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     （洛陽理工學(xué)院，河南 洛陽 471023姬宣德，陳朝輝，辛伊波
                      
    姬宣德（1980-）男，河南洛陽人，碩士，講師,從事自動控制理論的研究工作。

    摘要：本文介紹了電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)基本原理，討論了電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的兩種開關(guān)模式，利用MATLAB對其兩種開關(guān)模式的調(diào)制波進(jìn)行了建模，并進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果證明了兩種開關(guān)模式調(diào)制波的正確性。

    關(guān)鍵詞：SVPWM；軟件開關(guān)模式；硬件開關(guān)模式

    Abstract: This article describes the basic principles of the voltage space vector pulse width modulation technology, and Discusses it’s two kinds of switchmodes,its two kinds of switch-mode modulation waves were modeled and simulated, Simulation results showed the two kinds of switch-mode modulation wave was correct.

    Key words: SVPWM; Software Switching Patern; Hardware Switching Patern

    1 引言

    隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，PWM逆變器在電氣傳動中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。SVPWM是一種優(yōu)化的PWM技術(shù)，能明顯減小逆變器輸出電流的諧波成分及電動機(jī)的諧波損耗，降低脈沖轉(zhuǎn)矩，且其控制簡單，數(shù)字化實現(xiàn)方便，電壓利用率高，已有取代傳統(tǒng)SPWM的趨勢。PWM 技術(shù)都是調(diào)制波與載波的合成，SVPWM技術(shù)有兩種開關(guān)模式，即軟件開關(guān)模式和硬件開關(guān)模式。軟件開關(guān)模式的調(diào)制波利用計算公式可以很方便地推到出來，利用仿真工具可以直接實現(xiàn)其調(diào)制波形；而硬件開關(guān)模式由于TMS320LF2407DSP的事件管理器中有專門的硬件（空間矢量狀態(tài)機(jī)）來支持此方法，因此，直接得到硬件開關(guān)模式下的調(diào)制波很不容易。本文提出一種方法，非常方便地推導(dǎo)出硬件開關(guān)模式下的調(diào)制波，并利用仿真工具實現(xiàn)調(diào)制波的輸出。

    2 SVPWM調(diào)制的基本原理

    2.1 基本原理

    空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)（SVPWM）[1]是從電動機(jī)的角度出發(fā)，把電機(jī)和PWM逆變器看成一體，著眼于如何使電動機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁鏈為目標(biāo)，它以三相對稱正弦電壓供電時交流電動機(jī)的理想磁鏈圓為基準(zhǔn)，即逆變器不同的開關(guān)模式產(chǎn)生的磁鏈來逼近基準(zhǔn)磁鏈圓形，從而達(dá)到較高的控制性能。180度導(dǎo)通電壓型逆變器有八種開關(guān)模式，分別對應(yīng)著八個空間矢量，其中六個有效電壓空間矢量和兩個零電壓空間矢量。SVPWM的目標(biāo)就是通過控制這些基本空間矢量的組合，使電壓空間矢量按一定的規(guī)律圓形旋轉(zhuǎn)。

    2.2 T1與T2的確定

    T1與T2的確定可以利用參考文獻(xiàn)[6]得到：

    T1= TpKpsin（x+60.-ωt）

    T2= TpKpsin（ωt-x） （1）

    式（1）中，Tp為載波周期，Kp為調(diào)制度。式（1）求出了電壓矢量的作用時間，只要知道載波周期Tp就可以求出電壓矢量的作用時間T1與T2。

    3 SVPWM開關(guān)模式

    實現(xiàn)SVPWM的開關(guān)方式有兩種，一種是硬件開關(guān)模式，一種是軟件開關(guān)模式。無論哪一種方式在每個載波周期中必須解決Ux、Ux+60、U000、U111的開關(guān)次序問題。不同的開關(guān)方式將產(chǎn)生不同的調(diào)制輸出波形。

    3.1 軟件開關(guān)模式

                           表1  軟件開關(guān)模式確定的開關(guān)順序表
                           

    表1給出了軟件開關(guān)模式的開關(guān)順序表，把SVPWM的計算結(jié)果（矢量選擇和作用時間）轉(zhuǎn)化成每相管腳對應(yīng)的脈寬作用時間，再分配到相應(yīng)的比較寄存器。

                               表2 軟件開關(guān)模式下的占空比分配表
                             

    這種開關(guān)模式可以U000、Ux、Ux+60、 U111、U111、Ux+60、Ux、U000用表示，這里x可以為0°、60°、120°、180°、240°、300°，以x=0°為例，可以畫出軟件開關(guān)模式下的開關(guān)序列、逆變器三相電壓波形如圖1所示。TON通過表1可以看出，為了滿足開關(guān)損耗最小原則，2、4、6區(qū)間的主輔矢量作用時間順序需要改變，即式（1）中的T1與T2需要互換一下。這樣才使得軟件開關(guān)模式絕對以U000開始，又以U000結(jié)束，每一次狀態(tài)改變只需一個橋臂功率器件。為了準(zhǔn)確實現(xiàn)作用時間T1與T2的互換，要確定占空比參量Taon、 Tbon、Tcon的值。

    由于SVPWM的波形是對稱實現(xiàn)，因此PWMPRD=TP/2，PWMPRD周期寄存器的周期值；這樣可以定義占空比參量Taon、Tbon、Tcon：

    T1= TpKpsin（x+60.-ωt）

    T2= TpKpsin（ωt-x）

    Taon=（1- T1- T2）×PWMPRD/2

    Tbon= Taon+ T1×PWMPRD

    Tcon= Tbon+ T2×PWMPRD

      最后，可以確定實際控制所需要的三相PWM波的占空比Taon、 Tbon、Tcon，如表2所示。

                        
                                    圖1 軟件開關(guān)模式下開關(guān)序列

                                 
                                 圖2 硬件開關(guān)模式下開關(guān)序列                  
   
    3.2 硬件開關(guān)模式

    表3給出了硬件開關(guān)模式的開關(guān)順序表，在TMS320LF2407DSP的事件管理器中有專門的硬件（空間矢量狀態(tài)機(jī)）來支持此方法，只需把主矢量填入比較方式控制寄存器（ACTRA/B）中的基本空間矢量位、把主輔矢量的作用時間T1與T2填入比較單元的比較寄存器（CMPR1、CMPR2/ CMPR4、CMPR5），就可以實現(xiàn)SVPWM。

                 

    這種開關(guān)模式可以用Ux、Ux+60、U111/U000、U111/U000、Ux+60、Ux表示，這里可以為0°、60°、120°、180°、240°、300°，以x=0°為例，可以畫出軟件開關(guān)模式下的開關(guān)序列和逆變器三相電壓波形，如圖2所示。

                     

    通過表3可以看出，主輔矢量作用時間的順序不用改變就可以滿足開關(guān)損耗最小原則。實際控制所需要的三相PWM波的占空比Taon、 Tbon、Tcon如表4。推導(dǎo)過程如下：

    T1= TpKpsin(x+60°- ωt)

    T2= TpKpsin(ωt-x)

    T0=0×PWMPRD/2

    T01=（0+ T1）×PWMPRD

    T012=（0+T1+ T2）×PWMPRD

    T1=1×PWMPRD/2

    T11=（1- T1）×PWMPRD

    T112=（1-T1- T2）×PWMPRD

    4 仿真結(jié)果分析與結(jié)論

   

                             
                          圖3軟件開關(guān)模式的調(diào)制波波形（25Hz）
                             
                         圖4軟件開關(guān)模式的調(diào)制波波形（50Hz）
                           
                         圖5硬軟件開關(guān)模式的調(diào)制波波形（25 H）
                           |
                      圖6硬件開關(guān)模式的調(diào)制波波形（50 Hz）
                       
                圖7 硬件開關(guān)模式下調(diào)制度分別為0.3，0.5，0.7，1.0時的調(diào)制波波形

    仿真結(jié)果圖如圖3至圖7所示，從圖3至圖4中可以看出軟件開關(guān)模式下的相電壓調(diào)制波波形類似馬鞍波，與SPWM中加上三次諧波的波形很相似；從圖5至圖6中可以看出硬件開關(guān)模式下的相電壓調(diào)制波波形有1/3周期時間，或處于最高或處于最低。因此大大降低了開關(guān)頻率。從圖7中可以看出，硬件開關(guān)模式下的相電壓調(diào)制波波形隨著調(diào)制度的減少，相電壓調(diào)制波波形幅值在減小，但是在一個周期內(nèi)有1/3周期或等于1或等于0。綜合比較可以看出，硬件開關(guān)模式要優(yōu)越于軟件開關(guān)模式。

    其它作者：陳朝輝（1979-），男，河北保定人，助教，在讀碩士研究生，主要研究方向為自動控制理論。辛伊波（1956-），男，山東萊陽人，教授，從事自動控制理論，電力電子技術(shù)等教學(xué)與科研工作，有多項科研成果及40多篇論文發(fā)表。

    參考文獻(xiàn)：

    [1] 姬宣德. 空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的dsp實現(xiàn)[J]. 礦山機(jī)械，2004（12）.

    [2] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

    [3] 韓安太. DSP控制器原理及其在運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社，2003.

    [4] 劉和平. TMS320LF240XDSPC語言開發(fā)與應(yīng)用[M]. 北京: 航空航天大學(xué)出版社，2003.

    [5] 王曉明. 電動機(jī)的DSP控制[M]. 北京: 航空航天大學(xué)出版社，2004.

    [6] 姬宣德. 由軟件方法決定開關(guān)模式的SVPWM技術(shù)[J]. 微特電機(jī)，2008.

    摘自《自動化博覽》2010年第三期