個(gè)基本的電壓矢量，包括6個(gè)非零基本電壓矢量(HmcT6)和2個(gè)零電壓矢量(氏爲(wèi))，如圖2所示。圖中:1表示上臂導(dǎo)通，O表示下臂導(dǎo)通。
6個(gè)非零基本電壓矢量為
權(quán)利要求
1.一種混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于，通過(guò)兩個(gè)隨機(jī)變量來(lái)控制基本電壓矢量的作用時(shí)間和脈沖定位，具體控制方式為，其中一個(gè)隨機(jī)變量通過(guò)控制兩個(gè)零矢量作用時(shí)間的分配比例來(lái)控制基本電壓矢量的作用時(shí)間，另一個(gè)隨機(jī)變量通過(guò)控制高電平最寬的脈沖的位置來(lái)進(jìn)行脈沖定位，所述兩個(gè)隨機(jī)變量體現(xiàn)為隨機(jī)數(shù)R1和R2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于，當(dāng)用于式(7)七段式作用方式下的電壓矢量脈寬調(diào)制時(shí)，兩個(gè)基本零電壓矢量的作用時(shí)間與脈沖位置受到隨機(jī)數(shù)R1和R,的控制，具體包括如下步驟:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于，所述步驟S2和S4中，隨機(jī)數(shù)R1和R2的生成方式是:用偽隨機(jī)數(shù)生成的公式，通過(guò)軟件編程實(shí)時(shí)產(chǎn)生來(lái)實(shí)現(xiàn)；或者，將取值范圍為O I的偽隨機(jī)數(shù)表存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中，再把偽隨機(jī)數(shù)從O I變換到所需的范圍從而生成所述隨機(jī)數(shù)R1和R2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于，所述步驟S4中，隨機(jī)數(shù)R2所處的區(qū)間[LK2]根據(jù)隨機(jī)數(shù)R1來(lái)確定，具體為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于:相電流采樣的時(shí)刻設(shè)定在每個(gè)調(diào)制周期的I處。
2
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于，為了提高電流測(cè)量的精度，可以使電流采樣時(shí)刻避開脈沖跳變的時(shí)刻以避免電流的測(cè)量受到脈沖跳變干擾的影響，具體方式為，電流采樣時(shí)刻與脈沖跳變時(shí)刻至少有一個(gè)S間隔。根據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)電流采樣誤差的要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察脈沖跳變對(duì)電流的影響，進(jìn)而確定延時(shí)S。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法，其特征在于:隨機(jī)數(shù)R2所處的區(qū)間[LK2]需要結(jié)合所述時(shí)間間隔S及隨機(jī)數(shù)R1來(lái)重新確定，具體為:
8.一種基于FPGA的調(diào)制器，其特征在于采用權(quán)利要求1-7中任一種調(diào)制方法，其主要包括一個(gè)周期寄存器、一個(gè)死區(qū)寄存器、兩組跳變時(shí)刻寄存器、一個(gè)計(jì)數(shù)及初值重裝載電路、一個(gè)寄存器組切換電路和一個(gè)脈沖產(chǎn)生電路， 所述周期寄存器，用來(lái)存放調(diào)制周期； 所述死區(qū)寄存器，用來(lái)設(shè)定死區(qū)時(shí)間； 兩組所述跳變時(shí)刻寄存器中均存放每相上臂脈沖跳變的時(shí)刻； 所述計(jì)數(shù)及初值重裝載電路包含一個(gè)計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器接受計(jì)數(shù)脈沖并根據(jù)脈沖進(jìn)行減I計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器減至0，再減I溢出時(shí)，輸出溢出信號(hào)脈沖，控制從周期寄存器重新裝載計(jì)數(shù)初值，開始下一周期的計(jì)數(shù)，溢出信號(hào)脈沖又送入D觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值送脈沖產(chǎn)生電路的比較器組； 所述寄存器組切換電路包括一個(gè)D觸發(fā)器和一個(gè)多路開關(guān)，該D觸發(fā)器接收來(lái)自計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)脈沖，以此控制兩組跳變時(shí)刻寄存器交替地通過(guò)多路開關(guān)接入脈沖產(chǎn)生電路的比較器組；所述脈沖產(chǎn)生電路包括一個(gè)比較器組和一個(gè)D觸發(fā)器組，該比較器組將接收自計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值與脈沖跳變時(shí)刻的設(shè)定值進(jìn)行比較，若相同，則通過(guò)D觸發(fā)器組中的D觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖的跳變，每相上臂比較時(shí)直接用相應(yīng)跳變時(shí)刻寄存器中脈沖跳變時(shí)刻的設(shè)定值，每相下臂比較時(shí)則需要將對(duì)應(yīng)跳變時(shí)刻寄存器中脈沖跳變時(shí)刻的設(shè)定值與死區(qū)寄存器中死區(qū)時(shí)間的值相加或相減之后再參與比較，以產(chǎn)生死區(qū)，避免開關(guān)管的打開和關(guān)斷的延時(shí)導(dǎo)致上下臂直通，兩組跳變時(shí)刻寄存器交替用于比較，若上一調(diào)制周期使用第一組跳變時(shí)刻寄存器，則本周期使用第二組跳變時(shí)刻寄存器，下周期再使用第一組跳變時(shí)刻寄存器，在當(dāng)前調(diào)制周期結(jié)束時(shí)刻或下一調(diào)制周期開始時(shí)刻，兩組跳變時(shí)刻寄存器狀態(tài)切換，在當(dāng)前調(diào)制周期參與比較的一組跳變時(shí)刻寄存器變?yōu)椴槐容^狀態(tài)，并為賦值做準(zhǔn)備，在當(dāng)前調(diào)制周期賦值的跳變時(shí)刻寄存器變?yōu)楸容^狀態(tài)，準(zhǔn)備參與比較，兩組跳變時(shí)刻寄存器交替比較來(lái)產(chǎn)生控制脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于FPGA的調(diào)制器，其特征在于: 每組跳變時(shí)刻寄存器中有6個(gè)跳變時(shí)刻寄存器， 每組中有兩個(gè)跳變時(shí)刻寄存器控制A相，一個(gè)是控制前沿的脈沖前沿跳變時(shí)刻寄存器，另一個(gè)是控制后沿的后跳變時(shí)刻寄存器， 每組中有兩個(gè)跳變時(shí)刻寄存器控制B相，一個(gè)是控制前沿的脈沖前沿跳變時(shí)刻寄存器，另一個(gè)是控制后沿的后跳變時(shí)刻寄存器， 每組中有兩個(gè)跳變時(shí)刻寄存器控制C相，一個(gè)是控制前沿的脈沖前沿跳變時(shí)刻寄存器，另一個(gè)是控制后沿的后跳變時(shí)刻寄存器； D觸發(fā)器組(42)包含6個(gè)D觸發(fā)器，分別對(duì)應(yīng)6路脈沖； 比較器組中包含6個(gè)比較器，分別對(duì)應(yīng)D觸發(fā)器組(42)的6個(gè)D觸發(fā)器， 其中3個(gè)比較器對(duì)應(yīng)三相的上臂，每個(gè)有3個(gè)輸入和一個(gè)輸出，這3個(gè)輸入分別接:計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值輸出線、多路開關(guān)輸出的脈沖前沿跳變時(shí)刻寄存器和多路開關(guān)輸出的后跳變時(shí)刻寄存器， 其中3個(gè)比較器對(duì)應(yīng)三相的下臂，每個(gè)有4個(gè)輸入和一個(gè)輸出，這四個(gè)輸入分別接:計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值輸出線、多路開關(guān)輸出`的脈沖前沿跳變時(shí)刻寄存器、多路開關(guān)輸出的后跳變時(shí)刻寄存器和死區(qū)寄存器13。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的基于FPGA的調(diào)制器，其特征在于，其是通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)的，其運(yùn)用了 FPGA的并行特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合隨機(jī)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法及基于FPGA的調(diào)制器，該方法通過(guò)兩個(gè)隨機(jī)變量來(lái)控制基本電壓矢量的作用時(shí)間和脈沖定位，其中一個(gè)隨機(jī)變量通過(guò)控制兩個(gè)零矢量作用時(shí)間的分配比例來(lái)控制基本電壓矢量的作用時(shí)間，另一個(gè)通過(guò)控制高電平最寬的脈沖的位置來(lái)進(jìn)行脈沖定位，該調(diào)制器包括一個(gè)周期寄存器、一個(gè)死區(qū)寄存器、兩組跳變時(shí)刻寄存器、一個(gè)計(jì)數(shù)及初值重裝載電路、一個(gè)寄存器組切換電路和一個(gè)脈沖產(chǎn)生電路，通過(guò)兩組跳變時(shí)刻寄存器的交替比較產(chǎn)生非對(duì)稱的控制脈沖。本發(fā)明的調(diào)制方法和調(diào)制器能夠在保證基波電壓、開關(guān)次數(shù)等不變的前提下，顯著降低離散集簇頻譜的大的峰值，及由此導(dǎo)致的機(jī)械振動(dòng)、聲頻噪聲、電磁輻射等。
文檔編號(hào)H02M1/12GK103166438SQ201310116179
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者陳國(guó)強(qiáng), 康件麗, 黃俊杰, 張明軍, 孫付偉, 趙俊偉 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)