低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，可在大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)中完成在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制。本發(fā)明軟核主要包AD控制模塊01、基于FPGA的雙端口RAM02、雙端口RAM控制模塊03、扇區(qū)判斷模塊04、調(diào)制方式切換管理模塊05、異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、時(shí)間歸一化模塊08、PWM信號生成模塊09。本發(fā)明軟核不僅兼具硬件電路速度快、可靠性高等特點(diǎn)，具備良好的模塊復(fù)用性與可移植性，同時(shí)其穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能良好，作為電機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)同處理器，使核心控制器(浮點(diǎn)DSP)從大量正余弦計(jì)算以及對資源占用量較大的周期性事件中解放出來，更好地運(yùn)行電機(jī)核心控制算法，提高控制系統(tǒng)性能。
【專利說明】低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通、船舶制造等領(lǐng)域中由三相兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逆變器組成的大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造。
【背景技術(shù)】
[0002]兩電平牽引逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于交直交電力機(jī)車(動(dòng)車組)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和交直交電力機(jī)車(動(dòng)車組)的不斷普及，對牽引逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能要求越來越高。異步調(diào)制(SVPWM)技術(shù)以其易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，電壓利用率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)中完成逆變器的調(diào)制工作。對于大功率三相交流異步異步電機(jī)的控制而言，由于開關(guān)頻率較低，隨著逆變器輸出頻率逐漸提高，載波比減小，由異步SVPWM造成的逆變器輸出電流正負(fù)半周不對稱情況將不能被忽略，此時(shí)逆變器輸出電流容易產(chǎn)生畸變，引發(fā)較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，難以保證系統(tǒng)具有良好的控制性能。為了克服以上缺點(diǎn)，一種多模式空間矢量脈寬調(diào)制方法得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]隨著處理器制造技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字信號處理器(DSP)被廣泛用于大功率三相交流異步電機(jī)的控制，針對基于單DSP的大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)而言，由于空間矢量脈寬調(diào)制算法需要周期性地完成大量的三角函數(shù)計(jì)算，大部分芯片資源被用于空間矢量脈寬調(diào)制相關(guān)計(jì)算、PWM門控信號的產(chǎn)生等周期性事件，導(dǎo)致留給核心控制算法的資源非常有限；DSP作為順序處理器，會(huì)按照順序逐條執(zhí)行，會(huì)導(dǎo)致時(shí)間延遲的增加并造成控制系統(tǒng)性能下降。
[0004]為了克服單DSP控制系統(tǒng)的以上缺點(diǎn)，逐漸提出了基于浮點(diǎn)DSP和定點(diǎn)DSP的雙DSP控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，此類大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)由一片浮點(diǎn)運(yùn)算DSP和一片定點(diǎn)運(yùn)算DSP組成，兩者之間依靠一片雙端口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其特點(diǎn)在于利用定點(diǎn)計(jì)算DSP完成PWM門控信號的產(chǎn)生，有效地減少了芯片資源的占用、減小了系統(tǒng)時(shí)間延遲并提高了控制系統(tǒng)的性能；浮點(diǎn)DSP仍需要完成除核心控制算法以外的空間矢量脈寬調(diào)制相關(guān)計(jì)算任務(wù)，使得核心控制算法性能受到限制且隨著調(diào)制算法的不斷改進(jìn)與復(fù)雜化，該結(jié)構(gòu)中浮點(diǎn)DSP的工作量越來越大。雖然相比單DSP結(jié)構(gòu)有了改進(jìn)，但仍存在DSP的引腳及IO資源有限，不利于向多電平結(jié)構(gòu)擴(kuò)展；利用DSP完成SVPWM所產(chǎn)生的PWM信號不易完全同步，同時(shí)存在軟硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性不足的問題。
[0005]隨著現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的不斷發(fā)展，其功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用也越來越廣泛。在這樣的背景下，為了克服雙DSP結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)，逐漸提出了一種基于DSP和FPGA的大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，此類結(jié)構(gòu)由一片浮點(diǎn)運(yùn)算DSP和一片F(xiàn)PGA組成，兩者之間通過雙口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其特點(diǎn)在于利用FPGA完成PWM門控信號的產(chǎn)生，不僅利于向多電平拓?fù)浒l(fā)展，能夠產(chǎn)生更加精確的PWM門控信號，同時(shí)將AD等外部設(shè)備的控制放到FPGA中執(zhí)行，進(jìn)一步減輕了浮點(diǎn)DSP的工作任務(wù)。但該結(jié)構(gòu)中浮點(diǎn)DSP仍需要完成空間矢量調(diào)制的相關(guān)計(jì)算工作。[0006]隨著調(diào)制算法復(fù)雜度不斷加大，對其性能要求越來越高，利用專用的軟核完成SVPWM相關(guān)工作以及相關(guān)外部設(shè)備的控制，不僅兼具硬件電路速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)將核心控制器(浮點(diǎn)DSP)從繁重的重復(fù)性計(jì)算中解放出來，使其更好地運(yùn)行核心控制程序。同時(shí)隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)(EDA)的不斷發(fā)展，使得設(shè)計(jì)者能夠依托可編程邏輯器件(FPGA)，在電力設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)軟件平臺(tái)上利用硬件描述語言完成硬件電路的設(shè)計(jì)，并向用戶提供完成設(shè)計(jì)后的硬件電路下載文件，即軟核，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可移植性，在硬件電路規(guī)模不斷加大的同時(shí)，使得產(chǎn)品的小型化逐步成為一種發(fā)展趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種適用于大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，用以克服控制程序開發(fā)周期長、調(diào)制算法對核心控制器資源占用量較大等技術(shù)缺點(diǎn)，并使之完成適用于大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制，具有良好的調(diào)制性能，穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能良好，技術(shù)可移植性好，穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的方案是:
[0009]低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，可在如下的調(diào)制方式下完成同步調(diào)制:異步調(diào)制、九脈沖同步調(diào)制、七脈沖A同步調(diào)制、七脈沖B同步調(diào)制、五脈沖A同步調(diào)制、五脈沖B同步調(diào)制和三脈沖同步調(diào)制；其特征在于，所述軟核中:AD控制模塊01與AD轉(zhuǎn)換器、雙端口 RAM控制模塊03相連；基于FPGA的雙端口 RAM02與浮點(diǎn)DSP、雙端口 RAM控制模塊03相連；雙端口 RAM控制模塊03與AD控制模塊01、基于FPGA的雙端口 RAM02、扇區(qū)判斷模塊04、調(diào)制切換方式管理模塊05相連；扇區(qū)判斷模塊04與調(diào)制方式切換管理模塊05、雙端口 RAM控制模塊03相連；調(diào)制方式切換管理模塊05與扇區(qū)判斷模塊04、雙端口RAM控制模塊03、異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07相連；矢量作用角度計(jì)算模塊07與調(diào)制方式切換管理模塊05、時(shí)間的歸一化模塊08相連；時(shí)間的歸一化模塊08與異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、PWM信號生成模塊09相連；PWM信號生成模塊09與時(shí)間的歸一化模塊08相連。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)低開關(guān)頻率下的空間矢量脈寬調(diào)制，適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境并且得到良好的穩(wěn)態(tài)性能與動(dòng)態(tài)響應(yīng)，該軟核采用了一種低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制算法，其調(diào)制方式具體包括:異步調(diào)制、九脈沖同步調(diào)制、七脈沖A同步調(diào)制、七脈沖B同步調(diào)制、五脈沖A同步調(diào)制、五脈沖B同步調(diào)制和三脈沖同步調(diào)制。
[0011]在本發(fā)明軟核中:
[0012]AD控制模塊01主要用于控制AD轉(zhuǎn)換器，用于對逆變器、電機(jī)側(cè)的反饋電壓、電流等模擬信號進(jìn)行由模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，為后續(xù)計(jì)算做準(zhǔn)備。
[0013]雙端口 RAM控制模塊03主要用于輸出雙端口 RAM所需的控制信號，對雙端口 RAM的讀寫操作進(jìn)行控制，同時(shí)協(xié)調(diào)核心控制器與調(diào)制計(jì)算電路間的讀寫規(guī)則。
[0014]扇區(qū)判斷模塊04主要用于對參考空間電壓矢量Uref位置判斷，并通過簡化定常數(shù)乘法器等設(shè)計(jì)降低了硬件電路的復(fù)雜程度。
[0015]調(diào)制方式切換管理模塊05主要用于根據(jù)逆變器的輸出頻率f和參考矢量Uref的位置分別對切換時(shí)刻、切換點(diǎn)做出判斷，并選擇對應(yīng)的調(diào)制方式。[0016]異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06主要用于異步調(diào)制時(shí)參考空間電壓矢量UMf所在扇區(qū)確定參考空間電壓矢量UMf的合成方式，并利用參考空間電壓矢量Uref沿著α、β軸的分解量Ua、Ue、直流側(cè)電壓Udc計(jì)算出兩個(gè)基本空間電壓矢量與零矢量的對應(yīng)作用時(shí)間。
[0017]矢量作用角度計(jì)算模塊07主要用于同步調(diào)制時(shí)根據(jù)調(diào)制方式切換管理模塊選擇的同步調(diào)制方式和參考空間電壓矢量UMf所在扇區(qū)確定參考空間電壓矢量UMf的合成方式，并利用參考空間電壓矢量UMf沿著α、β軸的分解量Ua、Ue、直流側(cè)電壓Ud。、逆變器輸出頻率f計(jì)算出主矢量、輔矢量和零矢量在對應(yīng)扇區(qū)的總作用角度。
[0018]若為異步調(diào)制，則時(shí)間歸一化模塊08主要用于將異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊計(jì)算得出的基本矢量作用時(shí)間根據(jù)7段式PWM信號產(chǎn)生原理轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生PWM信號所需的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間；若為同步調(diào)制，則的時(shí)間歸一化模塊08主要用于將矢量作用角度計(jì)算模塊計(jì)算得出的作用角度轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生PWM信號所需的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間；
[0019]PWM信號生成模塊09主要用于將開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)IGBT的PWM信號，并對上、下橋臂的PWM信號添加死區(qū)時(shí)間。
[0020]本發(fā)明軟核的工作過程和原理是:首先，由AD控制模塊01經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換器獲得兩電平牽引逆變器輸出電壓、電流及電機(jī)轉(zhuǎn)速等反饋信號，并將反饋信號傳遞給雙端口 RAM控制模塊03 ;雙端口 RAM控制模塊03按照設(shè)定好的時(shí)間間隔，將從AD控制模塊01獲得的反饋信號寫入基于FPGA的雙端口 RAM02供浮點(diǎn)DSP讀取，同時(shí)將浮點(diǎn)DSP寫入雙端口 RAM的參考空間電壓矢量UMf沿著α、β軸分解量仏、化以及逆變器輸出頻率f，讀出并且開始新一次的調(diào)制計(jì)算；經(jīng)過扇區(qū)判斷模塊04利用Ua、U0以及逆變器輸出頻率f進(jìn)行計(jì)算即可得到參考空間電壓矢量Uref的位置信息；調(diào)制切換管理模塊05根據(jù)參考空間電壓矢量Uref的位置以及逆變器 輸出頻率f選擇具體的同步調(diào)制方式并向矢量角度作用模塊發(fā)出調(diào)制方式選擇信號state ;若為異步空間矢量脈寬調(diào)制，則由異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06計(jì)算出兩個(gè)非零矢量與零矢量對應(yīng)的作用時(shí)間；若為同步調(diào)制，則由矢量作用角度計(jì)算模塊07根據(jù)調(diào)制方式選擇信號state選擇不同的同步調(diào)制方式對應(yīng)的主矢量、輔矢量、零矢量作用角度計(jì)算方法，計(jì)算得出主矢量、輔矢量和零矢量分別對應(yīng)的作用角度；若為異步空間矢量脈寬調(diào)制，時(shí)間歸一化模塊08將兩個(gè)非零矢量與零矢量對應(yīng)作用時(shí)間根據(jù)七段式PWM信號產(chǎn)生原理進(jìn)行分割；若為同步調(diào)制，時(shí)間歸一化模塊08根據(jù)特定的矢量作用序列對作用角度進(jìn)行分配并將分配后的矢量作用角度信號轉(zhuǎn)換為PWM信號生成模塊09所需的時(shí)間信號；PWM信號生成模塊09利用時(shí)間歸一化模塊08產(chǎn)生的矢量作用時(shí)間信號生成PWM信號并完成一次調(diào)制計(jì)算。
[0021 ] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0022]一、該軟核所采用的算法是一種在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制算法，
[0023]能夠完成實(shí)時(shí)計(jì)算，適應(yīng)各類不同的外部復(fù)雜條件。
[0024]二、該軟核存在調(diào)制模式切換管理模塊05，通過對切換頻率點(diǎn)以及切換時(shí)參考空間電壓矢量位置的選擇進(jìn)行優(yōu)化，使得該軟核具有良好的不同調(diào)制方式間平滑切換能力。
[0025]三、該軟核不僅兼具硬件電路速度快、可靠性高等特點(diǎn)，同時(shí)具備良好的模塊復(fù)用性與可移植性，當(dāng)需要改變硬件載體(FPGA)型號時(shí)，只需要在EDA軟件平臺(tái)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置即可，由此可以極大提高設(shè)計(jì)效率并且有效避免因硬件載體制造技術(shù)革新所造成的重復(fù)設(shè)計(jì)。[0026]四、相比于雙DSP結(jié)構(gòu)，利用FPGA裝載該軟核替代定點(diǎn)DSP，不僅使得可供使用的IO資源更加豐富，生成的PWM信號更容易同步，同時(shí)，將AD等外部設(shè)備的控制集成到該軟核中，減小了浮點(diǎn)DSP的工作量，提高了控制系統(tǒng)的控制性能。
[0027]五、相比于現(xiàn)有的DSP+FPGA結(jié)構(gòu)，將雙端口 RAM集成到該軟核中，有效減小了控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時(shí)在保證計(jì)算精度的前提下，進(jìn)一步將整個(gè)調(diào)制算法集成到該軟核中，不僅提高了調(diào)制算法的運(yùn)算速度，減小系統(tǒng)延時(shí)，同時(shí)通過直接使用該軟核，減輕了浮點(diǎn)DSP中的程序復(fù)雜度，有效縮短了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期。
[0028]六、該軟核作為電機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)同處理器，使核心控制器(浮點(diǎn)DSP)從大量正余弦計(jì)算以及對資源占用量較大的周期性事件中解放出來，更好地運(yùn)行電機(jī)核心控制算法，提高控制系統(tǒng)性能。
[0029]可見，采用以上設(shè)計(jì)方案可以方便可靠地完成該低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)直軟核的設(shè)計(jì)。
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對該軟核作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為現(xiàn)有技術(shù)雙DSP結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2為現(xiàn)有技術(shù)DSP+FPGA結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3為本發(fā)明的模塊劃分結(jié)構(gòu)框圖。
[0034]圖4a為九脈沖同步調(diào)制A相上橋臂P麗信號示意圖。
[0035]圖4b為七脈沖A同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號示意圖。
[0036]圖4c為七脈沖B同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號示意圖。
[0037]圖5a為異步空間矢量脈寬調(diào)制逆變器輸出線電壓Uab和相電流込波形圖。
[0038]圖5b為九脈沖同步調(diào)制逆變器輸出線電壓Uab和相電流込波形圖。
[0039]圖5c為七脈沖A同步調(diào)制逆變器輸出線電壓Uab和相電流込波形圖。
[0040]圖5d為七脈沖B同步調(diào)制逆變器輸出線電壓Uab和相電流iA波形圖。
[0041]圖6a為異步空間矢量脈寬調(diào)制切換九脈沖同步調(diào)制逆變器輸出三相電流。
[0042]圖6b為九脈沖同步調(diào)制切換七脈沖A同步調(diào)制逆變器輸出三相電流。
[0043]圖6c為七脈沖A同步調(diào)制切換七脈沖B同步調(diào)制逆變器輸出三相電流。
[0044]圖6d為七脈沖B同步調(diào)制切換五脈沖A同步調(diào)制逆變器輸出三相電流。
[0045]圖4、圖5和圖6所示波形主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下:直流側(cè)電壓Udc=1500V ；電機(jī)極對數(shù)P=2 ;電機(jī)定子電阻Rs=0.1065 Ω ;電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻Rr=0.0663 Ω ;定子漏感Ls=L 31mH ;轉(zhuǎn)子漏感L1=L 93mH ;定轉(zhuǎn)子互感Lm=53.6mH ;死區(qū)時(shí)間為4 μ S。
【具體實(shí)施方式】
[0046]圖1示出，現(xiàn)有技術(shù)雙DSP結(jié)構(gòu)電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，此類結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)主要由一片浮點(diǎn)DSP、一片定點(diǎn)DSP和一片雙端口 RAM組成，其各部分主要工作為:浮點(diǎn)DSP主要運(yùn)行電機(jī)核心控制程序、調(diào)制計(jì)算程序；雙端口 RAM用于浮點(diǎn)DSP與定點(diǎn)DSP之間的數(shù)據(jù)交換；定點(diǎn)DSP用于PWM門控信號的產(chǎn)生。
[0047]圖2示出，目前現(xiàn)有DSP+FPGA結(jié)構(gòu)電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，此類結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)主要由一片浮點(diǎn)DSP、一片F(xiàn)PGA和一片雙端口 RAM組成，其各部分主要工作為:浮點(diǎn)DSP主要運(yùn)行電機(jī)核心控制程序、調(diào)制計(jì)算程序；雙端口 RAM用于浮點(diǎn)DSP與定點(diǎn)DSP之間的數(shù)據(jù)交換；FPGA用于PWM門控信號的產(chǎn)生以及AD等外部設(shè)備的控制和反饋信號的采集。
[0048]圖3示出，低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，該軟核主要包括AD控制模塊01、基于FPGA的雙端口 RAM02、雙端口 RAM控制模塊03、扇區(qū)判斷模塊04、調(diào)制方式切換管理模塊05、異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、時(shí)間歸一化模塊08、PWM信號生成模塊09，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:AD控制模塊01與AD轉(zhuǎn)換器、雙端口 RAM控制模塊03相連；基于FPGA的雙端口 RAM02與浮點(diǎn)DSP、雙端口 RAM控制模塊03相連；雙端口RAM控制模塊03與AD控制模塊01、基于FPGA的雙端口 RAM02、扇區(qū)判斷模塊04、調(diào)制切換方式管理模塊05相連；扇區(qū)判斷模塊04與調(diào)制方式切換管理模塊05、雙端口 RAM控制模塊03相連；調(diào)制方式切換管理模塊05與扇區(qū)判斷模塊04、雙端口 RAM控制模塊03、異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07相連；矢量作用角度計(jì)算模塊07與調(diào)制方式切換管理模塊05、時(shí)間的歸一化模塊08相連；時(shí)間的歸一化模塊08與異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、PWM信號生成模塊09相連；PWM信號生成模塊09與時(shí)間的歸一化模塊08相連。
[0049]圖4示出，以該低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核中三種不同的同步調(diào)制方式為例，給出其在穩(wěn)定工作狀態(tài)下對應(yīng)的A相上橋臂PWM信號波形。圖4a、圖4b、圖4c分為為九脈沖同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號、七脈沖A同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號、七脈沖B同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號。根據(jù)相關(guān)的理論可知，將A上橋臂PWM信號分別滯后、超前120°即可得到對應(yīng)的B相、C相上橋臂PWM信號。又圖4可以看出，在一個(gè)調(diào)制波周期內(nèi)，本發(fā)明中不同的調(diào)制方式均具有良好的對稱性。
[0050]圖5示出，以該低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核中四種不同的調(diào)制方式為例，給出其在穩(wěn)定工作狀態(tài)下對應(yīng)A、B兩相間的線電壓uAB波形及對應(yīng)的A相相電流込波形。圖5a、圖5b、圖5c和圖5d分別為異步制線電壓Uab波形及對應(yīng)的A相相電流iA波形、九脈沖同步調(diào)制線電壓Uab波形及對應(yīng)的A相相電流iA波形、七脈沖A同步調(diào)制線電壓uAB波形及對應(yīng)的A相相電流iA波形、七脈沖B同步調(diào)制線電壓uAB波形及對應(yīng)的A相相電流iA波形。從圖5可以看出，無論是線電壓波形還是相電流波形，均證明該軟核工作在幾種不同調(diào)制方式下輸出電壓、電流波形具有良好的三相對稱性(3PS)、半波對稱性(HWS)和四分之一對稱性(QWS)。
[0051]圖6示出，以該低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核中四種不同的調(diào)制方式為例，給出其在不同調(diào)制方式間平滑切換時(shí)對應(yīng)逆變器輸出三相相相電流波形。圖6a、圖6b、圖6c和圖6d分別為異步調(diào)制切換九脈沖同步調(diào)制對應(yīng)逆變器輸出三相相相電流波形、九脈沖同步調(diào)制切換七脈沖A同步調(diào)制對應(yīng)逆變器輸出三相相相電流波形、七脈沖A同步調(diào)制切換七脈沖B同步調(diào)制對應(yīng)逆變器輸出三相相相電流波形、七脈沖B同步調(diào)制切換五脈沖A同步調(diào)制對應(yīng)逆變器輸出三相相相電流波形。從圖6可以看出，該軟核具有良好的切換性能，且切換時(shí)刻前后對應(yīng)逆變器輸出三相相電流波形具有良好的三相對稱性(3PS)、半波對稱性(HWS)和四分之一對稱性(QWS)。
[0052]在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對其進(jìn)行的關(guān)于形式和細(xì)節(jié)的種種顯而易見的修改或變化均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，可在大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)中完成如下的調(diào)制方式:異步調(diào)制、九脈沖同步調(diào)制、七脈沖A同步調(diào)制、七脈沖B同步調(diào)制、五脈沖A同步調(diào)制、五脈沖B同步調(diào)制和三脈沖同步調(diào)制；其特征在于，所述軟核中:AD控制模塊Ol與AD轉(zhuǎn)換器、雙端口 RAM控制模塊03相連；基于FPGA的雙端口 RAM02與浮點(diǎn)DSP、雙端口 RAM控制模塊03相連；雙端口 RAM控制模塊03與AD控制模塊01、基于FPGA的雙端口 RAM02、扇區(qū)判斷模塊04、調(diào)制切換方式管理模塊05相連；扇區(qū)判斷模塊04與調(diào)制方式切換管理模塊05、雙端口 RAM控制模塊03相連；調(diào)制方式切換管理模塊05與扇區(qū)判斷模塊04、雙端口 RAM控制模塊03、異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07相連；矢量作用角度計(jì)算模塊07與調(diào)制方式切換管理模塊05、時(shí)間的歸一化模塊08相連；時(shí)間的歸一化模塊08與異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、PWM信號生成模塊09相連；PWM信號生成模塊09與時(shí)間的歸一化模塊08相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，其特征在于:所述的AD控制模塊01主要用于控制AD轉(zhuǎn)換器，用于對逆變器、電機(jī)側(cè)的反饋電壓、電流等模擬信號進(jìn)行由模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，為后續(xù)計(jì)算做準(zhǔn)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，其特征在于:所述的雙端口 RAM控制模塊03主要用于輸出雙端口 RAM所需的控制信號，對雙端口 RAM的讀寫操作進(jìn)行控制，同時(shí)協(xié)調(diào)核心控制器與調(diào)制計(jì)算電路間的讀寫規(guī)則。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，其特征在于:所述的扇區(qū)判斷 模塊04主要用于對參考空間電壓矢量Uref位置判斷，并通過簡化定常數(shù)乘法器等設(shè)計(jì)降低了硬件電路的復(fù)雜程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，其特征在于:所述的調(diào)制方式切換管理模塊05主要用于根據(jù)逆變器的輸出頻率f和參考矢量Uref的位置分別對切頻率點(diǎn)、參考空間電壓矢量Uref切換位置點(diǎn)做出判斷，并選擇對應(yīng)的調(diào)制方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，其特征在于:所述的異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06主要用于異步調(diào)制時(shí)參考空間電壓矢量UMf所在扇區(qū)確定參考空間電壓矢量Uref的合成方式，并利用參考空間電壓矢量UMf沿著α、β軸的分解量Ua、U0、直流側(cè)電壓Udc計(jì)算出兩個(gè)基本空間電壓矢量與零矢量的對應(yīng)作用時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，其特征在于:所述的矢量作用角度計(jì)算模塊07主要用于同步調(diào)制時(shí)根據(jù)調(diào)制方式切換管理模塊選擇的同步調(diào)制方式和參考空間電壓矢量UMf所在扇區(qū)確定參考空間電壓矢量UMf的合成方式，并利用參考空間電壓矢量UMf沿著α、β軸的分解量Ua、Ue、直流側(cè)電壓Ud。、逆變器輸出頻率f計(jì)算出主矢量、輔矢量和零矢量在對應(yīng)扇區(qū)的總作用角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，其特征在于:若為異步調(diào)制，則所述的時(shí)間歸一化模塊08主要用于將異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊計(jì)算得出的基本矢量作用時(shí)間根據(jù)7段式PWM信號產(chǎn)生原理轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生PWM信號所需的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間；若為同步調(diào)制，則所述的時(shí)間歸一化模塊08主要用于將矢量作用角度計(jì)算模塊計(jì)算得出的作用角度轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生PWM信號所需的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，其特征在于:所述的PWM信號生成模塊09主要用于將開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)IGBT的PWM信號，并對上、下橋臂的PWM信號添加死區(qū)時(shí)間 。
【文檔編號】H02P21/00GK103956951SQ201410145537
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】宋文勝, 吳瑕杰, 馮曉云, 王順亮, 葛興來 申請人:西南交通大學(xué)