CN109660161A - 一种基于risc-v实现svpwm的优化方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于RISC‑V实现SVPWM的优化方法，包括四个步骤，首先通过电压空间矢量旋转幅度判断参考电压Vref所在的扇区；接下来计算各个扇区内的基本电压矢量的作用时间T1和T2；然后计算各个扇区内的电压空间矢量切换点；最后生成SVPWM调制波形。本发明通过分析传统的SVPWM算法并加以改进，经过数字化处理来减少其三角函数的计算损耗，降低了CPU资源的消耗。

Description

一种基于RISC-V实现SVPWM的优化方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制领域，特别涉及一种基于RISC-V实现SVPWM优化算法的实现方法。
背景技术
RISC-V指令集是基于精简指令集计算(RISC)原理建立的开放指令集架构(ISA)，RISC-V是在指令集不断发展和成熟的基础上建立的全新指令。RISC-V指令集具有完全开源，设计简单，易于移植Unix系统，模块化设计，完整工具链。等优点。RISC-V如Linux一样开放(包括RTL)，如ARM那样高效低能耗。
随着电力电子技术的发展，变频电源、电机控制、交流变频调速等技术得到了很大的进步。空间矢量脉宽(SVPWM)技术在永磁同步电机(PMSM)中应用更加广泛。SVPWM在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉及一个器件，所以具有开关损耗小、计算简单(利用电压空间矢量直接生成三相PWM波)、逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压、比一般的SPWM逆变器输出电压高15％等特点。
传统的SVPWM算法中三角函数与反三角函数的运算在实时控制的过程中增加了CPU的损耗。
发明内容
为了降低CPU资源的消耗，本发明通过分析传统的SVPWM算法并加以改进，经过数字化处理来减少其三角函数的计算损耗。通过以RISC-V处理器为基础实现此算法。
具体技术方案如下：
(1)扇区判断：通过电压空间矢量旋转幅度判断参考电压Vref所在的扇区；
(2)计算各个扇区内的基本电压矢量的作用时间TX和TY；
(3)计算各个扇区内的电压空间矢量切换点；
(4)生成SVPWM调制波形。
步骤(1)所述的扇区判断包括，
1.1)计算幅角θ，具体公式为：其中，Vref为参考电压，Um为峰值电压；θ取值为-π到π；
1.2)计算H，具体公式为：
1.3)对H向上取整，取值范围为[1，6]，根据H的值判断参考电压Vref所在扇区，
当H＝1时，参考电压Vref位于扇区IV，
当H＝2时，参考电压Vref位于扇区V，
当H＝3时，参考电压Vref位于扇区VI，
当H＝4时，参考电压Vref位于扇区I，
当H＝5时，参考电压Vref位于扇区II，
当H＝6时，参考电压Vref位于扇区III。
步骤(2)所述的各个扇区内的基本电压矢量的作用时间的计算公式如下：
扇区I的基本电压矢量的作用时间：
扇区II的基本电压矢量的作用时间：
扇区III的基本电压矢量的作用时间：
扇区IV的基本电压矢量的作用时间：
扇区V的基本电压矢量的作用时间：
扇区VI的基本电压矢量的作用时间：
其中，Uα、Uβ为三相定子电压，Ud为逆变器直流母线电压，Ts为参考电压矢量的采样周期；
计算各个扇区内abc三相电压空间矢量切换点Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3，Tcmp1为最大的宽度脉冲前沿的切换点,Tcmp2为次宽度的脉冲前沿的切换点Tcmp3为最小的宽度脉冲前沿的切换点；
扇区I内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3；
扇区II内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp2、Tcmp1、Tcmp3；
扇区III内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp3、Tcmp1、Tcmp2；
扇区IV内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp3、Tcmp2、Tcmp1；
扇区V内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp2、Tcmp1、Tcmp3；
扇区VI内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp1、Tcmp3、Tcmp2；
生成各扇区SVPWM调制波形：调制波形的实现，即使用了7段的SVPWM，7段式SVPWM由3个零向量、4个非零空间电压向量共同组成，以零矢量U0(000)为起点和终点，零矢量U7(111)为中点，零矢量的作用时间相同为T0，7段式SVPWM的组成顺序为零矢量(000)、矢量1、矢量2、零矢量(111)、矢量2、矢量1、零矢量(000)，前后各俩个二分之一零矢量(000)，中间为矢量零(111)；四个非零矢量即二分之一矢量1，二分之一矢量2，二分之一矢量2，二分之一矢量1；矢量1、矢量2根据不同扇区代表不同矢量；根据各个扇区内abc三相电压的矢量切换点来输出各个扇区的调制波形，分别表示abc三相电平的情况，波形的脉宽为Ts-2Tcmpx，x取值1,2,3，幅值为abc三相电压的值。
有益效果
与现有技术相比，本发明提出的优化SVPWM算法在判断电压所在扇区与基本电压空间矢量作用时间的计算中减少了三角函数的计算，减轻了CPU的负担，更易于数字化实现。
附图说明
图1电压空间矢量图
图2七段式扇区I调制波形
图3电压型逆变器结构原理图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。本发明所述的一种基于RISC-V实现SVPWM优化算法的实现方法，该算法包括扇区判断单元；电压矢量作用时间计算单元；电压空间矢量切换点计算单元；PWM波形生成单元。
扇区判断：通过参考电压Vref来计算变量θ，来求出H的值，通过H的值，根据H与扇区对应的关系来进行对比来得出所在的扇区号。
计算电压矢量作用时间：通过直流母线电压Ud，采样周期Ts，三相定子电压Uα、Uβ来计算各个扇区的T1,T2。
计算电压空间矢量切换点：将电压矢量作用时间计算单元求出的T1,T2,通过电压空间矢量切换点公式来求出Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3，Tcmp1为最大的宽度脉冲前沿的切换点，也就是起始切换点；Tcmp2为次宽度的脉冲前沿的切换点，也就是中间切换点；Tcmp3为最小的宽度脉冲前沿的切换点，也就是最后的切换点。
PWM波形生成单元：利用Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3实现七段式的SVPWM，把各个扇区三相电压切换点的数据送入到程序中，将Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3分别和Tx比较，Tx为计数器的值，计数器为三角波计数器，此三角波计数器为最小值为0，最大值为二分之一Ts，计数方向交替变化的可逆计数器。
当Tcmp1<Tx，PWM1＝1，否则PWM1＝0；当Tcmp2<Tx，PWM3＝1，否则PWM3＝0；当Tcmp3<Tx，PWM5＝1，否则PWM5＝0。PWM2，PWM4，PWM6作为PWM1，PWM3，PWM5的互补输出，即可实现七段式的SVPWM。以扇区I为例，如图2所示，同理可以得到其他扇区的波形图。

Claims (5)

1.一种基于RISC-V实现SVPWM的优化方法，包括以下步骤：
(1)扇区判断：通过电压空间矢量旋转幅度判断参考电压Vref所在的扇区；
(2)计算各个扇区内的基本电压矢量的作用时间T1和T2；
(3)计算各个扇区内的电压空间矢量切换点；
(4)生成SVPWM调制波形。
2.根据权利要求1所述的一种基于RISC-V实现SVPWM的优化方法，其特征在于：
步骤(1)所述的扇区判断包括，
1.1)计算幅角θ，具体公式为：其中，Vref为参考电压，Um为峰值电压；θ取值为-π到π；
1.2)计算H，具体公式为：
1.3)对H向上取整，取值范围为[1，6]，根据H的值判断参考电压Vref所在扇区，
当H＝1时，参考电压Vref位于扇区IV，
当H＝2时，参考电压Vref位于扇区V，
当H＝3时，参考电压Vref位于扇区VI，
当H＝4时，参考电压Vref位于扇区I，
当H＝5时，参考电压Vref位于扇区II，
当H＝6时，参考电压Vref位于扇区III。
3.根据权利要求1所述的一种基于RISC-V实现SVPWM的优化方法，其特征在于：
步骤(2)所述的各个扇区内的基本电压矢量的作用时间的计算公式如下：
扇区I的基本电压矢量的作用时间：
扇区II的基本电压矢量的作用时间：
扇区III的基本电压矢量的作用时间：
扇区IV的基本电压矢量的作用时间：
扇区V的基本电压矢量的作用时间：
扇区VI的基本电压矢量的作用时间：
其中，Uα、Uβ为三相定子电压，Ud为逆变器直流母线电压，Ts为参考电压矢量的采样周期。
4.根据权利要求1所述的一种基于RISC-V实现SVPWM的优化方法，其特征在于：
计算各个扇区内abc三相电压空间矢量切换点Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3，Tcmp1为最大的宽度脉冲前沿的切换点,Tcmp2为次宽度的脉冲前沿的切换点Tcmp3为最小的宽度脉冲前沿的切换点；
扇区I内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3；
扇区II内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp2、Tcmp1、Tcmp3；
扇区III内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp3、Tcmp1、Tcmp2；
扇区IV内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp3、Tcmp2、Tcmp1；
扇区V内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp2、Tcmp1、Tcmp3；
扇区VI内:a、b、c三相电压矢量切换点依次为Tcmp1、Tcmp3、Tcmp2。
5.根据权利要求1所述的一种基于RISC-V实现SVPWM的优化方法，其特征在于：
生成各扇区SVPWM调制波形：调制波形的实现，即使用了7段的SVPWM，7段式SVPWM由3个零向量、4个非零空间电压向量共同组成，以零矢量U0(000)为起点和终点，零矢量U7(111)为中点，零矢量的作用时间相同为T0，7段式SVPWM的组成顺序为零矢量(000)、矢量1、矢量2、零矢量(111)、矢量2、矢量1、零矢量(000)，前后各俩个二分之一零矢量(000)，中间为矢量零(111)；四个非零矢量即二分之一矢量1，二分之一矢量2，二分之一矢量2，二分之一矢量1；矢量1、矢量2根据不同扇区代表不同矢量；根据各个扇区内abc三相电压的矢量切换点来输出各个扇区的调制波形，分别表示abc三相电平的情况，波形的脉宽为Ts-2Tcmpx，x取值1,2,3，幅值为abc三相电压的值。
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