[发明专利]一种三相交流电机SVPWM控制中扇区和占空比确定的方法及系统

说明书

本发明公开了一种三相交流电机SVPWM控制中扇区和占空比确定的方法及系统，该方法包括以下步骤：建立三相参考坐标系，计算合成电压空间矢量在三相参考系下的轴分量；利用合成电压空间矢量在三相参考系下的轴分量，判断合成电压空间矢量所在扇区；获取三相逆变器的直流母线电压，计算电压基准值，以电压基准值作为标幺化基值，对合成电压空间矢量在三相参考系下的轴分量进行标幺化处理，得到合成电压空间矢量的标幺化分量；定义中间变量，根据合成电压空间矢量的标幺化分量以及合成电压空间矢量U_s所在扇区，计算在中心对齐PWM模式下三相PWM模块的占空比。

技术领域

本公开属于电机控制领域，具体涉及一种三相交流电机SVPWM控制中扇区和占空比确定的方法及系统。

背景技术

空间矢量脉宽调制SVPWM技术广泛应用在三相交流电机的磁场定向控制中，它的实现主要分为三步。第一，根据α,β轴分量判断合成电压空间矢量U_s所在扇区；第二，计算在PWM开关周期T_s下，扇区起始矢量、终止矢量和零矢量的维持时间T_x,T_y,T₀；第三，根据T_x,T_y,T₀分别计算并设置三相桥式逆变器a,b,c相对应的PWM模块占空比寄存器。

目前，判断合成电压空间矢量U_s所在扇区的一般方法为：将U_s的α,β轴分量相除后求反正切，得到合成电压空间矢量和α轴夹角θ，根据θ判断U_s所在扇区号。计算T_x,T_y,T₀的一般方法为：根据θ，经过三角函数运算，得出起始矢量和终止矢量在单个开关周期内的维持时间T_x,T_y，然后计算零矢量的维持时间T₀，这里涉及到的三角函数运算为求正弦。设置PWM模块占空比寄存器的一般方法为：按照U_s所在扇区的六种不同情形，根据U_s所在扇区起始矢量、终止矢量中a,b,c相的上半桥导通情况，结合扇区起始矢量、终止矢量和零矢量的维持时间占比T_x/T_s,T_y/T_s,T₀/T_s，计算a,b,c相对应的PWM模块占空比寄存器。

可见，在一个PWM开关周期内，需要执行的SVPWM空间矢量确定涉及求反正切函数、求正弦函数、除法等数学运算，在嵌入式MCU中实现较为复杂、计算量大。一方面，为了使合成磁链轨迹尽量逼近圆形，从而更好地抑制谐波和转矩脉动，需要为三相逆变器设置较高的PWM开关频率。另一方面，SVPWM的运算时间限制了PWM开关频率的提升空间，从而限制了抑制转矩脉动和谐波的效果。因此，如何简化SVPWM中的空间矢量扇区判断和占空比计算，从而为提高开关频率提供空间，仍是待解决的技术问题。

论文公开的《一种简化SVPWM算法研究与实现》中，提出一种利用合成电压空间矢量的α,β轴分量的若干代数关系运算结果为中间变量，判断空间矢量所在扇区号的方法。尽管降低了对三角函数运算的需求，但计算中间变量涉及两次乘法运算，根据中间变量判断扇区号时要执行六次比较操作。它只是在部分程度上简化了扇区号的计算，仍需计算基本矢量维持时间，并根据U_s所在扇区的六种不同情形，根据基本矢量维持时间设置PWM的占空比寄存器，导致占空比计算和寄存器设置方式仍显复杂。

中国公开申请号201610429756.7的公开申请《一种永磁同步电机SVPWM矢量扇区判断法》，介绍了一种在电机a,b,c绕组上分别绕制副绕组，并检测副绕组的反电动势，从而判断合成矢量所在扇区的方法，该方法需要绕制三组实体绕组，还需要检测反电动势，结构复杂，实现成本高。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种三相交流电机SVPWM控制中扇区和占空比确定的方法及系统。