CN112713833A - Dpwm控制方法、装置、电机控制设备、电器设备及存储介质 - Google Patents

Dpwm控制方法、装置、电机控制设备、电器设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种DPWM控制方法、装置、电机控制设备、电器设备及计算机可读存储介质。根据三相电机输出侧的参考电压Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量，由此无需进行扇区判断以及坐标变换就能实现DPWM调制。

Description

DPWM控制方法、装置、电机控制设备、电器设备及存储介质
技术领域
本申请涉及脉宽调制(PWM)技术领域，尤其涉及一种不连续脉宽调制DPWM控制方法、装置、电机控制设备、电器设备及计算机可读存储介质。
背景技术
传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)是一种连续的脉宽调制(PWM),会使电机三相开关管的开关次数多、开关管损耗大，这样会大大降低系统效率，并且其方法实现的过程中需要进行坐标变换和扇区判断，会导致数字化实现复杂，同时对硬件要求很高。
传统PWM实现方式采用坐标系，根据参考电压所在扇区，通过改变非零电压矢量作用时间来实现。SVPWM是7段式PWM，而不连续的脉宽调制(DPWM)实际为一种5段式PWM，可通过改变零矢量作用位置来实现。与SVPWM实现方法不同，DPWM每个开关周期只有V0(0 0 0)或V7(1 1 1)中一个零矢量作用，而SVPWM两个零矢量平均分配，为说明二者之间区别，以第I扇区为例，7段SVPWM开关时序为V0(0 0 0)-V1(1 0 0)-V2(1 1 0)-V7(1 1 1)-V7(1 11)-V2(1 1 0)-V1(1 0 0)-V0(0 0 0)，如图1所示。7段式SVPWM以V0(0 0 0)开始中间经V7(1 1 1)过渡最终以V0(0 0 0)结束，保证每次切换只有一个桥臂动作，而5段式DPWM开关时序有两种：①V0(0 0 0)-V1(1 0 0)-V2(1 1 0)-V2(1 1 0)-V1(1 0 0)-V0(0 0 0)，只有零矢量V0(0 0 0)②V1(1 0 0)-V2(1 1 0)-V7(1 1 1)-V7(1 1 1)-V2(1 1 0)-V1(1 0 0)，只有零矢量V7(1 1 1)。如图2所示。
不连续脉宽调制(DPWM)策略使逆变器在每个开关周期内的开关次数由SVPWM的6次减少到4次，开关次数减少1/3。从而相对比于连续脉宽调制(SVPWM)策略减少了功率器件的开关次数，降低了器件的开关损耗，进而提高了逆变器的效率。
DPWM可以分为DPWMMAX、DPWMMIN、DPWM0、DPWM1、DPWM2、DPWM3，6种不连续的调制策略。其中：DPWMMAX只使用零矢量(1 1 1)与其他非零矢量进行分配，让功率器件在输出电压的正半周有120°区间不动作；DPWMMIN只使用零矢量(0 0 0)与其他非零矢量进行分配，功率器件在输出电压的负半周有120°区间不动作；DPWM0使用零矢量(0 0 0)、(1 1 1)与其他非零矢量进行分配，使功率器件在输出电压正负半周各有60°区间不动作，且不动作区间超前电压峰值30°；DPWM2使用零矢量(0 0 0)、(1 1 1)与其他非零矢量进行分配，使功率器件在输出电压正负半周各有60°区间不动作，且不动作区间滞后电压峰值30°；DPWM1使用零矢量(0 0 0)、(1 1 1)与其他非零矢量进行分配，使功率器件在输出电压正负半周峰值处各有60°区间不动作；DPWM3使用零矢量(0 0 0)、(1 1 1)与其他非零矢量进行分配，使左桥臂每隔60°有30°区间不动作。
专利CN111049465A中采用扇区判断的方式来实现DPWM调制，同样需要进行扇区判断以及坐标变换，数字实现方法复杂同时代码执行效率低。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方式。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种DPWM控制方法、装置、电机控制设备、电器设备及计算机可读存储介质。根据三相电机输出侧的参考电压Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM的各个扇区插入V0矢量或V7矢量，由此无需进行扇区判断以及坐标变换就能实现DPWM调制。
根据本申请的一个方面，提供一种DPWM控制方法，包括：
获取三相电机输出侧的参考电压Ua、Ub、Uc；
根据Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量。
进一步地，
其中，根据Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量，包括：
当所述中间电压为正值时，在DPWM对应的扇区插入V0矢量；
当所述中间电压为负值时，在DPWM对应的扇区插入V7矢量。
进一步地，
在DPWM对应的扇区插入V0矢量，包括：在DPWM对应的扇区的时序的首尾位置分别插入一个V0矢量；
和/或，
在DPWM对应的扇区插入V7矢量，包括：在DPWM对应的扇区的时序的居中位置连续插入两个V7矢量。
进一步地，还包括，根据Ua、Ub、Uc的大小确定DPWM的扇区中各个电压矢量的切换时间。
根据本申请的又一个方面，提供一种DPWM控制装置，包括：
数据获取单元，用于获取三相电机输出侧的参考电压Ua、Ub、Uc；
扇区管理单元，用于根据所述数据获取单元获取的Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量。
进一步地，
其中，根据Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量，包括：
当所述中间电压为正值时，在DPWM对应的扇区插入V0矢量；
当所述中间电压为负值时，在DPWM对应的扇区插入V7矢量。
进一步地，
在DPWM对应的扇区插入V0矢量，包括：在DPWM对应的扇区的时序的首尾位置分别插入一个V0矢量；
和/或，
在DPWM的对应的扇区插入V7矢量，包括：在DPWM对应的扇区的时序的居中位置连续插入两个V7矢量。
进一步地，还包括，根据Ua、Ub、Uc的大小确定DPWM的扇区中各个电压矢量的切换时间。
根据本申请的又一个方面，提供一种电机控制设备，包括：
存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序代码；
所述处理器，用于调用所述程序代码执行如前所述的方法。
根据本申请的又一个方面，提供一种电机控制设备，包括：逆变器，和如前所述的DPWM控制装置，所述DPWM控制装置用于通过PWM脉冲信号控制所述逆变器中开关管的开通和断开。
根据本申请的又一个方面，提供一种电器设备，包括：电机和如前所述的电机控制设备，所述电机控制设备用于控制电机的运行。
根据本申请的又一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序代码，所述程序代码能够被处理器调用以执行实现如前所述的方法。
根据本申请提出的一种DPWM控制方法、装置、电机控制设备、电器设备及计算机可读存储介质。根据三相电机输出侧的参考电压Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量，由此避免了DPWM控制中进行扇区判断，也不用进行复杂的坐标变换，简化了数字化的实现，同时提高了算法的代码执行效率。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中7段式PWM开关序列图；
图2示出了现有技术中5段式PWM开关序列图；
图3示出了本申请的一种电机控制设备的一实施例的示意图；
图4示出了本申请的一种DPWM控制装置的一实施例的示意图；
图5示出了本申请的一种用于DPWM控制装置的电压矢量图的一实施例的示意图；
图6示出了本申请的一种DPWM控制方法的一实施例的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图3示出了本申请的一种电机控制设备的一实施例的示意图。
如图所示，所述电机控制设备100包括逆变器1和DPWM控制装置2，所述DPWM控制装置用于通过PWM脉冲信号控制所述逆变器中开关管的开通和断开，所述逆变器用于将供电电源300的直流信号转换为交流信号以对三相电机200进行供电。
作为一种实现方式，可以在电器设备(未示出)中使用上述电机控制设备100和电机(未示出)，电机为负载提供动能。这里所述的电器设备例如包括空调、冰箱、电扇等等各种商用或者家用电器。
图4示出了本申请的一种DPWM控制装置的一实施例的示意图。
如图所示，DPWM控制装置2包括扇区管理单元21和数据获取单元22。
数据获取单元22，用于获取三相电机输出侧的参考电压Ua、Ub、Uc。扇区管理单元21，用于根据所述数据获取单元获取的Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量。
此处，数据获取单元22可以通过传感器测得三相电压的大小，也可以是从传感器读取三相电压的大小。
图5示出了本申请的一种用于DPWM控制装置的电压矢量图的一实施例的示意图。
如图所示，在该实施例中，以DPWM60°扇区为例，将原有的六扇区划分为12个扇区，即一个大扇区划分为2个小扇区，在每个小扇区内，通过插入零矢量V0(0 0 0)或V7(1 1 1)与其他非零矢量进行分配，以减小开关切换的次数。
以5段式开关序列为例，如图2(a)中只使用零矢量V0(0 0 0)，在图2(b)中只使用V7(1 1 1)。通过V0(0 0 0)或V7(1 1 1)的插入，减小了开关管切换到次数，延长了开关管的寿命。
本申请发现，零矢量V0(0 0 0)或V7(1 1 1)的插入要考虑到每个开关周期只切换一个桥臂的开关，并且要考虑IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的发热不均问题以及开关管的损耗、相电压的谐波大小等问题。
以I扇区为例，将I扇区划分为两个小扇区(1和2)，在小扇区2中只采用零矢量V0(00 0)，如图2(a)所示，可以得出：
Figure BDA0002830362470000061
Ts表示开关周期，T1、T2表示基本电压矢量的作用时间，Ta，Tb，Tc分别表示逆变器的在三相上的开关管的切换时间。
在小扇区1中只采用零矢量V7(1 1 1)，如图2(b)所示，可以得出：
Figure BDA0002830362470000071
在I扇区中，Ua＞Ub＞Uc，其中Ub＜0，根据式(1)可以得出：
Figure BDA0002830362470000072
Vdc为母线电压；Ua、Ub、Uc分别为电机三相电压，Umax和Umin分别为三相电压中的最大值和最小值。
在I扇区中，Ua＞Ub＞Uc，其中Ub＞0，根据式(2)可以得出：
Td＝0
Figure BDA0002830362470000073
在小扇区1中Ub＜0，只使用零矢量V7(1 1 1)；在小扇区2中Ub＞0，只使用零矢量V0(0 0 0)。
根据以上类比推导，可以看出，此外，针对每一个扇区，可以根据三相电压大小的中间值的正负确定插入的是零矢量V7(1 1 1)还是零矢量V0(0 0 0)。同时还可以发现，根据三相电压的大小可以确定每一个开关管的切换时间，根据三相电压的最大值、最小值以及中间值的正负，可以确定出对应的扇区。
因此，扇区管理单元21可以根据Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量还是V7矢量。确定Ua、Ub、Uc的中间电压，即是比较Ua、Ub、Uc的大小，找出居中的电压，例如Ua＞Ub＞Uc，则Ub为中间电压。此处，根据三相电压的最大值、最小值以及中间值的正负，可以确定出对应的扇区。
作为一种实现方式，当所述中间电压为正值时，在对应的扇区插入V0矢量；当所述中间电压为负值时，在对应的扇区插入V7矢量。
在扇区时序如何上插入V0和V7，决定了DPWM的调制策略。根据插入的V0和V7，DPWM可以分为DPWMMAX、DPWMMIN、DPWM0、DPWM1、DPWM2、DPWM3，6种不连续的调制策略。
可选地，在对应扇区的时序的首尾位置分别插入一个V0矢量；和/或，在对应的扇区的时序的居中位置连续插入两个V7矢量。以此实现在一个开关周期中只有一个桥臂动作。当然不限于此。
作为一种实现方式，扇区管理单元21还包括根据Ua、Ub、Uc的大小确定对应的扇区中各个电压矢量的切换时间。
此外，可选地，如图2所示，插入V2矢量时，可以在对应的扇区的时序的首尾位置分别插入一个V0矢量；插入V7矢量时，可以在对应的扇区的时序的居中位置连续插入两个V7矢量。如此确保了一个开关周期中只有一个桥臂动作。
采用本申请的方案，在DPWM控制上，避免了进行扇区判断，也不用进行复杂的坐标变换，简化了数字化的实现，同时提高了算法的执行效率。
图6示出了本申请的一种DPWM控制方法的一实施例的示意图。
该方法包括如下步骤：
S1，获取三相电机输出侧的参考电压Ua、Ub、Uc；
S2，根据Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述控制装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
本申请还包括一种电机控制设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储程序代码；所述处理器，用于调用所述程序代码执行本申请实施例所述的电压调节方法。
本申请还包括一种电机控制设备，包括逆变器和如前所述的DPWM控制装置，所述DPWM控制装置用于通过PWM脉冲信号控制所述逆变器中开关管的开通和断开。
本申请还包括一种电器设备，包括电机，和如前所述的电机控制设备，所述电机控制设备用于控制电机的运行。所述电器设备可以包括各种家用或者商用电器，例如空调、冰箱、风扇等等。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行本发明实施例上述DPWM控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种DPWM控制方法，其特征在于，包括：
获取三相电机输出侧的参考电压Ua、Ub、Uc；
根据Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
其中，根据Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量，包括：
当所述中间电压为正值时，在DPWM对应的扇区插入V0矢量；
当所述中间电压为负值时，在DPWM对应的扇区插入V7矢量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
在DPWM对应的扇区插入V0矢量，包括：在DPWM对应的扇区的时序的首尾位置分别插入一个V0矢量；
和/或，
在DPWM对应的扇区插入V7矢量，包括：在DPWM对应的扇区的时序的居中位置连续插入两个V7矢量。
4.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于：
还包括，根据Ua、Ub、Uc的大小确定DPWM的扇区中各个电压矢量的切换时间。
5.一种DPWM控制装置，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取三相电机输出侧的参考电压Ua、Ub、Uc；
扇区管理单元，用于根据所述数据获取单元获取的Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：
其中，根据Ua、Ub、Uc中中间电压的值，确定在DPWM对应的扇区插入V0矢量或V7矢量，包括：
当所述中间电压为正值时，在DPWM对应的扇区插入V0矢量；
当所述中间电压为负值时，在DPWM对应的扇区插入V7矢量。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：
在DPWM对应的扇区插入V0矢量，包括：在DPWM对应的扇区的时序的首尾位置分别插入一个V0矢量；
和/或，
在DPWM的对应的扇区插入V7矢量，包括：在DPWM对应的扇区的时序的居中位置连续插入两个V7矢量。
8.如权利要求5-7任一所述的装置，其特征在于：
还包括，根据Ua、Ub、Uc的大小确定DPWM的扇区中各个电压矢量的切换时间。
9.一种电机控制设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序代码；
所述处理器，用于调用所述程序代码执行权利要求1至4中任一项所述的方法。
10.一种电机控制设备，其特征在于，包括：逆变器，和如权利要求5至8中任一项所述的DPWM控制装置，所述DPWM控制装置用于通过PWM脉冲信号控制所述逆变器中开关管的开通和断开。
11.一种电器设备，其特征在于，包括：电机和如权9或10任一所述的电机控制设备，所述电机控制设备用于控制电机的运行。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序代码，其特征在于，所述程序代码能够被处理器调用以执行实现权利要求1至4任一项所述的方法。
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