CN113098353A - 基于变频器的脉宽调制方法、装置、变频器及存储介质 - Google Patents

基于变频器的脉宽调制方法、装置、变频器及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及变频器技术领域，公开了一种基于变频器的脉宽调制方法、装置、变频器及存储介质，所述方法包括：获取变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数；根据运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使变频器处于预设稳定运行状态；基于优化后的脉宽调制参数计算变频器的各开关器件的作用时间；基于变频器的各开关器件的作用时间启动变频器的各开关器件，以使变频器调制对应宽度的脉冲信号，由于引入了包括当前调制波频率和当前零矢量调节比例系数的当前脉宽调制参数进行运行状态参数采样，再基于优化后的脉宽调制参数调制对应宽度的脉冲信号，减少了输出电流的谐波成分及谐波损耗，降低了因高频转矩脉动引起的振动噪音和功率器件的损耗。

Description

基于变频器的脉宽调制方法、装置、变频器及存储介质
技术领域
本发明涉及变频器技术领域，尤其涉及一种基于变频器的脉宽调制方法、装置、变频器及存储介质。
背景技术
随着变频器技术的发展，对脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)变换器交流侧相电流谐波的研究也逐渐成为近年来的研究热点，然而，传统的基于变频器的脉宽调制方法存在振动噪音大、变频器功率器件损耗严重的问题，现有的脉宽调制优化方法又只能部分解决振动噪音大或者功率器件损耗严重的问题，无法同时对二者进行优化和改善。因此，如何改善变频器的振动噪音的同时，有效降低变频器的损耗，成为一个亟待解决的问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种基于变频器的脉宽调制方法、装置、变频器及存储介质，旨在解决如何改善变频器的振动噪音的同时，有效降低变频器的损耗的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于变频器的脉宽调制方法，所述方法包括以下步骤：
获取变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数；
根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使所述变频器处于预设稳定运行状态；
基于优化后的脉宽调制参数计算所述变频器的各开关器件的作用时间；
基于所述变频器的各开关器件的作用时间启动所述变频器的各开关器件，以使所述变频器调制对应宽度的脉冲信号。
可选地，所述根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使所述变频器处于预设稳定运行状态的步骤，具体包括：
根据所述运行状态参数判断所述变频器是否处于预设稳定运行状态；
在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行调整，获取调整后的脉冲调制参数下的运行状态参数，以更新所述运行状态参数，并返回所述根据所述运行状态参数判断所述变频器是否处于预设稳定运行状态的步骤；
在所述变频器处于所述预设稳定运行状态时，将对应的当前脉冲调制参数作为优化后的脉宽调制参数。
可选地，所述当前脉宽调制参数包括当前调制波频率和当前零矢量调节比例系数；
相应地，所述在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行调整，获取调整后的脉冲调制参数下的运行状态参数的步骤，具体包括：
在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数分别对所述当前零矢量调节比例系数和所述当前调制波频率进行调整，以获得调整后的零矢量调节比例系数和调整后的调制波频率；
获取所述变频器在所述调整后的零矢量调节比例系数和所述调整后的调制波频率下的运行状态参数。
可选地，所述在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数分别对所述当前零矢量调节比例系数和所述当前调制波频率进行调整，以获得调整后的零矢量调节比例系数和调整后的调制波频率的步骤之后，还包括：
判断所述调整后的零矢量调节比例系数是否符合第一调整结束条件；
在所述调整后的零矢量调节比例系数符合所述第一调整结束条件时，控制所述变频器以所述调整后的零矢量调节比例系数运行；
可选地，所述在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数分别对所述当前零矢量调节比例系数和所述当前调制波频率进行调整，以获得调整后的零矢量调节比例系数和调整后的调制波频率的步骤之后，还包括：
判断所述调整后的调制波频率是否符合第二调整结束条件；
在所述调整后的调制波频率符合所述第二调整结束条件时，控制所述变频器以所述调整后的调制波频率运行。
可选地，所述在所述变频器处于所述预设稳定运行状态时，将对应的当前脉冲调制参数作为优化后的脉宽调制参数的步骤，具体包括：
在所述变频器处于所述预设稳定运行状态时，将符合所述第一调整结束条件的调整后的调制波频率作为优化后的零矢量调节比例系数，并将符合所述第二调整结束条件的调整后的调制波频率作为优化后的调制波频率；
相应地，所述基于优化后的脉宽调制参数计算所述变频器的各开关器件的作用时间的步骤，具体包括：
基于所述优化后的零矢量调节比例系数和所述优化后的调制波频率计算所述变频器的各开关器件的作用时间。
可选地，所述基于所述优化后的零矢量调节比例系数和所述优化后的调制波频率计算所述变频器的各开关器件的作用时间的步骤，具体包括：
获取脉宽调制矢量空间中零矢量的作用时间和预设扇区的相邻有效矢量的作用时间；
基于所述优化后的调制波频率、所述优化后的零矢量调节比例系数、所述相邻有效矢量的作用时间以及所述零矢量的作用时间计算所述变频器的各开关器件的作用时间。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种基于变频器的脉宽调制装置，所述装置包括：
参数获取模块，用于获取变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数；
参数优化模块，用于根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使所述变频器处于预设稳定运行状态；
时间计算模块，用于基于优化后的脉宽调制参数计算所述变频器的各开关器件的作用时间；
脉宽调制模块，用于基于所述变频器的各开关器件的作用时间启动所述变频器的各开关器件，以使所述变频器调制对应宽度的脉冲信号。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种变频器，所述变频器包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于变频器的脉宽调制程序，所述基于变频器的脉宽调制程序配置为实现如上文所述的基于变频器的脉宽调制方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有基于变频器的脉宽调制程序，所述基于变频器的脉宽调制程序被处理器执行时实现如上文所述的基于变频器的脉宽调制方法的步骤。
本发明中，获取变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数；根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使所述变频器处于预设稳定运行状态；基于优化后的脉宽调制参数计算所述变频器的各开关器件的作用时间；基于所述变频器的各开关器件的作用时间启动所述变频器的各开关器件，以使所述变频器调制对应宽度的脉冲信号，由于引入了包括当前调制波频率和当前零矢量调节比例系数的当前脉宽调制参数进行运行状态参数采样，提高了当前脉宽调制参数下运行状态参数的采样精确度，也提高了基于运行状态参数进行稳态判断的精确度，进一步地，再基于优化后的脉宽调制参数控制所述变频器稳态时的各开关器件的作用时间，以使所述变频器调制对应宽度的脉冲信号，减少了变频器输出电流的谐波成分及谐波损耗，降低了变频器的转矩脉动，也进一步降低了因高频转矩脉动引起的振动噪音和功率器件的损耗。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的变频器的结构示意图；
图2为本发明基于变频器的脉宽调制方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明基于变频器的脉宽调制方法第一实施例涉及的脉冲调制矢量空间分布图；
图4为本发明基于变频器的脉宽调制方法第二实施例的流程示意图；
图5为本发明基于变频器的脉宽调制方法第二实施例涉及的脉宽调制优化前后的电机噪音OA值对比图；
图6本发明基于变频器的脉宽调制方法第三实施例的流程示意图；
图7为本发明基于变频器的脉宽调制方法第三实施例涉及的电压矢量和作用时间的关系示意图；
图8为本发明基于变频器的脉宽调制装置第一实施例的结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的变频器结构示意图。
如图1所示，该变频器可以包括：处理器1001，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对变频器的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及基于变频器的脉宽调制程序。
在图1所示的变频器中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明变频器中的处理器1001、存储器1005可以设置在变频器中，所述变频器通过处理器1001调用存储器1005中存储的基于变频器的脉宽调制程序，并执行本发明实施例提供的基于变频器的脉宽调制方法。
本发明实施例提供了一种基于变频器的脉宽调制方法，参照图2，图2为本发明基于变频器的脉宽调制方法第一实施例的流程示意图。
本实施例中，基于变频器的脉宽调制方法包括以下步骤：
步骤S10：获取变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数；
易于理解的是，本实施例的执行主体为上述处理器1001，所述处理器1001可为控制器(controller)，所述控制器可设置在所述变频器中，也可与所述变频器通过通信总线1002在变频器外部相连。其中，当前脉宽调制参数可理解为变频器当前待调节的脉宽调制参数，包括但不限于当前调制波频率(记作当前fpwm)和当前零矢量调节比例系数(记作当前kzero)，所谓零矢量调节比例系数(kzero)，可理解为脉冲调制矢量空间中，零矢量对应的比例系数，参见图3，图3为本发明基于变频器的脉宽调制方法第一实施例涉及的脉冲调制矢量空间分布图，三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥，这六个开关器件组合起来(同一个桥臂的上下半桥的信号相反)共有8种安全的开关状态，图3中的V0(000)、V7(111)(此处表示三个上桥臂的开关状态)这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流，因此称其为零矢量。另外6种开关状态分别是六个有效矢量(即图3中的V1、V2、V3、V4、V5、V6)。它们将360度的电压空间分为60度一个扇区，共六个扇区(即图3中的扇区Ⅰ、扇区Ⅱ、扇区Ⅲ、扇区Ⅳ、扇区Ⅴ、扇区Ⅵ)，利用这六个基本有效矢量和两个零矢量，可以合成360度内的任何矢量。在具体实现中，当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，然后用这两个基本矢量去表示，而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。
在具体实现中，可先为所述变频器设置初始脉宽调制参数，控制变频器以初始脉宽调制参数运行，并获取变频器在初始脉宽调制参数(即设置当前脉宽调制参数为初始脉宽调制参数)下的运行状态参数，其中，初始脉宽调制参数包括但不限于初始fpwm和初始kzero，初始fpwm可设置为变频器的额定调制波频率，具体可根据实际变频器功率条件进行设置，初始kzero可设置为0，即设置所述变频器处于数字脉宽调制(Digital Pulse-WidthModulation，DPWM)中DPWM(0)模式，也可设置为0.5，即设置变频器处于混沌脉宽调制(Chaotic Pulse Width Modulation，CPWM)模式，还可设置为1，即设置变频器处于DPWM(1)模式。本实施例中，可设置初始kzero为0.5，因在电压矢量调制比例系数小于1的条件下，kzero为0.5，即CPWM模式近似为电流谐波最优调制方式，可更好地实现电流平均值精确采样和电流重构。
其中，所述运行状态参数可理解为变频器对应的变频控制系统的反馈量，如反馈电流信号、速度信号、转速信号等，基于获取到的变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数(如反馈电流信号)对当前脉宽调制参数进行优化，以使变频器处于预设稳定运行状态，所谓预设稳定运行状态，可理解为所述变频控制系统为稳态系统时变频器对应的运行状态。
步骤S20：根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使所述变频器处于预设稳定运行状态；
易于理解的是，可先根据运行状态参数判断变频器是否处于预设稳定运行状态，即，对变频器进行稳态判断，在变频器不处于稳态时，才根据运行状态参数(如反馈电流信号)对当前脉宽调制参数进行调整，并根据获取的调整后的运行状态参数对变频器进行稳态判断(获取调整后的脉冲调制参数本质上是对当前脉宽调制参数进行更新，即本质上还是基于当前脉冲调制参数下的运行状态参数重新进行稳态判断)，直至变频器处于稳态；在变频器处于稳态时，将变频器处于稳态时对应的当前脉冲调制参数作为优化后的脉宽调制参数。
进一步地，为了提高基于运行状态参数进行稳态判断的精确度，因当前脉宽调制参数包括当前fpwm和当前kzero，在变频器不处于稳态时，可先根据运行状态参数对当前fpwm和当前kzero进行调整，并获取变频器在调整后的fpwm和调整后的kzero下的运行状态参数，接着，根据调整后的fpwm和调整后的kzero进行稳态判断(获取调整后的fpwm和调整后的kzero本质上是对当前fpwm和当前kzero进行更新，即，本质上还是基于当前fpwm和当前kzero下的运行状态参数重新进行稳态判断)，直至变频器处于稳态；在变频器处于稳态时，将变频器处于稳态时对应的当前kzero作为优化后的零矢量调节比例系数(记作k0 zero)，将变频器处于稳态时的当前fpwm作为优化后的调制波频率(记作f0 pwm)，即优化后的脉宽调制参数包括k0 zero和f0 pwm。
步骤S30：基于优化后的脉宽调制参数计算所述变频器的各开关器件的作用时间；
步骤S40：基于所述变频器的各开关器件的作用时间启动所述变频器的各开关器件，以使所述变频器调制对应宽度的脉冲信号。
需要说明的是，基于优化后的脉宽调制参数可计算变频器的各开关器件的作用时间，并控制各开关器件以对应的作用时间运行，以使变频器调制对应宽度的脉冲信号；相应地，在获得k0 zero和f0 pwm后，可基于k0 zero和f0 pwm计算变频器的各开关器件的作用时间，并基于变频器的各开关器件的作用时间启动变频器的各开关器件，以使变频器调制对应宽度的脉冲信号，通过由各开关器件组成的特定开关模式来产生脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。相较于传统的正弦脉宽调制方法，它是从三相输出电压的整体效果出发，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，也进一步降低了因高频转矩脉动引起的振动噪音，且更易于实现数字化。
本实施例中，由于引入了包括当前零矢量调节比例系数和当前调制波频率的当前脉宽调制参数进行运行状态参数采样，提高了当前脉宽调制参数下运行状态参数的采样精确度，也提高了基于运行状态参数进行稳态判断的精确度，进一步地，再基于优化后的脉宽调制参数控制变频器稳态时的各开关器件的作用时间，以使变频器调制对应宽度的脉冲信号，减少了变频器输出电流的谐波成分及谐波损耗，降低了变频器的转矩脉动，也进一步降低了因高频转矩脉动引起的振动噪音和功率器件的损耗。
参考图4，图4为本发明基于变频器的脉宽调制方法第二实施例的流程示意图。
基于上述第一实施例，在本实施例中，所述步骤S20包括：
步骤S201：根据所述运行状态参数判断所述变频器是否处于预设稳定运行状态；
需要说明的是，本实施例所涉及的运行状态参数可理解为变频器对应的变频控制系统的反馈量，如电流信号、速度信号、转速信号等，基于获取到的变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数可进行稳态判断，即判断变频器是否处于预设稳定运行状态，所谓预设稳定运行状态，可理解为变频控制系统为稳态系统时变频器对应的运行状态。
步骤S202：在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数分别对所述当前零矢量调节比例系数和所述当前调制波频率进行调整，以获得调整后的零矢量调节比例系数和调整后的调制波频率；
易于理解的是，在变频器不处于稳态时，可根据运行状态参数对当前kzero进行调整，以获得调整后的kzero，其中，运行状态参数可为反馈电流信号，即，根据反馈电流信号对当前kzero进行调整，以获得调整后的kzero，在具体实现中，可基于快速傅立叶变换(FastFourier Transform，FFT)算法对反馈电流信号进行谐波分析，以获得谐波分析结果(可理解为不同脉宽调制参数下对应的谐波含量值)，并基于谐波分析结果对当前kzero进行调整(当前调制波频率不变，可保持为初始调制波频率)，其中，反馈电流信号可理解为不同脉宽调制模式下反馈的电流信号，可通过依次遍历变频器的CPWM模式、DPWM(0)模式以及DPWM(1)模式获得，通过调节变频器的脉宽调制模式可对kzero进行调整，以获得调整后的kzero，如，将变频器调至数字脉宽调制中DPWM(0)模式时，调整后的kzero为0；将变频器调至CPWM模式时，调整后的kzero为0.5；将变频器调至DPWM(1)模式时，调整后的kzero为1。
进一步地，可基于快速傅立叶变换算法对不同脉宽调制模式下对应的反馈电流信号进行谐波分析(当前调制波频率不变，可保持为初始调制波频率)，以获得第一谐波含量值，并将第一谐波含量值按照从小到大的顺序进行排序，获得谐波值排序结果，然后从谐波值排序结果中选取排序顺位第一的第一谐波含量值作为第一目标谐波含量值，然后将调整后的kzero下的反馈电流信号对应的谐波含量值与第一目标谐波含量值进行比较，以判断调整后的kzero是否满足第一调整结束条件。
需要说明的是，在变频器不处于稳态时，可根据运行状态参数对当前fpwm进行调整，以获得调整后的fpwm，其中，运行状态参数可为反馈电流信号，即，根据反馈电流信号对当前fpwm进行调整，以获得调整后的fpwm，在具体实现中，可先确定当前fpwm的频率调节范围，然后在频率调节范围内调节所述变频器的当前fpwm，以获得调整后的fpwm，频率调节范围可通过获取变频器的额定调制波频率和频率调节系数，并基于额定调制波频率和频率调节系数确定，其中，额定调制波频率可根据实际变频器功率条件进行设置，频率调节系数可根据实际需求进行设置，本实施例中，可设置为0.2，在具体实现中，为了同时优化转矩谐波和功率器件损耗，频率调节范围可设置为：
[fNpwm-0.2fNpwm,fNpwm+0.2fNpwm]
其中，fNpwm为额定调制波频率。
进一步地，可基于快速傅立叶变换算法对频率调节范围内不同调制波频率下对应的反馈电流信号进行谐波分析，以获得第二谐波含量值，然后，根据第二谐波含量值中是否存在达到预设谐波临界标准的第二目标谐波含量值来判断调整后的fpwm是否满足第二调整结束条件，预设谐波临界标准可根据实际需求进行设置，本实施例对此不加以限制。
步骤S203：判断所述调整后的零矢量调节比例系数是否符合第一调整结束条件；
步骤S204：在所述调整后的零矢量调节比例系数符合所述第一调整结束条件时，控制所述变频器以所述调整后的零矢量调节比例系数运行；
易于理解的是，在获得调整后的kzero后，可基于调整后的kzero判断调整后的kzero是否满足第一调整结束条件，第一调整结束条件可理解为调整后的kzero下的反馈电流信号对应的谐波含量值与所述第一目标谐波含量值相同，即调整后的kzero下的反馈电流信号对应的谐波含量值最小时，可判定满足第一调整结束条件，对当前kzero的调整结束，可控制变频器以第一目标谐波含量值处对应的零矢量调节比例系数运行。
步骤S205：判断所述调整后的调制波频率是否符合第二调整结束条件；
步骤S206：在所述调整后的调制波频率符合所述第二调整结束条件时，控制所述变频器以所述调整后的调制波频率运行；
易于理解的是，在获得调整后的fpwm后，可基于调整后的fpwm判断调整后的fpwm是否满足第二调整结束条件，第二调整结束条件可为调整后的fpwm下反馈电流信号对应的谐波含量值与所述第二目标谐波含量值相同，即调整后的fpwm处对应的谐波含量值达到预设谐波临界标准时，控制变频器以调整后的fpwm运行。
步骤S207：获取所述变频器在所述调整后的零矢量调节比例系数和所述调整后的调制波频率下的运行状态参数，以更新所述运行状态参数，并返回所述根据所述运行状态参数判断所述变频器是否处于预设稳定运行状态的步骤；
需要说明的是，在获得调整后的满足第一调整结束条件的kzero和调整后的满足第二调整结束条件的fpwm后，则可基于调整后的kzero和调整后的fpwm下的运行状态参数继续进行稳态判断，即返回步骤S201(获取调整后的kzero本质上是对当前kzero的更新，获取调整后的fpwm本质上是对当前fpwm的更新，因此在获得调整后的kzero和调整后的fpwm下的运行状态参数时，可返回步骤S201，以基于更新后的kzero和更新后的fpwm下的运行状态参数重新进行稳态判断)。
步骤S208：在所述变频器处于所述预设稳定运行状态时，将符合所述第一调整结束条件的调整后的调制波频率作为优化后的零矢量调节比例系数，并将符合所述第二调整结束条件的调整后的调制波频率作为优化后的调制波频率。
易于理解的是，在变频器处于稳态时，可将满足第一调整结束条件的当前kzero作为优化后的零矢量调节比例系数(记作k0 zero)，并将满足第二调整结束条件的当前fpwm作为优化后的调制波频率(记作f0 pwm)，通过上述对当前kzero和当前fpwm的优化，使得电流波形的谐波成分更少，降低了波形畸变，也降低了电机转矩脉动，进一步地，也降低了因高频转矩脉动引起的振动噪音和功率器件的损耗，参见图5，图5为本发明基于变频器的脉宽调制方法第二实施例涉及的脉宽调制优化前后的电机噪音OA值对比图，图5中，展示了不同调制波频率下优化前和优化后的脉宽调制参数(如，优化前和优化后的调制波频率)下的电机噪音OA值，无斜纹阴影的方条表示优化前的脉宽调制参数下的电机噪音OA值，有斜纹阴影的方条表示优化后的脉宽调制参数下的电机噪音OA值，可以看出，优化后的电机噪音OA值整体上(可基于电机噪音OA值的平均值确定)得到了明显降低。
相应地，所述步骤30为：
步骤30a：基于所述优化后的零矢量调节比例系数和所述优化后的调制波频率计算所述变频器的各开关器件的作用时间。
具体计算方式可参见本发明基于变频器的脉宽调制方法第三实施例，本实施例在此不予赘述。
本实施例中，通过分别判断当前零矢量调节比例系数和当前调制波频率是否满足各自对应的调整结束条件来对当前零矢量调节比例系数和当前调制波频率进行调整，以使调整后的零矢量调节比例系数下的反馈电流信号对应的谐波含量值最小，使调整后的调制波频率处对应的谐波含量值达到预设谐波临界标准，并基于调整后的零矢量调节比例系数和调整后的调制波频率下的运行状态参数继续进行稳态判断，以使变频器处于预设稳定运行状态，通过上述对当前零矢量调节比例系数和当前调制波频率的优化，使得电流波形的谐波成分更少，降低了波形畸变，也降低了电机转矩脉动，进一步地，也降低了因高频转矩脉动引起的振动噪音和功率器件的损耗。
参考图6，图6为本发明基于变频器的脉宽调制方法第三实施例的流程示意图。
基于上述第二实施例，在本实施例中，所述步骤S30a，具体包括：
步骤S301：获取脉宽调制矢量空间中零矢量的作用时间和预设扇区的相邻有效矢量的作用时间；
需要说明的是，本实施例所涉及的脉宽调制矢量空间可参见图3，图3为本实施涉及的脉冲调制矢量空间分布图，三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥，这六个开关器件组合起来(同一个桥臂的上下半桥的信号相反)共有8种安全的开关状态，图3中的V0(000)、V7(111)(此处表示三个上桥臂的开关状态)这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流，因此称其为零矢量。另外6种开关状态分别是六个有效矢量(即图3中的V1、V2、V3、V4、V5、V6)。它们将360度的电压空间分为60度一个扇区，共六个扇区(即图3中的扇区Ⅰ、扇区Ⅱ、扇区Ⅲ、扇区Ⅳ、扇区Ⅴ、扇区Ⅵ)，利用这六个基本有效矢量和两个零矢量，可以合成360度内的任何矢量。在具体实现中，当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，然后用这两个基本矢量去表示，而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表，所述预设扇区可根据实际需求在上述六个扇区中择一选择，本实施例中，可选取为扇区Ⅰ，相应地，相邻有效矢量则为V1(100)、V2(110)。
步骤S302：基于所述优化后的调制波频率、所述优化后的零矢量调节比例系数、所述相邻有效矢量的作用时间以及所述零矢量的作用时间计算所述变频器的各开关器件的作用时间。
参见图7，图7为本发明基于变频器的脉宽调制方法第三实施例涉及的电压矢量和作用时间的关系示意图，图7中，V1和V2为相邻有效矢量、V0和V7为零矢量，Ts为调制时间，k0 zero为优化后的零矢量调节比例系数，Tzero为零矢量的作用时间，T1、T2为相邻的两个有效矢量的作用时间。
由此，在具体实现中，可基于优化后的零矢量调节比例系数、优化后的调制波频率、相邻有效矢量的作用时间以及零矢量的作用时间通过下式计算所述变频器的各开关器件的作用时间，
Ta＝(1-k0 zero)Tzero+T1+T2
Tb＝(1-k0 zero)Tzero+T2
Tc＝(1-k0 zero)Tzero
Figure BDA0003079636750000131
Figure BDA0003079636750000132
式中，Ta、Tb、Tc为变频器的不同开关器件的作用时间，k0 zero为优化后的零矢量调节比例系数，Tzero为零矢量的作用时间，T1、T2为相邻的两个有效矢量的作用时间，Ts为调制时间，f0 pwm为优化后的调制波频率。
本实施例中，通过获取脉宽调制矢量空间中，预设扇区的相邻有效矢量的作用时间和零矢量的作用时间，并基于优化后的零矢量调节比例系数、优化后的调制波频率、零矢量的作用时间以及相邻有效矢量的作用时间计算变频器的各开关器件的作用时间。通过基于电压矢量和开关器件的作用时间的关系来计算变频器的各开关器件的作用时间，实现对各开关器件的作用时间的精准控制，进一步地，也提高了获得的脉冲信号的稳定度，优化了转矩谐波成分，改善了因高频转矩脉动引起的振动噪音的同时，也有效降低了变频器的功率器件的损耗。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，此存储介质上存储有基于变频器的脉宽调制程序，所述基于变频器的脉宽调制程序被处理器执行时实现如上文所述的基于变频器的脉宽调制方法的步骤。
参照图8，图8为本发明基于变频器的脉宽调制装置第一实施例的结构框图。
如图8所示，本发明实施例提出的基于变频器的脉宽调制装置包括：
参数获取模块10，用于获取变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数；
易于理解的是，所谓当前脉宽调制参数，即变频器当前待调节的脉宽调制参数，包括但不限于当前调制波频率(记作当前fpwm)和当前零矢量调节比例系数(记作当前kzero)，所谓零矢量调节比例系数(kzero)，可理解为脉冲调制矢量空间中，零矢量对应的比例系数，参见图3，图3为本发明基于变频器的脉宽调制方法第一实施例涉及的脉冲调制矢量空间分布图，三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥，这六个开关器件组合起来(同一个桥臂的上下半桥的信号相反)共有8种安全的开关状态，图3中的V0(000)、V7(111)(此处表示三个上桥臂的开关状态)这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流，因此称其为零矢量。另外6种开关状态分别是六个有效矢量(即图3中的V1、V2、V3、V4、V5、V6)。它们将360度的电压空间分为60度一个扇区，共六个扇区(即图3中的扇区Ⅰ、扇区Ⅱ、扇区Ⅲ、扇区Ⅳ、扇区Ⅴ、扇区Ⅵ)，利用这六个基本有效矢量和两个零矢量，可以合成360度内的任何矢量。在具体实现中，当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，然后用这两个基本矢量去表示，而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。
在具体实现中，可先为所述变频器设置初始脉宽调制参数，控制变频器以初始脉宽调制参数运行，并获取变频器在初始脉宽调制参数(即设置当前脉宽调制参数为初始脉宽调制参数)下的运行状态参数，其中，初始脉宽调制参数包括但不限于初始fpwm和初始kzero，初始fpwm可设置为变频器的额定调制波频率，具体可根据实际变频器功率条件进行设置，初始kzero可设置为0，即设置所述变频器处于数字脉宽调制(Digital Pulse-WidthModulation，DPWM)中DPWM(0)模式，也可设置为0.5，即设置变频器处于混沌脉宽调制(Chaotic Pulse Width Modulation，CPWM)模式，还可设置为1，即设置变频器处于DPWM(1)模式。本实施例中，可设置初始kzero为0.5，因在电压矢量调制比例系数小于1的条件下，kzero为0.5，即CPWM模式近似为电流谐波最优调制方式，可更好地实现电流平均值精确采样和电流重构。
其中，所述运行状态参数可理解为变频器对应的变频控制系统的反馈量，如反馈电流信号、速度信号、转速信号等，基于获取到的变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数(如反馈电流信号)对当前脉宽调制参数进行优化，以使变频器处于预设稳定运行状态，所谓预设稳定运行状态，可理解为所述变频控制系统为稳态系统时变频器对应的运行状态。
参数优化模块20，用于根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使所述变频器处于预设稳定运行状态；
易于理解的是，易于理解的是，可先根据运行状态参数判断变频器是否处于预设稳定运行状态，即，对变频器进行稳态判断，在变频器不处于稳态时，才根据运行状态参数(如反馈电流信号)对当前脉宽调制参数进行调整，并根据获取的调整后的运行状态参数对变频器进行稳态判断(获取调整后的脉冲调制参数本质上是对当前脉宽调制参数进行更新，即本质上还是基于当前脉冲调制参数下的运行状态参数重新进行稳态判断)，直至变频器处于稳态；在变频器处于稳态时，将变频器处于稳态时对应的当前脉冲调制参数作为优化后的脉宽调制参数。
进一步地，为了提高基于运行状态参数进行稳态判断的精确度，因当前脉宽调制参数包括当前fpwm和当前kzero，在变频器不处于稳态时，可先根据运行状态参数对当前fpwm和当前kzero进行调整，并获取变频器在调整后的fpwm和调整后的kzero下的运行状态参数，接着，根据调整后的fpwm和调整后的kzero进行稳态判断(获取调整后的fpwm和调整后的kzero本质上是对当前fpwm和当前kzero进行更新，即，本质上还是基于当前fpwm和当前kzero下的运行状态参数重新进行稳态判断)，直至变频器处于稳态；在变频器处于稳态时，将变频器处于稳态时对应的当前kzero作为优化后的零矢量调节比例系数(记作k0 zero)，将变频器处于稳态时的当前fpwm作为优化后的调制波频率(记作f0 pwm)，即优化后的脉宽调制参数包括k0 zero和f0 pwm。
时间计算模块30，用于基于优化后的脉宽调制参数计算所述变频器的各开关器件的作用时间；
脉宽调制模块40，用于基于所述变频器的各开关器件的作用时间启动所述变频器的各开关器件，以使所述变频器调制对应宽度的脉冲信号。
需要说明的是，基于优化后的脉宽调制参数可计算变频器的各开关器件的作用时间，并控制各开关器件以对应的作用时间运行，以使变频器调制对应宽度的脉冲信号；相应地，在获得k0 zero和f0 pwm后，可基于k0 zero和f0 pwm计算变频器的各开关器件的作用时间，并基于变频器的各开关器件的作用时间启动变频器的各开关器件，以使变频器调制对应宽度的脉冲信号，通过由各开关器件组成的特定开关模式来产生脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。相较于传统的正弦脉宽调制方法，它是从三相输出电压的整体效果出发，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，也进一步降低了因高频转矩脉动引起的振动噪音，且更易于实现数字化。
本实施例中，由于引入了包括当前调制波频率和当前零矢量调节比例系数的当前脉宽调制参数进行运行状态参数采样，提高了当前脉宽调制参数下运行状态参数的采样精确度，也提高了基于运行状态参数进行稳态判断的精确度，进一步地，再基于优化后的脉宽调制参数控制所述变频器稳态时的各开关器件的作用时间，以使变频器调制对应宽度的脉冲信号，减少了变频器输出电流的谐波成分及谐波损耗，降低了变频器的转矩脉动，也进一步降低了因高频转矩脉动引起的振动噪音和功率器件的损耗。
本发明所述的基于变频器的脉宽调制装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于变频器的脉宽调制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数；
根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使所述变频器处于预设稳定运行状态；
基于优化后的脉宽调制参数计算所述变频器的各开关器件的作用时间；
基于所述变频器的各开关器件的作用时间启动所述变频器的各开关器件，以使所述变频器调制对应宽度的脉冲信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使所述变频器处于预设稳定运行状态的步骤，具体包括：
根据所述运行状态参数判断所述变频器是否处于预设稳定运行状态；
在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行调整，获取调整后的脉冲调制参数下的运行状态参数，以更新所述运行状态参数，并返回所述根据所述运行状态参数判断所述变频器是否处于预设稳定运行状态的步骤；
在所述变频器处于所述预设稳定运行状态时，将对应的当前脉冲调制参数作为优化后的脉宽调制参数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当前脉宽调制参数包括当前调制波频率和当前零矢量调节比例系数；
相应地，所述在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行调整，获取调整后的脉冲调制参数下的运行状态参数的步骤，具体包括：
在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数分别对所述当前零矢量调节比例系数和所述当前调制波频率进行调整，以获得调整后的零矢量调节比例系数和调整后的调制波频率；
获取所述变频器在所述调整后的零矢量调节比例系数和所述调整后的调制波频率下的运行状态参数。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数分别对所述当前零矢量调节比例系数和所述当前调制波频率进行调整，以获得调整后的零矢量调节比例系数和调整后的调制波频率的步骤之后，还包括：
判断所述调整后的零矢量调节比例系数是否符合第一调整结束条件；
在所述调整后的零矢量调节比例系数符合所述第一调整结束条件时，控制所述变频器以所述调整后的零矢量调节比例系数运行。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述变频器不处于所述预设稳定运行状态时，根据所述运行状态参数分别对所述当前零矢量调节比例系数和所述当前调制波频率进行调整，以获得调整后的零矢量调节比例系数和调整后的调制波频率的步骤之后，还包括：
判断所述调整后的调制波频率是否符合第二调整结束条件；
在所述调整后的调制波频率符合所述第二调整结束条件时，控制所述变频器以所述调整后的调制波频率运行。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述变频器处于所述预设稳定运行状态时，将对应的当前脉冲调制参数作为优化后的脉宽调制参数的步骤，具体包括：
在所述变频器处于所述预设稳定运行状态时，将符合所述第一调整结束条件的调整后的调制波频率作为优化后的零矢量调节比例系数，并将符合所述第二调整结束条件的调整后的调制波频率作为优化后的调制波频率；
相应地，所述基于优化后的脉宽调制参数计算所述变频器的各开关器件的作用时间的步骤，具体包括：
基于所述优化后的零矢量调节比例系数和所述优化后的调制波频率计算所述变频器的各开关器件的作用时间。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述优化后的零矢量调节比例系数和所述优化后的调制波频率计算所述变频器的各开关器件的作用时间的步骤，具体包括：
获取脉宽调制矢量空间中零矢量的作用时间和预设扇区的相邻有效矢量的作用时间；
基于所述优化后的调制波频率、所述优化后的零矢量调节比例系数、所述相邻有效矢量的作用时间以及所述零矢量的作用时间计算所述变频器的各开关器件的作用时间。
8.一种基于变频器的脉宽调制装置，其特征在于，所述装置包括：
参数获取模块，用于获取变频器在当前脉宽调制参数下的运行状态参数；
参数优化模块，用于根据所述运行状态参数对当前脉宽调制参数进行优化，以使所述变频器处于预设稳定运行状态；
时间计算模块，用于基于优化后的脉宽调制参数计算所述变频器的各开关器件的作用时间；
脉宽调制模块，用于基于所述变频器的各开关器件的作用时间启动所述变频器的各开关器件，以使所述变频器调制对应宽度的脉冲信号。
9.一种变频器，其特征在于，所述变频器包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于变频器的脉宽调制程序，所述基于变频器的脉宽调制程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的基于变频器的脉宽调制方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有基于变频器的脉宽调制程序，所述基于变频器的脉宽调制程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于变频器的脉宽调制方法的步骤。
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