基于SVPWM以及實(shí)際MCU定時(shí)器輸出脈沖的中心對(duì)齊模式

一、扇區(qū)矢量切換點(diǎn)確定

模型按七段式的三相橋臂切換時(shí)間搭建，如I扇區(qū)內(nèi)，確定逆變臂的開關(guān)順序?yàn)槠叨?00-100-110-111-111-110-100-000；

（第I扇區(qū)）

由于其為三角波調(diào)制，其定時(shí)中心對(duì)稱、每個(gè)合成矢量的作用周期固定為Tpwm，則可定義：

（三相切換點(diǎn)）

同理在第Ⅱ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序?yàn)?00-010-110-111-111-110-010-000：

（第2扇區(qū)）

在第Ⅲ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序?yàn)?00-010-011-111-111-011-010-000：

（第3扇區(qū)）

在第Ⅳ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序?yàn)?00-001-011-111-111-011-001-000：

（第4扇區(qū)）

在Ⅴ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序?yàn)?00-001-101-111-111-101-001-000：

（第5扇區(qū)）

在Ⅵ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序?yàn)?00-100-101-111-111-101-100-000：

（第6扇區(qū)）

三相電壓開關(guān)比較切換點(diǎn)Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3與各扇區(qū)的關(guān)系可列出如下表格方便查詢：

（扇區(qū)切換表）

綜上我們得到了各時(shí)刻所需的空間電壓矢量及持續(xù)時(shí)間，實(shí)際應(yīng)用中可在處理器中賦值對(duì)應(yīng)通道的定時(shí)器，捕獲比較寄存器產(chǎn)生PWM波形，控制逆變橋，進(jìn)而產(chǎn)生期望的電壓、電流、力矩。

二、基于simulink仿真建模

基于以上的分析，為了驗(yàn)證該算法是準(zhǔn)確性，接下來我們就根據(jù)原理搭建相關(guān)模型：

搭建切換點(diǎn)定義模塊如下，輸入變量為過調(diào)制后的T1、T2及Tpwm；

（切換點(diǎn)定義）

搭建根據(jù)扇區(qū)自動(dòng)選擇相應(yīng)的比較切換點(diǎn)模塊如下，輸入變量為扇區(qū)N及三相切換點(diǎn)Ta、Tb、Tc，此處我們需要留意，各扇區(qū)內(nèi)三相切換點(diǎn)相對(duì)于的載波比較點(diǎn)并不一致，這與馬鞍波密切相關(guān)；

（各扇區(qū)自動(dòng)選擇切換點(diǎn)模塊）

搭建PWM互補(bǔ)輸出模塊，輸入變量為三角載波與比較點(diǎn)，差值比較輸出開關(guān)動(dòng)作，由于此模型僅驗(yàn)證其原理，所以并沒有依據(jù)實(shí)際應(yīng)用加入死區(qū)時(shí)間；

（互補(bǔ)PWM輸出模塊）

（Spwm匯總模塊）

綜上就是SVPWM算法的實(shí)現(xiàn)方式，其中主要包括參考電壓矢量的扇區(qū)判斷、零/非零矢量用時(shí)間計(jì)算以及切換時(shí)間點(diǎn)確定，最后利用三角載波與切換點(diǎn)比較輸出PWM。到這我們將SVPWM模塊匯總到單個(gè)模塊方便后續(xù)調(diào)用，后接的逆變橋與電機(jī)就直接使用simulink庫自帶的模型。

三、開環(huán)仿真運(yùn)行驗(yàn)證

到這我們搭建開環(huán)SVPWM模型驗(yàn)證各項(xiàng)參數(shù)，將之前已經(jīng)搭建的功能模塊連接起來，逆變橋與電機(jī)選用simulink庫自帶模塊。具體參數(shù)設(shè)置為：直流側(cè)電壓Udc =96 V，PWM開關(guān)頻率16KHz，仿真算法采用變步長(zhǎng)ode23 tb 算法，仿真步長(zhǎng)設(shè)置為5e^-6，其余變量保持初始值不變。

仿真條件為：給定Ud、Uq值進(jìn)行Park反變換為三相正弦，Clark正變換為α、β給到Svpwm模塊。電機(jī)給定轉(zhuǎn)速設(shè)定為600 r/ min ，初始時(shí)刻負(fù)載轉(zhuǎn)矩0.1N?m 。

（開環(huán)總體框架）

（逆變橋模塊）

（電機(jī)模塊）

設(shè)定Ud為0，Uq=24V，仿真運(yùn)行首先我們看切換點(diǎn)前后的馬鞍波，從仿真波形來看到其實(shí)馬鞍波的來源是三相切換點(diǎn)時(shí)間的組合值，當(dāng)然網(wǎng)上很多資料推測(cè)是三相正弦疊加而來這個(gè)說法是有待商榷的。

（切換點(diǎn)前后馬鞍波）

根據(jù)仿真我們可以得出結(jié)論：其實(shí)馬鞍波是SVPWM算法的特點(diǎn)，計(jì)算得到的三相切換點(diǎn)時(shí)間波形就是如此，只是經(jīng)過了不同扇區(qū)的組合，才形成了馬鞍波,并不存在三次諧波。

如下為電機(jī)轉(zhuǎn)速波形，開環(huán)的效果比較理想，雖然啟動(dòng)時(shí)有較大的超調(diào)量，但是轉(zhuǎn)速很快就能穩(wěn)定在600轉(zhuǎn)，但由于沒有引入閉環(huán)控制，所以還是有輕微的波動(dòng)。

（轉(zhuǎn)速）

（Ud、Uq、角速度給定值）

（Id、Iq反饋值）

***四、七段式與五段式對(duì)比 ***

在SVPWM 方案中有基于軟件模式（七段式算法）和硬件模式（五段式算法)，其中零矢量的穿插是最具靈活性的。

五段式每個(gè)Tpwm僅在中間段插入零矢量，每個(gè)周期相比七段式減少了1/3的開關(guān)次數(shù)，減緩了開關(guān)器件在負(fù)載電流較大時(shí)開關(guān)動(dòng)作損耗。

對(duì)于七段式SVPWM 算法而言，基本矢量作用順序?yàn)椋涸诿看伍_關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，只改變其中一相的開關(guān)狀態(tài)，且零矢量在時(shí)間上平均分配，產(chǎn)生的PWM 對(duì)稱，還能夠降低PWM的諧波分量。

（七段式三相驅(qū)動(dòng)）

（五段式三相驅(qū)動(dòng)）

（七段式相電流）

（五段式相電流）

（七段式諧波含量）

（五段式諧波含量）

從仿真數(shù)據(jù)中我們可以明顯對(duì)比出，五段式的驅(qū)動(dòng)波形在每個(gè)扇區(qū)總有一相的開關(guān)管不動(dòng)作得以休息，相比七段式可減少1/3的開關(guān)損耗。

但由于扇區(qū)間的銜接是不對(duì)稱的，所以相電流的波形相比七段式波動(dòng)更明顯，從頻譜分析中我們也明顯可以對(duì)比出，七段式的3次諧波含量為3.45%，而五段式的3次諧波含量為4.12%。

從開環(huán)模型的仿真結(jié)果來看，五段式算法切合實(shí)際的應(yīng)用，七段式的算法受限于開關(guān)元件的性能但有利于更理想的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以按應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇。

** 總結(jié)** ：本次開環(huán)仿真也是基于最基本的Svpwm算法搭建，所用的參數(shù)及模型均為理想值，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用僅作為參考價(jià)值。