CN113472267A - 过调制控制方法、装置以及电机驱动系统、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过调制控制方法、装置及电机驱动系统、存储介质，其方法包括：获取电机直流母线电压和期望电压矢量；根据直流母线电压和期望电压矢量的幅值判断三相逆变器是否进入过调制区域；如果三相逆变器进入过调制区域，则根据期望电压矢量和由直流母线电压确定的电压限幅六边形，获得多个分段电压矢量；对多个分段电压矢量设置旋转速度调节规则；根据调节规则对期望电压矢量进行修正，得到修正电压矢量；根据所述修正电压矢量对所述三相逆变器进行过调制控制。该过调制控制方法能够最大限度利用直流电压，同时能够充分考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量因素，确保控制性能。

Description

过调制控制方法、装置以及电机驱动系统、存储介质

技术领域

本发明涉及电机矢量控制技术领域，尤其涉及一种过调制控制方法、装置以及电机驱动系统、存储介质。

背景技术

矢量控制(Vector Control)也称为磁场导向控制(Field-Oriented Control，简称FOC)，是一种利用逆变器控制三相交流电机的技术。通过PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)技术调整逆变器输出电压的频率、大小及角度，来控制电机的输出。

常用的脉宽调制技术有SPWM(Sine Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制)和SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)，其均利用高频三角载波与参考电压调制波交截，产生高频脉冲信号驱动逆变器开关管，使得逆变器输出高频脉冲电压。根据冲量(伏秒积)等效原理，高频脉冲电压的基波分量应等于参考电压。

传统的SPWM方法每相直接单独生成一个正弦的参考电压，再与高频三角波交截，其线性区的电压利用率为1/2。SVPWM则是将三相电压的作用视作一个旋转的电压矢量，并在一个开关周期内利用相邻两个开关矢量的作用时间来合成任一位置电压矢量；根据各个开关矢量对应开关管的作用时间，计算得出相应的参考信号波形，再与高频三角波交截，其线性区电压利用率为

可见，当需合成的电压矢量超过直流母线电压的1/sqrt(3)时，则在某些位置时无法按照上述规则合成。因此，需对电压矢量进行修正，而简单的基于时间再分配原则的过调制控制方法仅能将直流电压利用率提升至最大0.952。

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三相逆变器的过调制控制方法，以最大限度利用直流电压，同时充分考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量等影响控制性能的因素，确保控制性能。

本发明的第二个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

本发明的第三个目的在于提出一种三相逆变器的过调制控制装置。

本发明的第四个目的在于提出一种电机驱动系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种三相逆变器的过调制控制方法，其包括以下步骤：获取电机的直流母线电压和期望电压矢量；根据所述直流母线电压和所述期望电压矢量的幅值判断所述三相逆变器是否进入过调制区域；如果所述三相逆变器进入过调制区域，则根据所述期望电压矢量和由所述直流母线电压确定的电压限幅六边形，获得多个分段电压矢量；对所述多个分段电压矢量设置旋转速度调节规则，其中，所述旋转速度调节规则包括在所述电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度大于在由所述期望电压矢量确定的在所述电压限幅六边形内的圆弧上的分段电压矢量的旋转速度；根据所述调节规则对所述期望电压矢量进行修正，得到修正电压矢量；根据所述修正电压矢量对所述三相逆变器进行过调制控制。

本发明实施例的三相逆变器的过调制控制方法，所述旋转速度调节规则还包括：所述多个分段电压矢量旋转一周所用的时间为预设旋转周期。

本发明实施例的三相逆变器的过调制控制方法，在三相逆变器进入过调制区域时，首先根据期望电压矢量和由直流母线电压确定的电压限幅六边形，获得多个分段电压矢量；进而对多个分段电压矢量设置旋转速度调节规则，其中，旋转速度调节规则包括在电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度大于在由期望电压矢量确定的圆弧上的分段电压矢量的旋转速度；根据调节规则对期望电压矢量进行修正，得到修正电压矢量，根据修正电压矢量对三相逆变器进行过调制控制，由此能够最大限度利用直流电压，同时能够充分考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量等影响控制性能的因素，确保控制性能。

另外，本发明实施例的三相逆变器的过调制控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述旋转速度调节规则还包括：所述多个分段电压矢量旋转一周所用的时间为预设旋转周期，其中，所述预设旋转周期为所述期望电压矢量未经过调制控制时旋转一周所用的时间。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述调节规则对所述期望电压矢量进行修正，包括：根据所述期望电压矢量的幅值和所述直流母线电压计算第一相位角和第一比值，其中，所述第一相位角为所述圆弧与所述电压限幅六边形交点处的相位角，所述第一比值为在所述电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度与所述期望电压矢量未经过调制控制时的旋转速度的比值；根据所述第一相位角和所述第一比值计算第二相位角，其中，所述第二相位角为所述修正电压矢量的相位角为所述第一相位角时，所述期望电压矢量的相位角；根据所述直流母线电压、所述期望电压矢量、所述第一相位角和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量。

根据本发明的一个实施例，所述第一相位角小于所述第二相位角，所述第一比值大于1，且所述第一比值与所述期望电压矢量的幅值正相关。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述直流母线电压、所述期望电压矢量、所述第一相位角和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量，包括：根据所述期望电压矢量的相位角、所述第一相位角和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量的相位角，以及根据所述期望电压矢量的幅值、所述期望电压矢量的相位角、所述直流母线电压和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量的幅值。

根据本发明的一个实施例，当所述期望电压矢量处于第Ⅰ扇区时，通过如下公式计算所述修正电压矢量的相位角：

其中，θ₂为所述修正电压矢量的相位角，α₂为所述第一相位角，α₁为所述第二相位角，θ₁为所述期望电压矢量的相位角，k为所述第一比值；

通过如下公式计算所述修正电压矢量的幅值：

其中，V_mag2为所述修正电压矢量的幅值，V_mag1为所述期望电压矢量的幅值，V_dc为所述直流母线电压。

为了实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的三相逆变器的过调制控制方法。

本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述三相逆变器的过调制控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够最大限度利用直流电压，同时能够充分考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量等影响控制性能的因素，确保控制性能。

为了实现上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种三相逆变器的过调制控制装置，其包括：第一获取模块，用于获取电机的直流母线电压和期望电压矢量；判断模块，用于根据所述直流母线电压和所述期望电压矢量的幅值判断所述三相逆变器是否进入过调制区域；第二获取模块，用于在所述三相逆变器进入过调制区域时，根据所述期望电压矢量和由所述直流母线电压确定的电压限幅六边形，获得多个分段电压矢量；设置模块，用于对所述多个分段电压矢量设置旋转速度调节规则，其中，所述旋转速度调节规则为在所述电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度大于在由所述期望电压矢量确定的在所述电压限幅六边形内的圆弧上的分段电压矢量的旋转速度；修正模块，用于根据所述调节规则对所述期望电压矢量进行修正，得到修正电压矢量；控制模块，根据所述修正电压矢量对所述三相逆变器进行过调制控制。

本发明实施例的三相逆变器的过调制控制装置，能够最大限度利用直流电压，同时能够充分考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量等影响控制性能的因素，确保控制性能。

另外，本发明实施例的三相逆变器的过调制控制装置还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述旋转速度调节规则还包括：所述多个分段电压矢量旋转一周所用的时间为预设旋转周期，其中，所述预设旋转周期为所述期望电压矢量未经过调制控制时旋转一周所用的时间。

根据本发明的一个实施例，所述修正模块具体用于：根据所述期望电压矢量的幅值和所述直流母线电压计算第一相位角和第一比值，其中，所述第一相位角为所述圆弧与所述电压限幅六边形交点处的相位角，所述第一比值为在所述电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度与所述期望电压矢量未经过调制控制时的旋转速度的比值；根据所述第一相位角和所述第一比值计算第二相位角，其中，所述第二相位角为所述修正电压矢量的相位角为所述第一相位角时，所述期望电压矢量的相位角；根据所述直流母线电压、所述期望电压矢量、所述第一相位角和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量。

为了实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种电机驱动系统，其包括上述实施例中的三相逆变器的过调制控制装置。

本发明实施例的电机驱动系统，通过上述的三相逆变器的过调制控制装置，能够最大限度利用直流电压，同时能够充分考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量等影响控制性能的因素，确保控制性能。

附图说明

图1是本发明实施例的三相逆变器的过调制控制方法的流程示意图；

图2是本发明一个示例的过调制区期望电压矢量确定的圆弧与电压限幅六边形交截示意图；

图3是本发明一个示例的期望电压矢量确定的圆弧与电压限幅六边形内切的示意图；

图4是本发明一个示例的期望电压矢量确定的圆弧与电压限幅六边形外接的示意图；

图5是输入调制比为0.97时采用本发明过调制控制方法输出的相电压波形示意图；

图6是输入调制比为0.97时采用Bolognani过调制控制方法输出的相电压波形示意图；

图7是采用本发明过调制控制方法和采用Bolognani过调制控制方法的输入输出调制比的关系曲线图；

图8是采用本发明过调制控制方法和采用Bolognani过调制控制方法的谐波含量与输出占空比的关系曲线图；

图9是本发明实施例的三相逆变器的过调制控制装置的结构框图；

图10是本发明实施例的电机驱动系统的结构框图。

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。

图1是本发明实施例的三相逆变器的过调制控制方法的流程示意图。

如图1所示，三相逆变器的过调制控制方法，包括以下步骤：

S1，获取电机的直流母线电压和期望电压矢量。

具体地，获取电机的期望电压矢量，可包括：首先获取电机在两相静止坐标下的α轴输出电压和β轴输出电压；然后通过如下公式(1)计算期望电压矢量：

其中，V_mag1为期望电压矢量的幅值，θ₁为期望电压矢量的相位角，V_α1为α轴输出电压，V_β1为β轴输出电压。

可选地，期望电压矢量也可根据电机在旋转坐标下的d轴输出电压和q轴输出电压计算得到，计算公式与上述公式(1)类似。

S2，根据直流母线电压和期望电压矢量的幅值判断三相逆变器是否进入过调制区域。

具体地，当直流母线电压和期望电压矢量的幅值满足条件

时，可判定三相逆变器进入过调制区域，其中，V_dc为直流母线电压。

在该实施例中，可根据直流母线电压V_dc确定出空间矢量脉宽调制的电压限幅六边形，如图2所示。当期望电压矢量的幅值V_mag1大于直流母线电压V_dc的

时，三相逆变器进入过调制区域，期望电压矢量的旋转轨迹(即图2中的圆弧)与电压限幅六边形有交截，其所包围图形的内部构成新的分段电压矢量，包括六边形边上的线段和处于六边形内圆弧段(图2中的粗线轨迹)，此时需对期望电压矢量进行修正，确保SVPWM能够正常工作，再利用SVPWM模块输出调制波。当然，当

时，三相逆变器未进入过调制区域，此时可应用线性SVPWM控制方法产生相应的调制波。

S3，如果三相逆变器进入过调制区域，则根据期望电压矢量和由直流母线电压确定的电压限幅六边形，获得多个分段电压矢量。

具体地，参见图2，图中每段粗线对应一个分段电压矢量，相邻两个分段电压矢量，一个在由直流母线电压确定的电压限幅六边形上，另一个在期望电压矢量确定的圆弧上。需要指出的是，图2中仅示出了部分分段电压矢量，一个完整的电压限幅六边形和圆弧可得到12个分段电压矢量，其中6个在圆弧上，6个在电压限幅六边形上，且圆弧上的分段电压矢量与电压限幅六边形上的分段电压矢量间隔设置。

S4，对多个分段电压矢量设置旋转速度调节规则。

其中，旋转速度调节规则包括在电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度大于在由期望电压矢量确定的在电压限幅六边形内的圆弧上的分段电压矢量的旋转速度。

进一步地，旋转速度调节规则还可包括：多个分段电压矢量旋转一周所用的时间为预设旋转周期，该预设旋转周期可为期望电压矢量未经过调制控制时旋转(如匀速旋转)一周所用的时间。

S5，根据调节规则对期望电压矢量进行修正，得到修正电压矢量。

在本发明的一个实施例中，根据调节规则对期望电压矢量进行修正，包括如下步骤：

S51，根据期望电压矢量的幅值和直流母线电压计算第一相位角和第一比值，其中，第一相位角为圆弧与电压限幅六边形交点处的相位角，第一比值为在电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度与期望电压矢量未经过调制控制时的旋转速度的比值。

其中，第一比值大于1，且其与期望电压质量的幅值正相关。

具体地，可通过如下公式(2)计算第一相位角和第一比值：

其中，α₂为第一相位角，k为第一比值，MI^*为期望电压矢量的占空比。

在该实施例中，第一相位角α₂可为期望电压矢量的旋转轨迹与电压限幅六边形交点处的相位角，参见图2，A2点对应的相位角为α₂；第一比值为过调制区域中电压限幅六边形边上的旋转速度与期望电压矢量的旋转速度的比值，其中，电压限幅六边形边上的旋转速度可大于期望电压矢量的旋转速度。

S52，根据第一相位角和第一比值计算第二相位角，其中，第二相位角为修正电压矢量的相位角为第一相位角时，期望电压矢量的相位角。

具体地，可通过如下公式(3)计算第二相位角：

其中，α₁为第二相位角，α₁＞α₂，第二相位角α₁为当修正电压矢量的相位角为第一相位角时，期望电压矢量的相位角，参见图2，A1点对应的相位角为α₁。若k为电压限幅六边形边上线段加快的旋转速度与期望电压矢量未经过调制控制时的匀速旋转速度的比值，因此根据图2可得：

根据该式可得到上述公式(3)。相应的，参见图2，期望电压矢量未经过调制控制时的旋转速度与在期望电压矢量确定的在电压限幅六边形内的圆弧上的分段电压矢量的旋转速度的比值为α₁/α₂。

S53，根据直流母线电压、期望电压矢量、第一相位角和第二相位角计算得到修正电压矢量。

具体地，可根据期望电压矢量的相位角、第一相位角和第二相位角计算得到修正电压矢量的相位角，以及可根据期望电压矢量的幅值、期望电压矢量的相位角、直流母线电压和第二相位角计算得到修正电压矢量的幅值。

作为一个示例，当期望电压矢量处于第Ⅰ扇区时，可通过如下公式(4)计算修正电压矢量的相位角：

其中，θ₂为修正电压矢量的相位角，α₂为第一相位角，α₁为第二相位角，θ₁为期望电压矢量的相位角。

同时，可通过如下公式(5)计算修正电压矢量的幅值：

其中，V_mag2为修正电压矢量的幅值，V_mag1为期望电压矢量的幅值，V_dc为直流母线电压。

在该实施例中，期望电压矢量可依据三相逆变器输出电压范围的电压限幅六边形顶点划分成6个扇区，每个扇区相位角范围为π/3。由于各个扇区中的圆弧和电压限幅六边形的关系(交截的相对位置)相同，因此任意两个扇区都可以通过旋转π/3的整数倍后完全重合。上式(4)仅为θ₁∈[0,π/3]时第I扇区θ₂的计算公式，对于其他扇区的θ₂的计算可基于该式利用角度偏置关系计算得出；同理，上式(5)仅为θ₁∈[0,π/3]时第I扇区V_mag2的计算公式，对于其他扇区的V_mag2的计算可基于该式利用角度偏置关系计算得出。

S6，根据修正电压矢量对三相逆变器进行过调制控制。

具体地，在得到修正电压矢量后，可通过如下公式(6)计算修正后的α轴输出电压和修正后的β轴输出电压：

其中，V_α2为修正后的α轴输出电压，V_β2为修正后的β轴输出电压。

进一步地，根据修正后的α轴输出电压和修正后的β轴输出电压对三相逆变器进行过调制控制。

可选地，根据修正电压矢量的相位角和修正电压矢量的幅值对三相逆变器进行过调制控制，还可包括：根据修正电压矢量的相位角和修正电压矢量的幅值计算修正后的d轴输出电压和修正后的q轴输出电压；进而根据修正后的d轴输出电压和修正后的q轴输出电压对三相逆变器进行过调制控制。

在本发明的实施例中，三相逆变器的过调制控制，可通过对图2中的分段电压矢量的旋转速度进行调节实现。在不改变该分段电压矢量包络线的前提下，为了使修正电压矢量的基波幅值尽可能跟踪期望电压矢量的幅值，可设置旋转速度调节规则为：电压矢量在电压限幅六边形边上时加快旋转，在圆弧上时减慢旋转，例如，假设期望电压矢量匀速旋转，则当期望电压矢量从图2中A1点转到C1点时，修正电压矢量应从A2点旋转到C2点；当期望电压矢量从C1点旋转到D1点时，修正电压矢量应从C2点旋转到D2点，其中，A2、C2和D2为期望电压矢量确定的圆弧和电压限幅六边形的交点。基于该规则，可设置上述的步骤S1～S6修正每个时刻的电压矢量的幅值和相位角，并根据修正后的电压矢量的幅值和相位角进行过调制控制。需要说明的是，调节后的旋转速度旋转一周的时间，可与未经过调制控制时期望电压矢量匀速旋转一周的时间一致。

在本发明的一个实施例中，可基于如下特殊点及变化过程的分析设置k：

具体地，如图3所示，考虑极端情况1：当期望电压矢量确定的圆弧与电压限幅六边形内切时，没有电压限幅六边形边上的轨迹，则修正前后的电压矢量应同步旋转。此时，

k＝1，

MI^*＝0.9069。随着圆弧半径(即期望电压矢量的幅值)的增大，交截圆弧段长度减小，α₂减小。为了使电压矢量在圆弧上旋转更长时间，α₁应增大。

如图4所示，考虑极端情况2：当期望电压矢量确定的圆弧与电压限幅六边形外接时，α₂＝0，修正电压矢量保持在顶点处。当

时，θ₂＝0，因此α₁应为

k＝+∞。此时V_mag1＝2*V_dc/3，MI^*＝1.0472。

基于上述特殊点及变化过程的分析，假设k与MI^*为双曲线函数关系，则可以确定k的计算公式如上述公式(2)中的

其中，

当然，k与MI^*之间的关系，可不限于双曲线函数关系，还可以是其他函数关系。

另外，由于本发明的过调制控制方法与Bolognani过调制控制方法类似，均为单模式过调制，且均能自动过渡到6步运行状态，因此对两者的仿真效果进行比较如下：

本发明的过调制控制方法在仿真中修正电压矢量后输出的相电压波形如图5所示，其中输入调制比为0.97。对比图6中Bolognani过调制控制方法输出的相电压波形可以看出，本发明可避免相电压的突变，使得电压矢量平滑过渡，电压波形更加正弦化，能够有助于抑制谐波含量。

两种过调制控制方法的输入输出调制比关系曲线如图7所示。从图7中可以看出，本发明相较于Bolognani过调制控制方法，具有较好地线性输出关系，且在输入调制比为1.047时，输出调制比达到最大值1，即实现电压的最大利用率。由于修正前后调制比近似为1:1的关系，因此，对电流调节器的影响几乎可以忽略不计。

采用本发明的过调制控制方法与采用Bolognani过调制控制方法的谐波含量与输出占空比的关系如图8所示。可以看出，采用本发明的过调制控制方法在过调制区域的谐波含量均小于采用Bolognani过调制控制方法的谐波含量。在还未进入到深度过调制区域时，本发明对于谐波含量增加的抑制作用更为明显。当完全过调制时，即处于6步运行状态时，电压利用率达到最大值为1，此时两者的谐波含量相同。

同时，本发明的过调制控制方法，相对于Holtz双模式过调制控制方法，可不需要进行事先分区，实现平滑调节，且输入输出电压矢量的幅值更接近线性关系，对电流控制环节影响较小。

综上，本发明实施例的三相逆变器的过调制控制方法，首先将进入过调制区域的期望电压矢量根据三相逆变器的输出能力修正为分段电压矢量，再通过调节电压矢量的旋转速度，来修正任意时刻的电压矢量。其本质为，在保持修正前后电压矢量旋转一周时间不变的前提下，通过调节局部旋转速度来改变输出电压波形，从而影响基波和谐波含量。本发明的过调制控制方法能够最大限度利用直流电压，同时能够充分考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量等影响控制性能的因素，确保控制性能。

基于上述实施例的三相逆变器的过调制控制方法，本发明提出了一种计算机可读存储介质，

在该实施例中，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述的三相逆变器的过调制控制方法。

本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述三相逆变器的过调制控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够最大限度利用直流电压，同时能够充分考虑到考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量等影响控制性能的因素，确保控制性能。

图9是本发明实施例的三相逆变器的过调制控制装置的结构框图

如图9所示，该三相逆变器的过调制控制装置100包括：第一获取模块10、判断模块20、第二获取模块30、设置模块40、修正模块50和控制模块60。

其中，获取模块10用于获取电机的直流母线电压和期望电压矢量。

具体地，获取模块10具体可用于获取电机在两相静止坐标下的α轴输出电压和β轴输出电压；然后通过如下公式(1)计算期望电压矢量：

其中，V_mag1为期望电压矢量的幅值，θ₁为期望电压矢量的相位角，V_α1为α轴输出电压，V_β1为β轴输出电压。

可选地，期望电压矢量也可根据电机在旋转坐标下的d轴输出电压和q轴输出电压计算得到，计算公式与上述公式(1)类似。

判断模块20用于根据直流母线电压和期望电压矢量的幅值判断三相逆变器是否进入过调制区域。

具体地，当直流母线电压和期望电压矢量的幅值满足条件

时，判断模块20可判定三相逆变器进入过调制区域，其中，V_dc为直流母线电压。

在该实施例中，可根据直流母线电压V_dc确定出空间矢量脉宽调制的电压限幅六边形，如图2所示。当期望电压矢量的幅值V_mag1大于直流母线电压V_dc的

时，三相逆变器进入过调制区域，期望电压矢量的旋转轨迹(即图2中的圆弧)与电压限幅六边形有交截，其所包围图形的内部构成新的分段电压矢量，包括六边形边上的线段和处于六边形内的圆弧段(图2中的粗线轨迹)，此时需对期望电压矢量进行修正，确保SVPWM能够正常工作，再利用SVPWM模块输出调制波。当然，当

时，三相逆变器未进入过调制区域，此时可应用线性SVPWM控制方法产生相应的调制波。

第二获取模块30用于在三相逆变器进入过调制区域时，根据期望电压矢量和由直流母线电压确定的电压限幅六边形，获得多个分段电压矢量。

具体地，参见图2，图中每段粗线对应一个分段电压矢量，相邻两个分段电压矢量，一个在由直流母线电压确定的电压限幅六边形上，另一个在期望电压矢量确定的圆弧上。需要指出的是，图2中仅示出了部分分段电压矢量，一个完整的电压限幅六边形和圆弧可得到12个分段电压矢量，其中6个在圆弧上，6个在电压限幅六边形上，且圆弧上的分段电压矢量与电压限幅六边形上的分段电压矢量间隔设置。

设置模块40用于对多个分段电压矢量设置旋转速度调节规则。

其中，旋转速度调节规则包括在电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度大于在由期望电压矢量确定的在电压限幅六边形内的圆弧上的分段电压矢量的旋转速度。

进一步地，旋转速度调节规则还可包括：多个分段电压矢量旋转一周所用的时间为预设旋转周期，该预设旋转周期可为期望电压矢量未经过调制控制时旋转(如匀速旋转)一周所用的时间。

修正模块50用于根据调节规则对期望电压矢量进行修正，得到修正电压矢量。

在本发明的一个实施例中，修正模块50具体用于执行如下步骤：

S51，根据期望电压矢量的幅值和直流母线电压计算第一相位角和第一比值，其中，第一相位角为圆弧与电压限幅六边形交点处的相位角，第一比值为在电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度与期望电压矢量未经过调制控制时的旋转速度的比值。

其中，第一比值大于1，且其与期望电压质量的幅值正相关。

具体地，可通过如下公式(2)计算第一相位角和第一比值：

其中，α₂为第一相位角，k为第一比值，MI^*为期望电压矢量的占空比。

在该实施例中，第一相位角α₂可为期望电压矢量的旋转轨迹与电压限幅六边形交点处的相位角，参见图2，A2点对应的相位角为α₂；第一比值为过调制区域中电压限幅六边形边上的旋转速度与期望电压矢量的旋转速度的比值，其中，电压限幅六边形边上的旋转速度可大于期望电压矢量的旋转速度。

S52，根据第一相位角和第一比值计算第二相位角，其中，第二相位角为修正电压矢量的相位角为第一相位角时，期望电压矢量的相位角。

具体地，可通过如下公式(3)计算第二相位角：

其中，α₁为第二相位角，α₁＞α₂，第二相位角α₁为当修正电压矢量的相位角为第一相位角时，期望电压矢量的相位角，参见图2，A1点对应的相位角为α₁。若k为电压限幅六边形边上线段加快的旋转速度与期望电压矢量未经过调制控制时的匀速旋转速度的比值，因此根据图2可得：

根据该式可得到上述公式(3)。相应的，参见图2，期望电压矢量未经过调制控制时的旋转速度与在期望电压矢量确定的在电压限幅六边形内的圆弧上的分段电压矢量的旋转速度的比值为α₁/α₂。

第三计算模块50用于根据期望电压矢量的相位角、所述第一相位角和第二相位角计算修正电压矢量的相位角，并根据期望电压矢量的幅值、期望电压矢量的相位角、直流母线电压和第二相位角计算修正电压矢量的幅值。

S53，根据直流母线电压、期望电压矢量、第一相位角和第二相位角计算得到修正电压矢量。

具体地，可根据期望电压矢量的相位角、第一相位角和第二相位角计算得到修正电压矢量的相位角，以及可根据期望电压矢量的幅值、期望电压矢量的相位角、直流母线电压和第二相位角计算得到修正电压矢量的幅值。

作为一个示例，当期望电压矢量处于第Ⅰ扇区时，第三计算模块50可通过如下公式(4)计算修正电压矢量的相位角：

其中，θ₂为修正电压矢量的相位角，α₂为第一相位角，α₁为第二相位角，θ₁为期望电压矢量的相位角。

同时，可通过如下公式(5)计算修正电压矢量的幅值：

其中，V_mag2为修正电压矢量的幅值，V_mag1为期望电压矢量的幅值，V_dc为直流母线电压。

在该实施例中，期望电压矢量可依据三相逆变器输出电压范围的电压限幅六边形顶点划分成6个扇区，每个扇区相位角范围为π/3。由于各个扇区中的圆弧和电压限幅六边形的关系(交截的相对位置)相同，因此任意两个扇区都可以通过旋转π/3的整数倍后完全重合。上式(4)仅为θ₁∈[0,π/3]时第I扇区θ₂的计算公式，对于其他扇区的θ₂的计算可基于该式利用角度偏置关系计算得出；同理，上式(5)仅为θ₁∈[0,π/3]时第I扇区V_mag2的计算公式，对于其他扇区的V_mag2的计算可基于该式利用角度偏置关系计算得出。

控制模块60根据修正电压矢量对三相逆变器进行过调制控制。

具体地，在得到修正电压矢量后，控制模块60可首先通过如下公式(6)计算修正后的α轴输出电压和修正后的β轴输出电压：

其中，V_α2为修正后的α轴输出电压，V_β2为修正后的β轴输出电压。

然后，根据修正后的α轴输出电压和修正后的β轴输出电压对三相逆变器进行过调制控制。

可选地，控制模块60还可根据修正电压矢量的相位角和修正电压矢量的幅值计算修正后的d轴输出电压和修正后的q轴输出电压；进而根据修正后的d轴输出电压和修正后的q轴输出电压对三相逆变器进行过调制控制。

在本发明的实施例中，三相逆变器的过调制控制，可通过对图2中的分段电压矢量的旋转速度进行调节实现。在不改变该分段电压矢量包络线的前提下，为了使修正电压矢量的基波幅值尽可能跟踪期望电压矢量的幅值，可设置旋转速度调节规则为：电压矢量在电压限幅六边形边上时加快旋转，在圆弧上时减慢旋转，例如，假设期望电压矢量匀速旋转，则当期望电压矢量从图2中A1点转到C1点时，修正电压矢量应从A2点旋转到C2点；当期望电压矢量从C1点旋转到D1点时，修正电压矢量应从C2点旋转到D2点，其中，A2、C2和D2为期望电压矢量确定的圆弧和电压限幅六边形的交点。基于该规则，可设置上述的步骤S1～S6修正每个时刻的电压矢量的幅值和相位角，并根据修正后的电压矢量的幅值和相位角进行过调制控制。需要说明的是，调节后的旋转速度旋转一周的时间，可与未过调制时期望电压矢量匀速旋转一周的时间一致。

在本发明的一个实施例中，可基于如下特殊点及变化过程的分析设置k：

具体地，如图3所示，考虑极端情况1：当期望电压矢量确定的圆弧与电压限幅六边形内切时，没有电压限幅六边形边上的轨迹，则修正前后的电压矢量应同步旋转。此时，

k＝1，

MI^*＝0.9069。随着圆弧半径(即期望电压矢量的幅值)的增大，交截圆弧段长度减小，α₂减小。为了使电压矢量在圆弧上旋转更长时间，α₁应增大。

如图4所示，考虑极端情况2：当期望电压矢量确定的圆弧与电压限幅六边形外接时，α₂＝0，修正电压矢量保持在顶点处。当

时，θ₂＝0，因此α₁应为

k＝+∞。此时V_mag1＝2*V_dc/3，MI^*＝1.0472。

基于上述特殊点及变化过程的分析，假设k与MI^*为双曲线函数关系，则可以确定k的计算公式如上述公式(2)中的

其中，

当然，k与MI^*之间的关系，可不限于双曲线函数关系，还可以是其他函数关系。

综上，本发明实施例的三相逆变器的过调制控制装置，能够最大限度利用直流电压，同时能够充分考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量等影响控制性能的因素，确保控制性能。

图10是本发明实施例的电机驱动系统的结构框图。

如图10所示，电机驱动系统1000包括上述实施例的三相逆变器的过调制控制装置100。当然，电机驱动系统1000还可包括电机、三相逆变器等。

本发明实施例的电机驱动系统，通过上述的三相逆变器的过调制控制装置，能够最大限度利用直流电压，同时能够充分考虑到过调制区域的电压线性度和谐波含量等影响控制性能的因素，确保控制性能。

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。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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 (11)

1.一种三相逆变器的过调制控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取电机的直流母线电压和期望电压矢量；

根据所述直流母线电压和所述期望电压矢量的幅值判断所述三相逆变器是否进入过调制区域；

如果所述三相逆变器进入过调制区域，则根据所述期望电压矢量和由所述直流母线电压确定的电压限幅六边形，获得多个分段电压矢量；

对所述多个分段电压矢量设置旋转速度调节规则，其中，所述旋转速度调节规则包括在所述电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度大于在由所述期望电压矢量确定的在所述电压限幅六边形内的圆弧上的分段电压矢量的旋转速度；

根据所述调节规则对所述期望电压矢量进行修正，得到修正电压矢量；

根据所述修正电压矢量对所述三相逆变器进行过调制控制。

2.如权利要求1所述的三相逆变器的过调制控制方法，其特征在于，所述旋转速度调节规则还包括：所述多个分段电压矢量旋转一周所用的时间为预设旋转周期，其中，所述预设旋转周期为所述期望电压矢量未经过调制控制时旋转一周所用的时间。

3.如权利要求2所述的三相逆变器的过调制控制方法，其特征在于，所述根据所述调节规则对所述期望电压矢量进行修正，包括：

根据所述期望电压矢量的幅值和所述直流母线电压计算第一相位角和第一比值，其中，所述第一相位角为所述圆弧与所述电压限幅六边形交点处的相位角，所述第一比值为在所述电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度与所述期望电压矢量未经过调制控制时的旋转速度的比值；

根据所述第一相位角和所述第一比值计算第二相位角，其中，所述第二相位角为所述修正电压矢量的相位角为所述第一相位角时，所述期望电压矢量的相位角；

根据所述直流母线电压、所述期望电压矢量、所述第一相位角和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量。

4.如权利要求3所述的三相逆变器的过调制控制方法，其特征在于，所述第一相位角小于所述第二相位角，所述第一比值大于1，且所述第一比值与所述期望电压矢量的幅值正相关。

5.如权利要求3所述的三相逆变器的过调制控制方法，其特征在于，所述根据所述直流母线电压、所述期望电压矢量、所述第一相位角和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量，包括：

根据所述期望电压矢量的相位角、所述第一相位角和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量的相位角，以及根据所述期望电压矢量的幅值、所述期望电压矢量的相位角、所述直流母线电压和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量的幅值。

6.如权利要求4所述的三相逆变器的过调制控制方法，其特征在于，当所述期望电压矢量处于第Ⅰ扇区时，

通过如下公式计算所述修正电压矢量的相位角：

其中，θ₂为所述修正电压矢量的相位角，α₂为所述第一相位角，α₁为所述第二相位角，θ₁为所述期望电压矢量的相位角，k为所述第一比值；

通过如下公式计算所述修正电压矢量的幅值：

其中，V_mag2为所述修正电压矢量的幅值，V_mag1为所述期望电压矢量的幅值，V_dc为所述直流母线电压。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-5中任一项所述的三相逆变器的过调制控制方法。

8.一种三相逆变器的过调制控制装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取电机的直流母线电压和期望电压矢量；

判断模块，用于根据所述直流母线电压和所述期望电压矢量的幅值判断所述三相逆变器是否进入过调制区域；

第二获取模块，用于在所述三相逆变器进入过调制区域时，根据所述期望电压矢量和由所述直流母线电压确定的电压限幅六边形，获得多个分段电压矢量；

设置模块，用于对所述多个分段电压矢量设置旋转速度调节规则，其中，所述旋转速度调节规则为在所述电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度大于在由所述期望电压矢量确定的在所述电压限幅六边形内的圆弧上的分段电压矢量的旋转速度；

修正模块，用于根据所述调节规则对所述期望电压矢量进行修正，得到修正电压矢量；

控制模块，根据所述修正电压矢量对所述三相逆变器进行过调制控制。

9.如权利要求7所述的三相逆变器的过调制控制装置，其特征在于，所述旋转速度调节规则还包括：所述多个分段电压矢量旋转一周所用的时间为预设旋转周期，其中，所述预设旋转周期为所述期望电压矢量未经过调制控制时旋转一周所用的时间。

10.如权利要求8所述的三相逆变器的过调制控制装置，其特征在于，所述修正模块具体用于：

根据所述期望电压矢量的幅值和所述直流母线电压计算第一相位角和第一比值，其中，所述第一相位角为所述圆弧与所述电压限幅六边形交点处的相位角，所述第一比值为在所述电压限幅六边形上的分段电压矢量的旋转速度与所述期望电压矢量未经过调制控制时的旋转速度的比值；

根据所述第一相位角和所述第一比值计算第二相位角，其中，所述第二相位角为所述修正电压矢量的相位角为所述第一相位角时，所述期望电压矢量的相位角；

根据所述直流母线电压、所述期望电压矢量、所述第一相位角和所述第二相位角计算得到所述修正电压矢量。

11.一种电机驱动系统，其特征在于，包括如权利要求8-10中任一项所述的三相逆变器的过调制控制装置。

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