空间电压矢量调制-SVPWM算法

[努力的人]

     本帖讨论的SVPWM算法其实已经应用的比较广泛了，这里介绍的是两电平拓扑中使用的算法，对于三电平拓扑，需要使用三电平SVPWM，以下帖子中描述的SVPWM算法均是针对两电平的。对于SVPWM基本过程的推导，请搜索《SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解第二修改版》，这个是介绍的比较好的文档。

   1、 如果使用逆变器是驱动电机的，那么你需要考虑以下问题：

    1）电压空间矢量与磁链空间矢量的关系，具体公式参见网上文档，从公式可以看出：当供电电源的压频比保持不变时，磁链幅值也保持不变，且电压空间矢量的方向为磁链圆的切线方向。当磁链矢量旋转一周时，电压矢量也旋转一周，其轨迹与磁链圆重合。对于永磁同步电机来说，我们希望磁链圆尽可能为圆形，这样可以产生恒定的电磁转矩，所以电压空间矢量来近似为圆形，从而使得磁链近似为圆形。

   2）SVPWM算法的电压利用率比SPWM提高了15.47%

   3）在理解完算法之后，就要把SVPWM看出一个模块，它的输入时U_alpha和U_beta，输出为驱动三相桥式电路的占空比。

   4）五段式SVPWM与七段式SVPWM，七段式SVPWM的谐波含量比五段式小，在驱动电机调速的场合对谐波要求比较高，所以选择七段式SVPWM

   2、算法实现过程：

   1）计算基本矢量作用时间

   2）确定电压矢量所在扇区

   3）根据参考电压矢量所在扇区选择基本矢量作用的时间

   4）根据扇区，选择三组互补PWM的占空比

   3、参考程序

1）编写SVPWM.h

#ifndef  SVPWM_H

#define  SVPWM_H

#include "浮点运算头文件.h"

//-----------------------------------------------------------------------------

//  定义SVPWM结构体t

//-----------------------------------------------------------------------------

typedef struct    { float  Ualpha;  // Input: reference alpha-axis phase voltage

                              float  Ubeta;   // Input: reference beta-axis phase voltage

                              float  Vdc;        // Input: DC voltage

                              float  T;       // Input: PWM Modulation Period

                              float  Tcmpa; // Output: reference phase-a switching function            

                              float  Tcmpb; // Output: reference phase-b switching function

                              float  Tcmpc; // Output: reference phase-c switching function

                              void (*calc)();      // Pointer to calculation function

                            } SVPWM_2L;                                                                                                                                  

//-----------------------------------------------------------------------------

typedef SVPWM_2L *SVPWM_2L_handle;

//-----------------------------------------------------------------------------

#define SVPWM_2L_DEFAULTS {0,0,0,1.0,

                                                            1,1,1,

                                                            (void (*)(Uint32))svpwm_2l_calc} 

//-----------------------------------------------------------------------------

void svpwm_2l_calc(SVPWM_2L_handle);

#endif

2）编写SVPWM.c

#include "浮点运算.h"

#include <math.h>

#include "SVPWM.h"

void svpwm_2l_calc(SVPWM_2L *p)

{

 float temp;

 float X,Y,Z, t1,t2;

 Uint16 A,B,C,N,Sector;

 float Ta, Tb, Tc;

 float K=1.73205081;//sqrt(3)/2

 //1、计算基本时间变量

 X= K*p->Ubeta/p->Vdc*p->T;

 Y=(K*p->Ubeta+3*p->Ualpha)/(2*p->Vdc)*p->T;

 Z=(K*p->Ubeta-3*p->Ualpha)/(2*p->Vdc)*p->T;

//2、扇区判别

 if(p->Ubeta>0)

   {A=1;}

 else

   {A=0;}

 if( (K*p->Ualpha - p->Ubeta)>0 )

   {B=1;}

 else

   {B=0;}

 if((-K*p->Ualpha - p->Ubeta)>0)

   {C=1;}

 else

   {C=0;}

 N=A+2*B+4*C;

 switch(N)

 {

case 1:{Sector=2;break;}

case 2:{Sector=6;break;}

case 3:{Sector=1;break;}

case 4:{Sector=4;break;}

case 5:{Sector=3;break;}

case 6:{Sector=5;break;}

 default:{;}

 }

 //根据参考电压矢量所在扇区选择基本矢量作用的时间

switch(Sector)

{

case 1: {t1=-Z; t2= X;break;}

case 2: {t1= Z; t2= Y;break;}

case 3: {t1= X; t2=-Y;break;}

case 4: {t1=-X; t2= Z;break;}

case 5: {t1=-Y; t2=-Z;break;}

case 6: {t1= Y; t2=-X;break;}

  default:{;}

}

if((t1+t2)>p->T)//对过调制情况进行调整

 {

  temp=t1+t2;

  t1=t1*p->T/temp;

  t2=t2*p->T/temp;

 }

 Ta=(p->T-t1-t2)/4;//作用时间分配

 Tb=Ta+t1/2;

 Tc=Tb+t2/2;

 //计算占空比

 switch(Sector)

  {

       case 1: {p->Tcmpa=Ta; p->Tcmpb=Tb; p->Tcmpc=Tc; break;}

       case 2: {p->Tcmpa=Tb; p->Tcmpb=Ta; p->Tcmpc=Tc; break;}

       case 3: {p->Tcmpa=Tc; p->Tcmpb=Ta; p->Tcmpc=Tb; break;}

       case 4: {p->Tcmpa=Tc; p->Tcmpb=Tb; p->Tcmpc=Ta; break;}

       case 5: {p->Tcmpa=Tb; p->Tcmpb=Tc; p->Tcmpc=Ta; break;}

       case 6: {p->Tcmpa=Ta; p->Tcmpb=Tc; p->Tcmpc=Tb; break;}

         default:{;}

  }

}

4、实验波形如下，左图2通道是处理器直接输出的波形，经过RC滤波之后的波形如1通道所示，右图是三相SVPWM波形图，为什么会是这样，是因为引入了三次谐波，所以不是正弦波，而是马鞍波