CN100557943C - 一种基于空间矢量的同步调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于空间矢量的同步调制方法，采样参考电压矢量的频率f；由所述频率f查频率与载波比的关系表，得到载波比N；由Δθ＝2π/N获得所述参考电压矢量经过的角度Δθ；由θ_m＝(N_th-1)×Δθ获得参考电压矢量调制的角度θ_m，N_th表示第几次采样；根据调制比-频率曲线得到调制比m；由参考电压矢量调制的角度θ_m、经过的角度Δθ和调制比m计算合成所述参考电压矢量的三个基本电压矢量的输出角度；将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的基本电压矢量。本发明直接以角度为基准，避免了将角度换算成时间来计算，减少了计算步骤，在参考电压频率f动态变化时，准确地保持同步调制角度。

Description

一种基于空间矢量的同步调制方法

技术领域

本发明涉及矢量调制领域，特别涉及一种基于空间矢量的同步调制方法。

背景技术

交流传动系统是指以电机为控制对象，通过变压变频(VVVF，VariableVoltage Variable Frequency)方式调节交流电机转速和转矩的一种新型传动系统。交流传动系统一般由主回路、控制系统和控制对象-交流电机组成。主回路包括直流母线、直流支撑电容、以及由功率半导体器件组成的变流器。控制系统是构建在数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)或中央处理器(CPU，Central Processing Unit)等硬件平台上，运用滑差控制、磁场定向控制或直接转矩控制等各种交流电机控制理论的实时控制系统，它通过对传动系统中电机转速、电机电流和直流母线电压等信号的采集和处理，能够根据要求的转速或转矩指令，控制主回路中功率半导体器件的通断来调节作用于电机的交流电压的幅值和频率，实现对电机转速和转矩的控制。

脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)是交流传动控制系统中一个极其重要的组成部分，该部分的功能是根据输入的参考电压和当前直流母线电压，控制调节主回路功率半导体器件通断的脉冲信号宽度，使主回路输出的基波电压等于输入的参考电压。根据调制比的不同，PWM分为异步调制和同步调制，异步调制时变流器开关频率保持不变。同步调制时，变流器开关频率同变流器输出基波频率之间严格地保持比例关系，开关频率随着基波频率的变化而变化。相对于异步调制，同步调制的一个显著优点是不仅能一直保持变流器输出三相交流电压的对称，而且能够实现相电压的半波对称(HWS，Half WaveSymmetry)和四分之一波对称(QWS，Quarter Wave Symmetry)，从而减少低次谐波。同步调制常用于大功率传动系统的高速区。

对于所述同步调制，目前主要有三角载波比较法和多边形轨迹跟踪法，下面首先介绍三角形载波比较法。

三角形载波比较法：变流器的三相调制波与同一个三角载波比较以输出三相PWM信号，而且三角形载波的频率与调制波的频率之比不变，保证变流器开关频率同变流器输出基波频率之间严格保持比例关系。为了克服低频时开关频率过低，谐波增加，高频时开关频率过高，器件难以承受的缺点，采用分段同步调制，即把变流器输出频率范围划分成若干个频率段，每个频率段内保持载波比为恒值，不同频率段的载波比不同。参见图1，现有技术分段同步调制示意图。图1中实线的斜率为载波比，随着调制波频率的增加而分段增加，上面的虚线为变流器开关频率的上限。0～f₁或者f₂～f₃即为一个频率段。参见表1，各个频率段的载波比。

表1，各个频率段的载波比

三角载波比较法分为以下步骤：

步骤101：采样调制波的频率f。

步骤102：由步骤1中的频率，查表1得到所述频率对应的载波比N。

步骤103：根据上述载波比N，确定相应的角度Δθ＝2π/N。

步骤104：根据上述角度Δθ得到调制波频率相应的定时值T＝Δθ/ω＝Δθ/2πf＝1/Nf，并送第一定时器。

步骤105：根据图2所示的现有技术调制比-频率曲线得到调制比m。调制比定义为m＝V_s/V_dc，V_dc为直流侧电压，V_s为参考电压矢量的幅值。

步骤106：查正弦表得到第一个U、V、W的正弦值。

步骤107：由公式 $\left\{\begin{array}{c}{T}_1=\frac{T}{2}(1+m\sin 2\mathrm{\π}{\mathrm{ft}}_d)\\ T_1^{\′}=T-T_1\end{array}\right.$ (1)分别计算U、V、W相开关导通和关断的时间，并将关断时间送入第二、三、四定时器。其中，m为调制比，T为控制周期，T₁为导通时间，T′₁为关断时间，f为调制波频率。

步骤108：开中断，读频率改变标志，如果改变，跳到步骤102，如果未改变，继续判断。

第一定时器中断步骤为：判断采样次数是否是N，如果是，则采样调制波的频率，并判断频率是否改变，如果频率改变，则置频率改变标志。如果采样次数没有达到N，则查正弦表得到下一步U、V、W的正弦值。根据公式(1)分别计算U、V、W相开关导通和关断的时间，并将关断时间送入定时器1、2、3。

第二、三、四定时器中断步骤为：判断产生中断的定时器，定时器1为U相，定时器2为V相，定时器3为W相。判断采样次数的奇偶，奇数输出开关信号1，偶数输出开关信号0。更新定时值为导通时间。

多边形轨迹跟踪法：当电动机转速不是很低，定子电阻压降忽略可得，异步电动机的定子电压

与定子磁链

的矢量关系为： ${\stackrel{\→}{V}}_s=\frac{d}{\mathrm{dt}}\left({\mathrm{\ψ}}_s{e}^{\mathrm{j\ωt}}\right)=\mathrm{\ω}{\mathrm{\ψ}}_s{e}^{j(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/2)}---\left(2\right)$ ，由公式(2)可得，当磁链幅值

一定时，

与角频率ω成正比，方向与定子磁链正交。当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2π，轨迹与磁链圆重合。这样，交流电机旋转磁链的轨迹问题就转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。理想情况下，希望磁链轨迹为一圆形，但两电平电压型变流器的电压空间矢量有限，无法使磁链轨迹为一圆形，因此用与圆形最接近的多边形来代替圆形。下面以正12边形为例说明多边形轨迹跟踪的变化。参见图3，现有技术多边形轨迹追踪法中的正12边形。以正12边形代替圆形，其中的6条边可直接用非零电压矢量产生，另外6条边则需要通过矢量合成的方式产生，得到30边形。参见图4，现有技术多边形轨迹追踪法中的30边形磁链轨迹。随着调制波频率的提高，载波比下降，30边形转换为18边形，参见图5，现有技术多边形轨迹追踪法中的18边形磁链轨迹。最终变为6边形，进入方波。其具体步骤201-205与三角载波比较法步骤101-105相同，在此不再赘述，仅介绍后续不同的步骤。

步骤206：根据公式 $\left\{\begin{array}{c}{T}_1=\sqrt{3}\mathrm{mT}\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-{\mathrm{\θ}}_m)\\ T_2=\sqrt{3}\mathrm{mT}\sin \left({\mathrm{\θ}}_m\right)\\ T_0=T-T_1-T_2\end{array}\right.$ (3)计算T1、T2、T0。

步骤207：进行零矢量的分割，确定每一小步矢量持续的时间并送缓冲区。

步骤208：送定时值T到第一定时器，并开中断。

步骤209：如果缓冲区的值被取走则执行下一步，否则等待。

步骤210：如果已经计算次数少于N/6则跳到步骤207，否则跳到步骤201。

第一定时器中断步骤为：取缓冲区数据，输出第一段的电压矢量，送第一段电压矢量对应的时间到第二定时器。

第二定时器的中断步骤为：输出下一段的电压矢量，送下一段电压矢量对应的时间到第二定时器。

通过上述三角载波比较法和多变形轨迹追踪法，都是以时间为基准进行计算，首先根据频率f确定载波比N，即采样数；再根据频率f和采样数N，确定采样经过的角度Δθ，由经过的角度Δθ计算采样经过的时间T，根据公式(3)计算PWM输出的时间，将相应的时间送入定时器，通过在相应的时间内输出相应的电压矢量达到输出相应角度的目的。这两种方法都必须将角度换算成时间来进行计算，再通过定时器达到输出PWM的目的，整个计算过程繁琐，并且根据调制波的频率确定定时值，但在这段时间内输入频率可能变化，这将导致PWM实际输出的角度与预定的角度不一致，这样同步调制的性能就变坏，甚至达不到同步调制的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于空间矢量调制的同步调制定时方法，该方法直接以角度为基准进行计算，避免了将角度换算成时间来进行计算，减少了计算步骤，使同步调制的角度更准确。

本发明提供了一种基于空间矢量的同步调制方法，包括：

采样参考电压矢量的频率f；由所述频率f查频率与载波比的关系表，得到载波比N；

由Δθ＝2π/N获得所述参考电压矢量经过的角度Δθ；由θ_m＝(N_th-1)×Δθ获得参考电压矢量调制的角度θ_m，N_th表示第几次采样；

根据调制比-频率曲线得到调制比m；

由参考电压矢量调制的角度θ_m、经过的角度Δθ和调制比m计算合成所述参考电压矢量的三个基本电压矢量的输出角度；具体为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\θ}}_1=\mathrm{\Δ\θ}\×d_1\\ {\mathrm{\Δ\θ}}_2=\mathrm{\Δ\θ}\×d_2\\ {\mathrm{\Δ\θ}}_0=\mathrm{\Δ\θ}\×d_0\end{array}\right.,$ 其中Δθ₁、Δθ₂、Δθ₀分别为所述三个基本电压矢量

输出的角度；d₁、d₂、d₀为对于所述经过的角度Δθ的占空比，由 $\left\{\begin{array}{c}{d}_1=\sqrt{3}m\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-{\mathrm{\θ}}_m)\\ d_2=\sqrt{3}m\sin \left({\mathrm{\θ}}_m\right)\\ d_0=1-d_1-d_2\end{array}\right.$ 获得。

将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的三个基本电压矢量；由所述输出相应的三个基本电压矢量合成与所述参考电压矢量一致的输出电压。

优选地，所述采样参考电压矢量的频率f是实时采集或按照预先设定的时间间隔采集。

优选地，将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的基本电压矢量，包括

设定所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度的比较次序和比较数值；

在每个预先设置的步长T_s内，判断所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f是否大于参考电压矢量经过的角度Δθ，如果是，则提取缓冲区的数据，并设置所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f为0；

优选地，所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f，具体为

${\mathrm{\Δ\θ}}_f={\mathrm{\θ}}_f\left(t\right)-{\mathrm{\θ}}_f\left(0\right)={\∫}_0^{t}2\mathrm{\πfdt},$ 其中设每个采样初始时刻的θ_f(0)＝0；在每个所述步长T_s内，离散化为Δθ_f(k)＝2πfT_s+Δθ_f(k-1)，其中k表示当前时刻，k-1表示上一时刻。

优选地，在判断所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f是否大于参考电压矢量经过的角度Δθ之后还包括以下步骤：

判断所述缓冲区的数据是否被提取，如果是，则所述N_th加1；

判断N_th是否大于N/6，如果是，则指向下一个扇区。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明直接以角度为基准，计算三个基本电压矢量的输出角度，通过比较角度的变化来达到输出相应基本电压矢量的目的，使逆变器输出的电压与所述参考电压矢量一致。本发明直接以角度为基准，不仅避免了将角度换算成时间来计算，减少了计算步骤，而且可以在参考电压频率f动态变化时，准确地保持同步调制角度。

附图说明

图1是现有技术分段同步调制示意图；

图2是现有技术调制比-频率曲线图；

图3是现有技术多边形轨迹追踪法中的正12边形；

图4是现有技术多边形轨迹追踪法中的30边形磁链轨迹；

图5是现有技术多边形轨迹追踪法中的18边形磁链轨迹；

图6是现有技术二电平SVPWM的电压矢量分布图；

图7是本发明基于空间矢量的同步调制方法第一实施例流程图；

图8是本发明基本电压矢量的输出角度与基本电压矢量的关系；

图9是本发明参考电压矢量角度的变化量与基本电压矢量输出的角度比较第一示意图；

图10是本发明参考电压矢量角度的变化量与基本电压矢量输出的角度比较第二示意图；

图11是本发明基于空间矢量的同步调制方法第二实施例流程图；

图12是本发明基于空间矢量的同步调制系统第一实施例结构图；

图13是本发明基于空间矢量的同步调制系统第二实施例结构图；

图14是图13对应的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

下面以二电平为例说明空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM，Space VectorPulse Width Modulation)的原理。SVPWM方法是基于电机磁链轨迹跟踪的控制思想而得到的一种PWM方法。对于交流电机，在忽略定子电阻时，电机定子电压空间矢量的积分即是电机定子磁链空间矢量，因此控制作用于电机的电压矢量的大小和方向及作用的时间，就能控制电机的磁链轨迹。但是变流器输出数量有限的基本电压矢量，作用于电机的理想电压矢量及作用时间，根据磁链轨迹不变的原则，分配给某些基本电压矢量来完成。参见图6，该图为现有技术二电平SVPWM的电压矢量分布图。图中所示的

是基本电压矢量，

是有效电压矢量，

则为零矢量根据伏秒平衡原理，可得到下面的方程(4)。

${\∫}_{\mathrm{kT}}^{(k+1)T}{V}_s{e}^{\mathrm{j\θ}}\mathrm{dt}={\stackrel{\→}{V}}_1{T}_1+{\stackrel{\→}{V}}_2{T}_2+{\stackrel{\→}{V}}_{\mathrm{null}}{T}_0---\left(4\right)$

其中V_s为参考电压矢量，

和

为合成所述参考电压矢量V_s的三个基本电压矢量，T₁、T₂和T₀分别是基本矢量

和

的作用时间。求解方程(4)可得方程(5)，

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1=\sqrt{3}\mathrm{mT}\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-\mathrm{\θ})\\ T_2=\sqrt{3}\mathrm{mT}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ T_0=T-T_1-T_2\end{array}\right.---\left(5\right)$

为了计算的通用性，一般采用计算基本电压矢量作用时间的占空比dx＝Tx/T的方式，从而实现算法与T无关的目的，如果要计算作用时间Tx，

再由Tx＝T*dx计算得到，由方程(5)可得对应的占空比方程(6)。

$\left\{\begin{array}{c}{d}_1=\sqrt{3}m\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-\mathrm{\θ})\\ d_2=\sqrt{3}m\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ d_0=1-d_1-d_2\end{array}\right.---\left(6\right)$

下面结合图7具体说明本发明的实现方法，参见图7，本发明基于空间矢量的同步调制方法第一实施例。

S701：采样参考电压矢量的频率f；由所述频率f查频率与载波比的关系表，得到载波比N。

S702：由Δθ＝2π/N获得所述参考电压矢量经过的角度Δθ；由θ_m＝(N_th-1)×Δθ获得参考电压矢量调制的角度θ_m，N_th表示第几次采样，即第几次采样所述参考电压矢量，每个扇区的采样次数为N/6。所述参考电压矢量经过的角度Δθ就是同步调制需要输出的角度。

S703：根据调制比-频率曲线得到调制比m。

S704：由参考电压矢量调制的角度θ_m、经过的角度Δθ和调制比m计算合成所述参考电压矢量的三个基本电压矢量的输出角度。三个基本电压矢量的输出角度之和为所述同步调制需要输出的角度。

S705：将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的三个基本电压矢量；由所述输出相应的三个基本电压矢量合成与所述参考电压矢量一致的输出电压。可以调整所述Δθ_f与三个基本电压矢量的输出角度的比较次序和比较数值，达到对电压矢量次序和方式的控制。

本发明通过将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，来实现输出相应基本电压矢量的目的，这样避免了将角度换算成时间，而是直接以角度为基准进行计算，减少了计算步骤，便于同步调制的实现。

由参考电压矢量调制的角度θ_m、经过的角度Δθ和调制比m计算合成所述参考电压矢量的三个基本电压矢量的输出角度，具体为：虽然所述参考电压矢量的角速度是不断变化的，但可以设所述参考电压矢量经过的角度Δθ的平均速度是ω_av，可得经过Δθ的时间为公式(7)，将(7)代入公式(5)可得公式(8)。

$T=\frac{\mathrm{\Δ\θ}}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{av}}}---\left(7\right)$ $\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_1}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{av}}}=\sqrt{3}m\frac{\mathrm{\Δ\θ}}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{av}}}\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-\mathrm{\θ})\\ \frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_2}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{av}}}=\sqrt{3}m\frac{\mathrm{\Δ\θ}}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{av}}}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ \frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_0}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{av}}}=\frac{\mathrm{\Δ\θ}}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{av}}}-\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_1}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{av}}}-\frac{{\mathrm{\Δ\θ}}_2}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{av}}}\end{array}\right.---\left(8\right)$

公式(7)中的Δθ₁、Δθ₂、Δθ₀分别为三个基本电压矢量

输出的角度。化简公式(8)可得公式(9)，方程(9)两边同除以Δθ则得到公式(10)

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\θ}}_1=\sqrt{3}\mathrm{m\Δ\θ}\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-\mathrm{\θ})\\ {\mathrm{\Δ\θ}}_2=\sqrt{3}\mathrm{m\Δ\θ}\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ {\mathrm{\Δ\θ}}_0=\mathrm{\Δ\θ}-{\mathrm{\Δ\θ}}_1-{\text{\Δ\θ}}_2\end{array}\right.---\left(9\right)$ $\left\{\begin{array}{c}{d}_1=\sqrt{3}m\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-\mathrm{\θ})\\ d_2=\sqrt{3}m\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ d_0=1-d_1-d_2\end{array}\right.---\left(10\right)$

可以看出公式(10)与公式(6)形式上是一样的，但公式(10)中的d₁、d₂、d₀为对于角度Δθ的占空比，而不是对时间的占空比，如果想得到实际输出的角度，将d₁、d₂、d₀分别乘以Δθ即可，得到公式(11)，其中Δθ₁、Δθ₂、Δθ₀分别为所述三个基本电压矢量

输出的角度。

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\θ}}_1=\mathrm{\Δ\θ}\×d_1\\ {\mathrm{\Δ\θ}}_2=\mathrm{\Δ\θ}\×d_2\\ {\mathrm{\Δ\θ}}_0=\mathrm{\Δ\θ}{\×d}_0\end{array}\right.---\left(11\right)$

参见图8，本发明基本电压矢量的输出角度与基本电压矢量的关系。图中

为所述参考电压矢量，Δθ为所述参考电压矢量需要输出的角度，其中

为合成所述参考电压矢量

的三个基本电压矢量，Δθ₁、Δθ₂、Δθ₀分别为三个基本电压矢量

输出的角度。并且三个基本电压矢量的输出角度Δθ₁、Δθ₂、Δθ₀之和为所述同步调制需要输出的角度Δθ。

下面详细介绍基本电压矢量角度的输出，通过将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的基本电压矢量。

首先介绍如何计算参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f。由角度与角频率之间的关系θ＝∫ωdt＝∫2πfdt可得 ${\mathrm{\θ}}_f\left(t\right)={\∫}_0^{t}2\mathrm{\πfdt}+{\mathrm{\θ}}_f\left(0\right),$ 设每个采样初始时刻的θ_f(0)＝0，则得到θ_f(t)的变化量Δθ_f为 ${\mathrm{\Δ\θ}}_f={\mathrm{\θ}}_f\left(t\right)-{\mathrm{\θ}}_f\left(0\right)={\∫}_0^{t}2\mathrm{\πfdt},$ 在所述每个步长T_s内，上式离散化为Δθ_f(k)＝2πfT_s+Δθ_f(k-1)(12)其中k表示当前时刻，k-1表示上一时刻。

参见图9，本发明参考电压矢量角度的变化量与基本电压矢量输出的角度比较第一示意图。从图中可以看出，随着Δθ_f的增加，比较可得，当Δθ_f小于Δθ₁时，输出基本电压矢量当Δθ_f大于Δθ₁并且小于Δθ₁+Δθ₂时，输出基本电压矢量

当Δθ_f大于Δθ₁+Δθ₂并且小于Δθ₀+Δθ₁+Δθ₂时，输出基本电压矢量可以根据实际需要，调整角度的比较次序和比较数值，达到对基本电压矢量输出次序和方式的控制。

参见图10，本发明参考电压矢量角度的变化量与基本电压矢量输出的角度比较第二示意图。首先比较的是Δθ₂，相应先输出基本电压矢量

当然也可以先比较1/2*Δθ₂，相应输出基本电压矢量

接着比较1/2*Δθ₂+Δθ₁，相应输出基本电压矢量

再比较1/2*Δθ₂+Δθ₁+Δθ₀，相应输出基本电压矢量

最后比较Δθ₂+Δθ₁+Δθ₀，相应输出基本电压矢量

这样可以方便应用于各种调制方法。

下面通过图11来详细说明本发明的具体实现方法。参见图11，本发明基于空间矢量的同步调制方法第二实施例流程图。包括以下步骤：

S1101：采样参考电压矢量的频率f，由所述频率f查频率与载波比的关系表，得到载波比N。所述采样参考电压矢量的频率f是实时采集或按照预先设定的时间间隔采集。

S1102：由Δθ＝2π/N获得所述参考电压矢量经过的角度Δθ；由θ_m＝(N_th-1)×Δθ获得参考电压矢量调制的角度θ_m，N_th表示第几次采样，即第几次采样所述参考电压矢量，每个扇区的采样次数为N/6。所述参考电压矢量经过的角度Δθ就是同步调制需要输出的角度。

S1103：根据调制比-频率曲线得到调制比m。调制比-频率曲线参见图2所示。

S1104：由参考电压矢量调制的角度θ_m、经过的角度Δθ和调制比m计算合成所述参考电压矢量的三个基本电压矢量的输出角度。三个基本电压矢量的输出角度之和为所述同步调制需要输出的角度。

S1105：设定所述参考电压矢量角度的变化量与所述三个基本电压矢量的输出角度的比较次序和比较数值。可以根据实际需要，调整角度的比较次序和比较数值，达到对基本电压矢量输出次序和方式的控制。参见图9和图10，两种不同比较次序和比较数值，对应输出的基本电压矢量的次序和不同，当然，也可以改变比较数值，得到输出的基本电压矢量的数值也不同。

S1106：启动定时器。

S1107：判断参考电压矢量角度的变化量Δθ_f是否大于参考电压矢量经过的角度Δθ。如果是，跳到S1108，否则跳到S1109。

S1108：取缓冲区数据，并且置Δθ_f为零。

S1109：计算Δθ_f。每次Δθ_f置零后，重新计算其数值，由公式(12)获得。

S1110：将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的基本电压矢量。例如，参见图9，参考电压矢量角度的变化量与基本电压矢量输出的角度比较第一示意图。从图中可以看出，随着Δθ_f的增加，比较可得，当Δθ_f小于Δθ₁时，输出基本电压矢量

当Δθ_f大于Δθ₁并且小于Δθ₁+Δθ₂时，输出基本电压矢量当Δθ_f大于Δθ₁+Δθ₂并且小于Δθ₀+Δθ₁+Δθ₂时，输出基本电压矢量

S1111：判断定时器是否达到定时值。如果是，跳到S1107，否则跳到S1112。

S1112：缓冲区数据是否被取走。如果是，跳到S1113，否则跳到S1111。

S1113：N_th加1。表示进行下一次采样，即才下一个参考电压矢量。

S1114：N_th＞N/6。判断N_th是否大于N/6，如果是，跳到S1101，否则跳到S1104。如果N_th＞N/6，表示本扇区已经走完，指向下一个扇区，并跳到第一步。

本方法直接通过角度的比较，控制输出基本电压矢量，避免了将角度换算成时间，再借助定时器达到相应基本电压矢量输出相应时间。由于参考电压频率f是实时采集或按照预先设定的时间间隔采集，计算参考电压矢量的角度的变化量时，采用积分算法，这样把频率f的变化也考虑了进来，同步调制的角度能够更准确。并且本方法中的公式(10)乘以角度即是同步调制的输出角度，乘以时间则为异步调制的定时值，将SVPWM异步调制和同步调制的公式统一起来，更有利于算法的实现。

本发明的同步调制方法适用于任意电平级数，计算过程不因电平级数的增加而变得更复杂。

对于上述基于空间矢量的同步调制方法，本发明还提供了基于空间矢量的同步调制的系统，下面结合具体实施例来详细说明其组成部分。

参见图12，本发明基于空间矢量的同步调制系统第一实施例结构图。包括给定设备110、微处理器220。其中所述微处理器220是整个系统的核心，用来实现同步调制算法，包括：采样单元1201、第一计算单元1202、获得单元1203、第二计算单元1204、比较单元1205、输出单元1206。

给定设备110，给定所述参考电压矢量的频率f，频率给定信号由电位器设定，经过模数转换器转换为数字信号，传递给所述微控制器220的采样单元1201。

采样单元1201，采样所述给定设备110给定的所述参考电压矢量的频率f，由所述频率f查频率与载波比的关系表，得到载波比N。

第一计算单元1202，由Δθ＝2π/N获得所述参考电压矢量经过的角度Δθ；由θ_m＝(N_th-1)×Δθ获得参考电压矢量调制的角度θ_m，N_th表示第几次采样，即第几次采样所述参考电压矢量，每个扇区的采样次数为N/6。所述参考电压矢量经过的角度Δθ就是同步调制需要输出的角度。

获得单元1203，由调制比-频率曲线获得调制比m。参见图2所示的调制比-频率曲线。

第二计算单元1204，由参考电压矢量调制的角度θ_m、经过的角度Δθ和调制比m计算合成所述参考电压矢量的三个基本电压矢量的输出角度。

比较单元1205，将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较。

输出单元1206，用于根据比较结果输出相应的三个基本电压矢量给所述逆变器，由所述输出相应的三个基本电压矢量合成与所述参考电压矢量一致的输出电压。

参见图13，本发明基于空间矢量的同步调制系统第二实施例结构图。以逆变系统为例来说明本发明的应用。当然也可以应用在其他变流系统中，例如整流系统。图13与图12的不同是增加了设定单元1306、第三计算单元1307、判断单元1308、非门1310、驱动电路1311、逆变器1312、交流电机1313。

设定单元1306，设定所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度的比较次序和比较数值；

第三计算单元1307，计算所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f，具体为 ${\mathrm{\Δ\θ}}_f={\mathrm{\θ}}_f\left(t\right)-{\mathrm{\θ}}_f\left(0\right)={\∫}_0^{t}2\mathrm{\πfdt},$ 其中设每个采样初始时刻的θ_f(0)＝0；在所述每个步长T_s内，上式离散化为Δθ_f(k)＝2πfT_s+Δθ_f(k-1)，其中k表示当前时刻，k-1表示上一时刻。

判断单元1308，在预先设置每个的步长T_s内，判断所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f是否大于参考电压矢量经过的角度Δθ，如果是，则取走缓冲区的数据，并置所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f为0。

非门1310，把微控制器1402输出的开关信号取反。从微控制器1402出来的信号一路直接供给逆变器1312的电力电子器件，一路经过所述非门1310供给逆变器1312的同一个桥臂的另一个电力电子器件。

驱动电路1311，增强微控制器1402输出的开关信号的驱动能力。

逆变器1312，将交流电压变为三相直流电压，输送给交流电机1313。

交流电机1313，为控制对象，逆变器1312输出的三相交流电压输送给所述交流电机1313，使交流电机1313的旋转频率与给定的频率f一致。

本系统直接通过角度的比较，控制输出基本电压矢量，避免了将角度换算成时间，再借助定时器达到相应基本电压矢量输出相应时间。并且由于参考电压频率f是实时采集或按照预先设定的时间间隔采集，计算参考电压矢量的角度的变化量时，采用积分算法，这样把频率f的变化也考虑了进来，同步调制的角度能够更准确。

参见图14，图13对应的结构框图。包括给定设备1401、控制设备440、逆变器1405、交流电机1406，其中所述控制设备440包括微控制器1402、非门1403、驱动电路1404。

给定设备1401，给定所述参考电压矢量的频率f，频率给定信号由电位器设定，经过模数转换器转换为数字信号，传递给所述微控制器1402。

微控制器1402，是整个系统的核心，实现同步调制算法。把接收到的所述参考电压矢量的频率f，通过同步调制算法，输出相对应的基本电压矢量，控制逆变器输出对应的基本电压矢量。

非门1403，把微控制器1402输出的开关信号取反。

驱动电路1404，把微控制器1402输出的开关信号放大。

逆变器1405，将直流电压V_dc变换为三相交流电压u_U、u_V、u_W，包括一个滤波电容和6个电力电子器件。滤波电容用于保证直流电压的稳定，电力电子器件中连在一起的2个器件组成一个桥臂，用于控制一相电压，微控制器1402输出的信号为1电子电子器件导通，信号为0则关断。微控制器1402输出的基本开关信号经过非门1403取反，分别给了图14中的电子电子器件D4、D5、D6，基本开关信号直接给了图14中的电子电子器件D1、D2、D3，两个互补的信号控制一个桥臂。三个桥臂由微控制器1402输出的三个基本开关信号S_U、S_V、S_W控制，S_U、S_V、S_W信号不同，逆变器1405输出不同的电压矢量，控制交流电机1406，使交流电机1406旋转的频率同给定设备1401给定的频率f一致。

下面结合图6和图14，以二电平电压空间矢量为例，详细说明本发明同步调制的实现。例如，图14中的微控制器1402输出的基本电压矢量为参见图6，二电平SVPWM的电压矢量分布图。

对应的开关信号为110，即S_U、S_V、S_W对应的开关状态分别为1、1、0，对应的电子电子器件D1、D2、D3状态分别为导通、导通、关断；对应的电子电子器件D4、D5、D6状态分别为关断、导通、导通。逆变器根据所述电力电子器件的开关状态将直流电压V_dc变换为三相交流电压u_U、u_V、u_W，输送给交流电机1406，使交流电机1406旋转的频率同给定设备1401给定的频率f一致，实现同步调制。

由于参考电压频率f是实时采集或按照预先设定的时间间隔采集，计算参考电压矢量的角度的变化量时，采用积分算法，这样把频率f的变化也考虑了进来，通过本系统同步调制的角度能够更准确。

本发明的同步调制系统适用于任意电平级数，计算过程不因电平级数的增加而变得更复杂。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1、一种基于空间矢量的同步调制方法，其特征在于，包括：

采样参考电压矢量的频率f；由所述频率f查频率与载波比的关系表，得到载波比N；

由Δθ＝2π/N获得所述参考电压矢量经过的角度Δθ；由θ_m＝(N_th-1)×Δθ获得参考电压矢量调制的角度θ_m，N_th表示第几次采样；

根据调制比-频率曲线得到调制比m；

由参考电压矢量调制的角度θ_m、经过的角度Δθ和调制比m计算合成所述参考电压矢量的三个基本电压矢量的输出角度；具体为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_1=\mathrm{\Δ\θ}\×d_1\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_2=\mathrm{\Δ\θ}\×d_2\\ {\mathrm{\Δ\θ}}_0=\mathrm{\Δ\θ}\×d_0\end{array}\right.$ 其中Δθ₁、Δθ₂、Δθ₀分别为所述三个基本电压矢量

输出的角度；其中d₁、d₂、d₀为对于所述经过的角度Δθ的占空比，由 $\left\{\begin{array}{c}{d}_1=\sqrt{3}m\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-{\mathrm{\θ}}_m)\\ d_2=\sqrt{3}m\sin \left({\mathrm{\θ}}_m\right)\\ d_0=1-d_1-d_2\end{array}\right.$ 获得。

将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的三个基本电压矢量；由所述输出相应的三个基本电压矢量合成与所述参考电压矢量一致的输出电压。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采样参考电压矢量的频率f是实时采集或按照预先设定的时间间隔采集。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度比较，根据比较结果输出相应的基本电压矢量，包括

设定所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f与所述三个基本电压矢量的输出角度的比较次序和比较数值；

在每个预先设置的步长T_s内，判断所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f是否大于参考电压矢量经过的角度Δθ，如果是，则提取缓冲区的数据，并设置所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f为0。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f，具体为 ${\mathrm{\Δ\θ}}_f={\mathrm{\θ}}_f\left(t\right)-{\mathrm{\θ}}_f\left(0\right)={\∫}_0^{t}2\mathrm{\πfdt},$ 其中设每个采样初始时刻的θ_f(0)＝0；在每个所述步长T_s内，离散化为Δθ_f(k)＝2πT_s+Δθ_f(k-1)，其中k表示当前时刻，k-1表示上一时刻。

5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在判断所述参考电压矢量角度θ的变化量Δθ_f是否大于参考电压矢量经过的角度Δθ之后还包括以下步骤：判断所述缓冲区的数据是否被提取，如果是，则所述N_th加1；判断N_th是否大于N/6，如果是，则指向下一个扇区。

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