CN109327175B - 基于dsp的中间60度调制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DSP的中间60度调制方法及系统。该方法包括以下步骤：采集旋变角度，并根据旋变角度计算转速；根据转速判断模式给定和当前模式；根据模式指令或者模式给定判断是否达到切换的角度值，并在达到所述切换的角度值后，进行模式切换；根据合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量，并根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子操作。本发明的方法使用DSP生成中间60度调制算法的PWM波形，从而实现中间60度调制的正确波形，并且实现各种中间60度调制下的不同模式切换。

Description

基于DSP的中间60度调制方法及系统

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种基于DSP的中间60度调制方法及系统。

背景技术

相关技术中，关于中间60度调制算法的原理性描述较多，但是都没有详细说明如何使用DSP生成中间60度调制算法的PWM波形。导致中间60度调制算法生成PWM波形缺乏准确性和可靠性。影响调制效果。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于DSP的中间60度调制方法。该方法使用DSP生成中间60度调制算法的PWM波形，从而实现中间60度调制的正确波形，并且实现各种中间60度调制下的不同模式切换。

本发明的另一个目的在于提出一种基于DSP的中间60度调制系统。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种基于DSP的中间60度调制方法，包括以下步骤：采集旋变角度，并根据所述旋变角度计算转速；根据所述转速判断模式给定和当前模式；根据所述模式指令或者模式给定判断是否达到切换的角度值，并在达到所述切换的角度值后，进行模式切换；根据合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量，并根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子函数。

根据本发明实施例的基于DSP的中间60度调制方法，解决产生中间60度调制算法PWM波的问题，使用DSP生成中间60度调制算法的PWM波形，从而实现中间60度调制的正确波形，并且实现各种中间60度调制下的不同模式切换。

本发明第二方面的实施例公开了一种基于DSP的中间60度调制系统，包括：采集模块，用于采集旋变角度，并根据所述旋变角度计算转速；模式生成模块，用于根据所述转速判断模式给定和当前模式；模式切换模块，用于根据模式指令或者模式给定判断是否达到切换的角度值，并在达到所述切换的角度值后，进行模式切换；调制模块，用于根据合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量，并根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子函数。

根据本发明实施例的基于DSP的中间60度调制系统，解决产生中间60度调制算法PWM波的问题，使用DSP生成中间60度调制算法的PWM波形，从而实现中间60度调制的正确波形，并且实现各种中间60度调制下的不同模式切换。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法中模式生成的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法中模式切换的流程图。

图4是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法中多种模式切换的流程图；

图5是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法中分频调制的流程图；

图6是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法中SVPWM切换到7分频的流程图；

图7是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法的中间60度调制的原理图；

图8是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法的中间60度调制的原理图；

图9是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制系统的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的基于DSP的中间60度调制方法及系统。

图1是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法的流程图。如图1所示，根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制方法，包括如下步骤：

S101：采集旋变角度，并根据所述旋变角度计算转速。

如图1所示，电机参数包括但不限于电流、转速等。

S102：根据所述转速判断模式给定和当前模式。

具体地，如图2所示，如果为手动切换模式，则根据接收到的模式设置当前模式；如果为自动切换模式，则根据电机转速的范围确定模式，并根据电机转速变化方向以及设置的速度滞环值设置当前模式；根据设置的当前模式输出模式指令或者模式给定。

即：，一个部分是完全的手动生成模式指令，即根据上位机的指令输出当前模式，但是这里需要注意，模式之间不能间隔的跳转，只能进行相邻的切换。第二个部分是模式的自动切换，主要是根据当前转速范围进行模式判断切换。需要根据当前转速值以及转速变化方向来判断，并且有转速滞环限制，不能在给定转速点来回的反复切换。

S103：根据模式指令或者模式给定判断是否达到切换的角度值，并在达到所述切换的角度值后，进行模式切换。

如图3所示，包括：判断是否已经达到切换角度；如果是，则进一步根据状态的变化以及允许信号判断采用的切换函数；根据选择的切换函数进行模式切换。

具体地说，其主要的任务是根据前面的模式给定值进行模式的切换工作。首先根据当前给定模式之前模式以及角度来判断是否达到适合切换的角度值。如果达到适合切换的角度则输出切换允许信号。然后根据状态的变化以及允许信号判断使用哪一种切换函数。执行完切换函数之后就真正输出当前的模式值。

其中比较关键的部分是模式切换中间过渡函数，其中，切换函数包括SVPWM、7分频、5分频、3分频和单脉冲切换函数。也就是图3中的SVPWM to7分频函数。由于SVPWM切换到7分频调制模式从根本上来讲都不一样，所以切换时需要注意一些问题。切换函数的流程图如图6所示。由于模式切换前后PWM频率不同，PWM周期计数值不同，导致占空比的最大值不同，所以需要按照对应的原则进行相应的转换。根据即将切换模式的PWM频率计算出占空比最大值。由于切换的角度选择的是0度角，所以过了0度角之后A、C两相都是满占空比，所以需要给A、C两相赋值满占空比。而过了0度角之后B相是由占空比输出的，所以需要按照对应的原则把SVPWM中的占空比转换到7分频中对应的占空比来。所以需要给B相赋值占空比。然后A、C两相都是低电平有效，B相是高电平有效，所以还需要修改电平的极性。如此为切换的过渡过程。

需要说明的是，如果从7分频调制切换回SVPWM调制的话将上面的操作反向执行也能达到相应的效果。

S104：根据合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量，并根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子函数。

如图4和图5所示，包括：根据给定电压和采样角度得到三相电压基波和合成电压角；根据电机转速计算当前调制模式下的PWM频率；判断是否达到同步角度；如果是，则为下一调制模式赋值相应的占空比值，并根据所述PWM频率进行同步；根据所述合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量；根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子操作，其中，相同状态下分为上升沿操作和下降沿操作。

具体而言，如图4所示，根据之前输出的最终模式选择执行的调制方式函数。这个模块里面就包含了中间60度调制算法的各种不同调制模式子函数。

具体的分频调制模块的程序流程图如图5所示。其中，图5中是以7分频为例，5分频和3分频程序流程图类似。原理性的说明如图7所示。

首先叙述中间60度调制原理，如图7所示三种正弦波形代表的是三相电压的基波，三相之间幅值相等，相位互差120度电角度。图例中是以3分频的中间60度调制为例，5分频和7分频调制可以照此类推。3分频中间60度调制将整个电压基波区间分为6个部分，每个区间的角度都是60度，5分频则是将整个电周期分为12份中间6度有两份，7分频将整个电周期分为18份，中间60度对应三份。对于A相来说，只有在A相的60度～120度和240度～300度范围内才会将调制波(正弦波)与载波比(三角波)较并且输出占空比，如图的上半部分所示为输出的PWM波形。其他角度情况下除了0度、180度会有电平的翻转之外都是全高或者全低电平。由于实现PWM波是需要使用DSP中的PWM调制功能，图中的三角波表示的是DSP中PWM计数器的计数值，只有在计数器值为0的时候才会装载PWM波比较值，所以图7中的下半部分所示的A、B、C三相占空比的给定值都需要提前输入，如A相所示的，希望在60度～120度输出占空比，则必须在60度三角波过零点之前赋值下个周期的占空比值。B、C相赋值策略类似。

为了使PWM计数器的值始终和三相基波保持一一对应的相位关系还有实现高低电平的转换功能，需要定义一些具体操作。这里主要有两个重要的操作。

一是PWM波同步操作。这个操作的功能是通过控制PWM计数器的计数值全部从0开始计数，主要功能是如果检测到角度通过目标角度，比如说0度或者180度，而理论上PWM计数值也是从0开始的单实际上可能存在一定偏差，那么可以手动修正这个偏差使得PWM计数器从0开始计数，始终保持两者的位置关系是对齐的。

同步的功能实现是通过DSP里面的寄存器值得设置来完成的，具体设置如下。初始化中设置DSP中的时基控制寄存器TBCTL中的13位为1，表示接收到同步指令之后计数值方向变成向上计数方向。TBCTL中的4～5位修改为00，表示选择同步信号可以使用软件同步信号。TBCTL中的2位改为1，表示收到同步信号时把相位寄存器中的值载入。正常运行时遇到需要同步的点执行命令把TBCTL中的6位置1，就表示触发软件的同步信号。A、B、C三相由于使用的是一个共同的计数器所以同步操作都是一起动作的。

二是电平极性改变操作。电平翻转操作的功能是改变在角度范围在0度～180度范围内和180度～360度范围内PWM波输出电平的极性。从图7可以看出在A相角度正负周期内电平输出是相反的。使用这个功能也能实现在0度和180度实现电平的翻转。

电平极性的翻转操作是通过对DSP中的动作寄存器AQCTLA的设置来实现的。当要实现低电平有效策略时首先需要设置AQCTLA寄存器的4～5位为10，实现在向上计数方向时遇到比较值CMPA时电平拉高。设置AQCTLA寄存器的6～7位为01，实现在向下计数方向时遇到比较值CMPA时电平拉低。设置AQCTLA寄存器的1～0位为01，实现遇到计数值为0时电平拉低。当要实现高电平有效策略时首先需要设置AQCTLA寄存器的4～5位为01，实现在向上计数方向时遇到比较值CMPA时电平拉低。设置AQCTLA寄存器的6～7位为10，实现在向下计数方向时遇到比较值CMPA时电平拉高。设置AQCTLA寄存器的1～0位为01，实现遇到计数值为0时电平拉高。

如图7所示，同步点一共有6个，全部都是60度的倍数的角度。目前使用的同步点是每一相基波从负到正变化的过零点，也就是相对A相而言的0度、120度和240度。A相电平极性翻转点在一个电周期内有两次分别在0度和180度，B相电平翻转点也有两个分别在B相的0度和180度，C相也是如此。

具体的分频程序流程图如图5所示，下面具体叙述算法的实现方式。首先根据给定电压Ud、Uq和采样角度计算三相电压基波以及合成电压角。计算公式如下：

θ_u＝θ_rotor+θ_voltage

U_a＝U_q*cos(θ)+U_d*sin(θ)

然后根据电机转速计算当前调制模式下的PWM频率。接着判断当前是否达到同步角度，如果没有达到同步角度则不做任何操作，如果达到同步角度，先赋值下一个状态的占空比值然后再进行同步。然后根据计算出的电压角度，PWM计数方向状态综合判断出当前的状态量。因为状态主要是根据PWM计数相关的，而通过PWM计数无法获知PWM当前状态，有由于单纯通过电压角度无法产生与PWM的对应关系所以需要同时结合PWM计数状态以及电压角度同时判断，最终以PWM状态为主。根据得到的状态量值选择执行哪一个状态量对应的子函数。再根据PWM计数状态执行子函数中的上升沿程序还是下降沿程序。

如图8所示，中间60度调制实现方式还可以通过图8所示的方式实现，具体地，同步策略不再是一个周期同步三次，而是改为一个周期同步6次。在每次同步点都赋值占空比，还有进行不同相的电平极性翻转任务。

根据本发明实施例的基于DSP的中间60度调制方法，解决产生中间60度调制算法PWM波的问题，使用DSP生成中间60度调制算法的PWM波形，从而实现中间60度调制的正确波形，并且实现各种中间60度调制下的不同模式切换。

图9是根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制系统的结构框图。

如图9所示，根据本发明一个实施例的基于DSP的中间60度调制系统900，包括：采集模块910、模式生成模块920、模式切换模块930以及调制模块940。

其中，采集模块910用于采集旋变角度，并根据所述旋变角度计算转速；模式生成模块920用于根据所述转速判断模式给定和当前模式；模式切换模块930用于根据模式指令或者模式给定判断是否达到切换的角度值，并在达到所述切换的角度值后，进行模式切换；调制模块940用于根据合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量，并根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子函数。

在本发明的一个实施例中，所述模式生成模块920用于：如果为手动切换模式，则根据接收到的模式设置当前模式；如果为自动切换模式，则根据电机转速的范围确定模式，并根据电机转速变化方向以及设置的速度滞环值设置当前模式；根据设置的当前模式输出模式指令或者模式给定。

在本发明的一个实施例中，所述模式切换模块930用于：判断是否已经达到切换角度；如果是，则进一步根据状态的变化以及允许信号判断采用的切换函数；根据选择的切换函数进行模式切换。其中，所述切换函数包括SVPWM、7分频、5分频、3分频和单脉冲切换函数。

在本发明的一个实施例中，所述调制模块940用于：根据给定电压和采样角度得到三相电压基波和合成电压角；根据电机转速计算当前调制模式下的PWM频率；判断是否达到同步角度；如果是，则为下一调制模式赋值相应的占空比值，并根据所述PWM频率进行同步；根据所述合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量；根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子操作，其中，相同状态下分为上升沿操作和下降沿操作。

根据本发明实施例的基于DSP的中间60度调制系统，解决产生中间60度调制算法PWM波的问题，使用DSP生成中间60度调制算法的PWM波形，从而实现中间60度调制的正确波形，并且实现各种中间60度调制下的不同模式切换。

需要说明的是，本发明实施例的基于DSP的中间60度调制系统的具体实现方式与本发明实施例的基于DSP的中间60度调制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于DSP的中间60度调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集旋变角度，并根据所述旋变角度计算转速；

根据所述转速判断当前模式，根据所述当前模式判断模式指令或者模式给定；

根据所述模式指令或者模式给定判断是否达到切换的角度值，并在达到所述切换的角度值后，进行模式切换；

根据合成电压角，PWM计数状态判断出PWM当前的状态量，并根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子函数。

2.根据权利要求1所述的基于DSP的中间60度调制方法，其特征在于，所述根据所述转速判断当前模式，根据所述当前模式判断模式指令或者模式给定，包括：

如果为手动切换模式，则根据接收到的模式设置当前模式；

如果为自动切换模式，则根据电机转速的范围确定当前模式，并根据电机转速变化方向以及设置的速度滞环值设置当前模式；

根据设置的当前模式输出模式指令或者模式给定。

3.根据权利要求1所述的基于DSP的中间60度调制方法，其特征在于，所述根据所述模式指令或者模式给定判断是否达到切换的角度值，并在达到所述切换的角度值后，进行模式切换，包括：

判断是否已经达到切换角度；

如果是，则进一步根据状态的变化以及切换允许信号判断采用的切换函数；

根据选择的切换函数进行模式切换。

4.根据权利要求3所述的基于DSP的中间60度调制方法，其特征在于，所述切换函数包括SVPWM、7分频、5分频、3分频和单脉冲切换函数。

5.根据权利要求1所述的基于DSP的中间60度调制方法，其特征在于，所述根据合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量，并根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子函数，包括：

根据给定电压和采样角度得到三相电压基波和合成电压角；

根据电机转速计算当前调制模式下的PWM频率；

判断是否达到同步角度；

如果是，则为下一调制模式赋值相应的占空比值，并根据所述PWM频率进行同步；

根据所述合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量；

根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子函数，其中，相同状态下分为上升沿操作和下降沿操作。

6.一种基于DSP的中间60度调制系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集旋变角度，并根据所述旋变角度计算转速；

模式生成模块，用于根据所述转速判断当前模式，根据所述当前模式判断模式指令或者模式给定；

模式切换模块，用于根据所述模式指令或者模式给定判断是否达到切换的角度值，并在达到所述切换的角度值后，进行模式切换；

调制模块，用于根据合成电压角，PWM计数状态判断出PWM当前的状态量，并根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子函数。

7.根据权利要求6所述的基于DSP的中间60度调制系统，其特征在于，所述模式生成模块用于：

如果为手动切换模式，则根据接收到的模式设置当前模式；

如果为自动切换模式，则根据电机转速的范围确定当前模式，并根据电机转速变化方向以及设置的速度滞环值设置当前模式；

根据设置的当前模式输出模式指令或者模式给定。

8.根据权利要求6所述的基于DSP的中间60度调制系统，其特征在于，所述模式切换模块用于：

判断是否已经达到切换角度；

如果是，则进一步根据状态的变化以及切换允许信号判断采用的切换函数；

根据选择的切换函数进行模式切换。

9.根据权利要求8所述的基于DSP的中间60度调制系统，其特征在于，所述切换函数包括SVPWM、7分频、5分频、3分频和单脉冲切换函数。

10.根据权利要求6所述的基于DSP的中间60度调制系统，其特征在于，所述调制模块用于：

根据给定电压和采样角度得到三相电压基波和合成电压角；

根据电机转速计算当前调制模式下的PWM频率；

判断是否达到同步角度；

如果是，则为下一调制模式赋值相应的占空比值，并根据所述PWM频率进行同步；

根据所述合成电压角，PWM计数状态判断出当前的状态量；

根据所述状态量执行对应于所述状态量的调制方式函数，并根据所述PWM计数状态执行上升沿或下降沿子函数，其中，相同状态下分为上升沿操作和下降沿操作。

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