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空间电压脉宽调制SVPWM的原理及DSP的实现.pdf

空间电压脉宽调制SVPWM的原理及DSP的实现

louis
2012-07-10 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《空间电压脉宽调制SVPWM的原理及DSP的实现pdf》,可适用于工程科技领域

第卷第期辽宁工程技术大学学报年月VolNoJournalofLiaoningTechnicalUniversityDec收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目()作者简介:侯利民()男河北承德人博士研究生讲师主要从事电力电子与电力传动的研究本文编校:杨瑞华文章编号:()空间电压脉宽调制SVPWM的原理及DSP的实现侯利民李洪珠王巍(辽宁工程技术大学电气与控制工程学院辽宁葫芦岛东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳)摘要:针对空间电压矢量脉宽调制过程中存在的问题采用理论推演与软件设计方法在介绍了SVPWM的基本原理的基础上利用TI公司的DSP电机控制芯片TMSLF设计了SVPWM的实现方法并给出了变频调速系统的全数字化实现。通过对永磁同步电机进行控制仿真实验,得到的结果表明此方法是切实可行的,控制系统具有优良的动静态性能较高的控制效果,有广泛的应用前景。关键词:空间电压矢量脉宽调制数字信号处理器中图分类号:TM文献标识码:APrincipleofSVPWManditsrealizationbasedonDSPHOULimin,LiHongzhuWANGWei(FacultyofElectricalControlEngineering,LiaoningTechnicalUniversity,Huludao,ChinaCollegeofInformationScienceEngineering,NortheasternUniversity,Shenyang,China)Abstract:InviewoftheproblemofSPWM,thetheoreticillustrationandsoftwaredesignmethodisusedInadditiontotheintroductionofthebasicprincipleofSVPWM,themethodofrealizingSVPWMbyTI'sDSPmotorcontrollerTMSLFisdesigned,andafulldigitalsolutionofSVPWMcontrolispresentedTheresultsofexperimentswithPMSMindicatethattheproposedmethodisfeasibleandthecontrolsystemhasexcellentdynamicandstaticperformancesandhighcontroleffect,whichhasbroadapplicationprospectsKeywordsvoltagespacevectorpulsewidthmodulationdigitalsignalprocessor引言交流调速获得PWM波通常有两种控制算法即传统的SPWM方式和空间电压矢量PWM方式。SPWM技术由于历史悠久便于模拟电路的实现它主要着眼于逆变器的输出电压尽量接近正弦波基波成分尽量大谐波成分尽量小但该方法仅仅是一种近似抑制谐波的能力有限。随着技术不断的创新和完善空间电压矢量PWM技术(SVPWM)能够明显减少逆变器输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗降低转矩的脉动同时比SPWM控制输出电压高出。其控制简单数字化实现方便已经有代替传统SPWM的趋势。在变频调速控制领域(如交流永磁同步电机控制系统)应用高速数字信号处理器(DSP)可使系统向高可靠性高性能的全数字化方向发展。本文采用TI专为电机控制而推出的DSP处理器TMSLF为主控芯片从电压矢量控制的基本原理出发推导了SVPWM控制算法实现了PWM波形的输出。SVPWM的基本原理SVPWM是从电动机的角度出发着眼于使电机获得幅值恒定的圆形磁场。它以三相对称正弦波电压供电时的理想圆形磁通轨迹为基准用逆变器不同的开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁通圆从而达到较高的控制性能。典型的三相电压源逆变器的电路结构如图。VT~VT是个IGBTABC分别代表个桥臂的开关状态。规定:当上桥臂IGBT“开”状态时(此时下桥臂IGBT为“关”状态)开关状态为“”相反开关状态为“”。可通过三相桥式电路来按一定的规律控制对桥臂IGBT的通和断将直流侧电压Udc变换为三相正弦电压UaUbUc。因此a,b,c形成了八种开关模式。其中和开关模式下逆变器的输出为零所以称为零状态。第期侯利民等:空间电压脉宽调制SVPWM的原理及DSP的实现由上可推导出三相逆变器输出的相电压矢量与开关状态矢量的关系如下:abdccUaUUbUc−−⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=−−⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥−−⎣⎦⎣⎦⎣⎦()通过坐标变换可将三相坐标系变成二相坐标系:abcUUUUUαβ⎡⎤⎡⎤−−⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥−⎣⎦⎢⎥⎣⎦()将种向量排成扇行并使相邻向量仅变换位可将此空间区域分为个象限每象限间隔º即可得到每个扇区的调制波形如图。SVPWM算法的实现SVPWM技术的目的是通过与基本的空间矢量对应的开关状态的组合得到一个给定的定子参考电压矢量Uout见图于是有下式:outTTTTTTUUUTT==⎧⎪⎨⎪⎩()假定向量Uout在α、β轴的坐标投影是Uα、UβPWM的周期是T以第III扇区为例可以得到:()dcdcTTUUUTTUUβαβ=−=⎧⎪⎨⎪⎩()同样可算Uout在其它扇区内空间矢量作用时间。综上所述实现SVPWM控制算法的步骤如下:判断矢量Uout所在的扇区由SS坐标变换可得:()()bUaUUUUUcUUβαβαβ==−=−−⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩()()如果Ua>,则A=否则A=()如果Ub>,则B=否则B=()如果Uc>,则C=否则C=确定扇区号n=ABC根据扇区分配矢量的作用时间T和T为了讨论方便令:()()dcdcdcXUUYUUTUZUUTUTββαβα−===⎧⎪⎨⎪⎩()对不同扇区的T和T按表取值。若出现TT>T则()TTTTT=()TTTTT=确定矢量的切换点Tcm,Tcm,Tcm由()abacbTTTTTTTTTT=−−==⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩()则在不同扇区内对Tcm,Tcm,Tcm赋值见表UdcVTVTbVTVTVTVTcapmsm图三相逆变器和永磁同步电机连接图Figconnectionofthreephasesinverterandβ(,)IIIIIIIVVVIU()U()U()U()U()U()α(,)(,)−(,)−(,)−−(,)−Uout图SVPWM向量,扇区和波形FigSVPWMvectors,sectorsandwaveforms扇区号IIIIIIIVVVITTZZXXYYXXYYZZ表T和T的赋值Tabrelationbetweensectorandtime扇区号IIIIIIIVVVITcmTcmTcmTaTbTcTaTaTaTaTaTbTbTbTbTbTcTcTcTcTc表Tcm,Tcm,Tcm赋值TabrelationbetweenswitchtimeandsectorUout辽宁工程技术大学学报第卷PWM的输出根据表及式()计算出每个采样周期内各矢量切换点Tcm,Tcm,Tcm后将它们与一定频率和幅值的三角载波作比较一旦Tcmx(x=,,)与三角载波的值相等时就改变PWM波形的状态。SVPWM算法在DSP中的软件实现利用DSP的常规比较控制模式实现SVPWM的步骤如下:DSP和PWM初始化()DSP初始化:包括看门狗、DSP时钟和外设、IO口、中断等配置。()PWM初始化:包括设定载波频率、定义比较输出引脚输出方式(设置ACTRA~)、禁止硬件SVPWM模式(即将COMCONA置)、设置CMPRx(x=,,)的重载条件、设置死区时间、设置通用定时器的计数模式并启动定时器。设计流程图在每一个PWM中断时参照前面介绍的方法判断期望电压矢量所处的扇区并确定主、辅矢量(两相邻矢量)确定主、辅矢量和零矢量的作用时间按照表及式()确定各矢量切换点时刻并将其量化值分别填入三个比较寄存器CMPRx(x=,,)。当定时器的计数与CMPRx的值相匹配时会改变空间矢量对应的控制信号的输出。SVPWM控制方法图及实验结果()根据以上分析设计SVPWM控制方法的原理图如图。()以一个对极相额定电压V频率为Hz的永磁同步电机作仿真实验可以得出如图结果。从图中可以看出:电机启动和运行过程中定子相电流的波形接近于理想正弦波电流的谐波很小表明SVPWM的有效性。结语本文介绍了SVPWM技术的基本理论并采用此技术利用DSP软件方法对永磁同步电机实现了全数字控制。仿真结果表明此技术减少了谐波具有更高的效率是一种理想的控制算法在交流电机的控制中有较好的应用前景。参考文献:熊健,康勇,陈坚,等电压空间矢量调制与常规SPWM的比较研究J电力电子技术,,():陈伯时电力拖动自动控制系统M北京:机械工业出版社,杨贵杰,孙力,崔乃政,等空间矢量脉宽调制方法的研究中国电机工程学报,,():李峰,赵栋利,夏超英基于DSP的SVPWM调制技术的研究J电气传动自动化,,():刘和平,严利平,张学锋TMSLFxDSP结构、原理及应用M北京:北京航空航天大学出版社,VANderBroecklHWAnalysisandrelalizationofapulsewidthmodulatorbasedonvoltagespacevectorsJIEEETransonIA,,():王亮基于TMSLFA的SVPWM实现J机电产品研发与创新,():iqrefidrefPIPIdqαβdqabcsvpwmUdcpmsm转子位置角θVqrefVdrefVαrefVβrefTMSLF软件实现图空间电压矢量控制方法原理FigprinciplediagramofsvpwmIAts(b)三相电流nrmints(a)转速图仿真实验结果FigresultofsimulationT(N。m)ts(c)转矩

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