基于DSP的最小開關(guān)損耗SVPWM算法實(shí)現(xiàn)
李光旭，王曉明
(遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧錦州121001)
摘要：給出一種基于DSP的最小開關(guān)損耗SVPWM快速算法。其采用Chebyshev多項(xiàng)式計(jì)算三角函數(shù)，提高了運(yùn)算精度；采用零矢量象限間交錯(cuò)分布的優(yōu)化策略，以減小開關(guān)次數(shù)，降低開關(guān)電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方法實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化控制，降低了開關(guān)損耗。
關(guān)鍵詞：電機(jī)控制；SVPWM；優(yōu)化；開關(guān)損耗；DSP
中圖分類號(hào)：TM34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)08—0029—03
0引言
SVPWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單、電壓利用率高(比SPWM高百分之15.47)、電流波形畸變小、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問世就在交流電機(jī)調(diào)速方面得到了廣泛應(yīng)用。如今，在電力機(jī)車系統(tǒng)等大容量高電壓領(lǐng)域的應(yīng)用中，對(duì)控制質(zhì)量和降低開關(guān)器件損耗方面都有更高要求。因此，進(jìn)一步改善控制算法，保證控制精度，提高控制效能將具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
1 SVPWM原理及優(yōu)化策略
文獻(xiàn)[1]闡述了三相逆變器中6個(gè)開關(guān)管合成8種開關(guān)模式的原理。如果規(guī)定：三相雙橋逆變器上橋臂開，下橋臂關(guān)時(shí)為狀態(tài)“1”；下橋臂開，上橋臂關(guān)時(shí)為狀態(tài)“0”，則本文中所選電壓空間組合方案如圖1所示。其中，6個(gè)非零基本矢量將矢量坐標(biāo)平面分成6個(gè)扇區(qū)，兩個(gè)零矢量(111或000)垂直于坐標(biāo)平面。對(duì)于任意待調(diào)制的電壓矢量，通過選擇合適的開關(guān)狀態(tài)(兩個(gè)相鄰基本矢量與零矢量的組合)，調(diào)節(jié)其開關(guān)頻率，使其平均電壓矢量的合成與待調(diào)制電壓矢量相等。文獻(xiàn)[1，2]分別給出了基于連續(xù)脈寬調(diào)制原則的兩種SVPWM實(shí)現(xiàn)方法。
文獻(xiàn)[3]介紹了一種不連續(xù)的脈寬調(diào)制方法。它指出，以高頻載波組成的PWM逆變系統(tǒng)中，各種以SVPWM為基礎(chǔ)的調(diào)制方法在電壓利用率方面基本上是一致的。但在降低開關(guān)損耗方面，通過零矢量的分配，即可改變其相電壓的調(diào)制函數(shù)，從而得到以降低開關(guān)次數(shù)和開關(guān)損耗為顯著特點(diǎn)的優(yōu)化策略。觀察圖1中電壓矢量組合方式可以發(fā)現(xiàn)，任意相鄰三個(gè)基本矢量狀態(tài)都有且僅有一位相同。因此，如果在三個(gè)相鄰基本矢量所夾扇區(qū)內(nèi)固定選用一個(gè)適當(dāng)?shù)牧闶噶?111或000)，可使逆變器每一相在一個(gè)周期內(nèi)有連續(xù)120。的扇區(qū)不開關(guān)。從而在采樣周期不變的前提下，可使開關(guān)總次數(shù)減少1／3。
采用這種分配零矢量的方案有很多種。本文采用在每個(gè)扇區(qū)的中線作為零矢量選用的切換點(diǎn)，即構(gòu)成了對(duì)稱的兩個(gè)互差180。、60。寬的連續(xù)不開關(guān)區(qū)域。圖1中，分界線a、b、c分別為第Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ象限的中線。a與b之間60。扇形區(qū)域采用固定零矢量(111)，記作k=1。與此相鄰的6、c之間區(qū)域采用固定零矢量(000)，記作k=0，依次將空間矢量圓
的2／3，而且使電壓關(guān)斷時(shí)間落在逆變器導(dǎo)通電流較大時(shí)刻，這樣就有效減小了功率器件的開關(guān)電流，進(jìn)一步使開關(guān)損耗降低。
2最小開關(guān)損耗SVPwM的DsP控制算法
2.1矢量作用時(shí)間計(jì)算
首先，由Park-1變換將兩相旋轉(zhuǎn)矢量變換成兩相靜止矢量，變換矩陣為：
式中：ud、uq為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)兩相分量，uα、uβ為靜止坐標(biāo)兩相分量，θ∈[-π,π)為矢量旋轉(zhuǎn)角度。
假設(shè)待調(diào)制電壓矢量落人扇區(qū)N，如圖2所示。令ui表示標(biāo)號(hào)為i的基本矢量分量的幅值，T為PwM調(diào)制波半周期。依據(jù)伏秒平衡原則與時(shí)間總和恒定原則，得：
Udc表示直流母線電壓，t1、t2為工作電壓作用時(shí)間，t0為零矢量作用時(shí)間，i∈[-3，2)。將式(3)代人式(2)，令方程兩邊的實(shí)部、虛部相等，可求出待調(diào)制電壓空間矢量的作用時(shí)間t1和t2：
2．2用chebyshev展開式計(jì)算三角函數(shù)[4-5]
由上述可以看出，矢量作用時(shí)間的計(jì)算主要 |
