CN115514279A - 一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统，将d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；根据电机直流母线电压与测量噪声确定零电压矢量模式分界点电压幅值，并与指令电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；根据非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值；根据电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；将三相开关变动的时间值与三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号实现电机脉宽调制驱动。本发明提升电流环性能，减少开关次数，延长功率器件使用寿命。

Description

一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统

技术领域

本发明属于电机驱动技术领域，具体涉及一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统。

背景技术

目前对电机进行的高性能驱动方法主要分为矢量控制与直接转矩控制。传统矢量控制通过电流反馈控制器与空间矢量脉宽调制技术对电机、电流进行控制，其结构简单、应用广泛，但也存在动态响应差、开关频率高、损耗大的缺点。

针对动态响应差的缺点，目前有双次采样双次更新的优化方案，在一个载波周期内进行两次系统采样并更新两次PWM占空比，以减小占空比更新延时时间和电机转子位置角采样误差，可在不增加功率器件开关频率的前提下，提高电流环的动态性能。

针对开关频率高、开关损耗大的缺点，目前一种基于最小开关次数策略的新型开关表被广泛应用于电机的直接转矩控制中。与传统开关表相比，使用含零电压矢量的新型开关表系统的开关次数可减少一半，进而降低了开关损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统，用于解决动态响应差与开关频率高、开关损耗大的技术问题，提升电流环性能的同时，减少开关次数，延长功率器件使用寿命。

本发明采用以下技术方案：

一种电机脉宽调制优化驱动方法，包括以下步骤：

S1、通过采样频率二倍于电机控制频率的电流采样得到电机的三相电流，采用Clark变换和Park变换将电机定子三相坐标系下的电流进行等幅转换，得到转子正交坐标系下d、q轴电流；

S2、将步骤S1得到的d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；

S3、根据电机直流母线电压与测量噪声的大小确定零电压矢量模式分界点电压幅值，将步骤S2得到的指令电压与分界点电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；

S4、根据步骤S3得到的非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值t_a,t_b,t_c；

S5、根据步骤S3得到的电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；

S6、将步骤S4得到的三相开关变动的时间值t_a,t_b,t_c与步骤S5得到的三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号，实现电机脉宽调制驱动。

具体的，步骤S1中，转子正交坐标系下d、q轴电流具体为：

其中，i_d、i_q分别表示经变换后得到的d、q轴电流；θ表示实时采样的转子电角度值；i_a、i_b、i_c分别表示实时采样的a、b、c三相电流。

具体的，步骤S2中，d、q轴指令电压为：

其中，u表示输出电压，P表示比例环节；I表示积分环节；T_s表示电流控制周期；s为积分算子；i表示反馈电流；i^*表示指令电流。

具体的，步骤S3中，当电机d轴和q轴指令电压

时，设置为零电压矢量模式；当电机d轴和q轴指令电压

时，设置为非零电压矢量模式，V₀为零电压矢量模式分界点的电压幅值。

具体的，步骤S4中，三相开关变动时间值t_a,t_b,t_c的关系如下：

其中，T_s为采样周期，T₁,T₂为非零空间电压矢量作用时间。

进一步的，以ABC三轴为基准将包含所有电压矢量的平面域划分为六个扇区，通过定子正交坐标系下αβ电压矢量所处扇区位置进行判断，扇区判断具体为：

其中，u_α、u_β分别表示的α、β轴电压。

进一步的，在非零电压矢量模式下计算占空比；将各扇区等幅映射到定子三相坐标系下，得到合成该指令电压所需扇区的相邻两轴电压值；通过与直流母线电压U_dc和采样周期T_S运算得非零空间电压矢量作用时间T₁,T₂具体为：

其中，T_dcom为死区补偿时间。

具体的，步骤S5中，零电压矢量模式：当时间整数倍于采样周期T_s/2时，根据上一周期终值为0或T_s/2，保持该值不变，生成一段采样周期单位的水平波；

非零电压矢量模式下：当时间整数倍于采样周期T_s/2时，根据上一周期终值为0或T_s/2，以该值为初值，生成一段采样周期单位的斜率为1或-1的半三角载波。

具体的，步骤S6中，在任意控制周期内，非零电压矢量模式下的开关信号按时间顺序经历从(000)到(111)或从(111)到(000)，通过t_a,t_b,t_c与半三角载波信号的对比生成开关的时序变化指令；当三角波幅值小于t_a时，A相开关信号为低电平；当三角波幅值大于等于t_a时，A相开关信号为高电平。

第二方面，本发明实施例提供了一种电机脉宽调制优化驱动系统，包括：

采样模块，通过采样频率二倍于电机控制频率的电流采样得到电机的三相电流，采用Clark变换和Park变换将电机定子三相坐标系下的电流进行等幅转换，得到转子正交坐标系下d、q轴电流；

计算模块，将采样模块得到的d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；

划分模块，根据电机直流母线电压与测量噪声的大小确定零电压矢量模式分界点电压幅值，将计算模块得到的指令电压与分界点电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；

时间模块，根据划分模块得到的非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值t_a,t_b,t_c；

载波模块，根据划分模块得到的电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；

驱动模块，将时间模块得到的三相开关变动的时间值t_a,t_b,t_c与载波模块得到的三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号，实现电机脉宽调制驱动。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种电机脉宽调制优化驱动方法，通过双次采样双次更新提高系统性能；通过零电压矢量模式注入减少开关次数；设计转换级数字电路与进行Verilog编码，包括各功能电路综合模块；通过Verilog语言的转换级代码数字化测试平台，对转换级代码的功能性以及可综合性进行检测；本发明使得三相电机在不增加功率器件额定开关频率的前提下，有效提高电流动态跟随特性，同时减少开关次数，延长功率器件寿命。

进一步的，得到转子正交坐标系下d、q轴电流与指令电流进行比对，形成电流反馈环节；在转子正交坐标系下进行电流控制，其好处是转子磁链是常值，便于解耦计算；其原理为Clark变换与Park变换，先将定子三相坐标系下的电流矢量通过算子

转换到定子正交坐标系下，再通过算子

转换到转子正交坐标系下。

进一步的，由于实际作用于电机的是是逆变器生成生成的等效电压，因此通过离散装调下的PI控制器计算得到d、q轴指令电压。

进一步的，在零电压矢量模式下，无需进行传统的空间矢量脉宽调制技术所需的运算过程便可直接生成相应的开关信号，优势在于可以一定程度上减少程序的计算量。其原理是在传统脉宽调制技术中，当电机所需指令电压近乎为0的控制周期内，逆变器的功率器件仍会在周期内做无用跳动，其等效电压等同于零电压矢量。为针对性减少零电压矢量模式下功率器件的不必要损耗以及程序的运算量，因此需划分电压矢量模式。

进一步的，得到三相开关变动值t_a,t_b,t_c是为了与零电压矢量模式和非零电压矢量模式下载波进行比对生成开关信号。

进一步的，进行扇区判断是为了能针对不同扇区的电压矢量进行符合所处扇区特点的处理；其原理是以abc三轴为基准将包含了所有电压矢量的平面域划分为了6个基本扇区。

进一步的，计算T₁,T₂是为了计算在一个控制周期内合成电压指令值的两个基本电压的作用时间；设置死区补偿时间是为了避免由控制功率器件的拖尾电流所引起的短路；其原理是时间补偿法，通过插入死区时间令开关提前断开或者延迟接通。

进一步的，生成零电压矢量模式和非零电压矢量模式下不同载波的目的是与三相开关变动值t_a,t_b,t_c进行比对生成开关信号，在零电压矢量模式下保持上桥全开或下桥全开不变，在非零电压适量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿。

进一步的，将各相开关变动的时间值与三角载波进行对比是为了得到电机三相上下桥开关信号，从而功率模块开关器件根据生成的ABC三相上下桥PWM波形调制出所期望的电压。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

综上所述，本发明在提升电流环性能的同时，减少了开关次数，延长了功率器件使用寿命。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明永磁同步电机矢量控制方法原理图；

图2为本发明优化前后开关次数的对比图，其中，(a)为q轴指令电流为阶跃信号时的驱动器开关次数对比，(b)为q轴指令电流为正弦信号时的驱动器开关次数对比；

图3为本发明基于VIVADO实现的开关信号仿真结果图，其中，(a)为第一次采样，(b)为第二次采样；

图4为扇区划分示意图；

图5为电压矢量模式示意图；

图6为ABC三相上桥开关信号变化历程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明提供了一种电机脉宽调制优化驱动方法，通过双次采样双次更新提高系统性能；通过零电压矢量模式注入减少开关次数；设计转换级(RTL)数字电路与进行Verilog编码，包括各功能电路综合模块；通过Verilog语言的RTL代码数字化测试平台，对RTL代码的功能性以及可综合性进行检测。本发明使得三相电机在不增加功率器件额定开关频率的前提下，有效提高电流动态跟随特性，同时减少开关次数，延长功率器件寿命。

请参阅图1，本发明一种电机脉宽调制优化驱动方法，包括对电机三相电流进行Clark变换和Park变换；设计反馈控制器；判断零电压矢量模式；扇区判断、计算占空比、死区时间补偿、生成开关信号。具体步骤如下：

S1、通过采样频率二倍于电机控制频率的电流采样得到电机的三相电流，采用Clark变换和Park变换将电机定子三相坐标系下的电流进行等幅转换，得到转子正交坐标系下d、q轴电流；

经过Clark变换和Park变换得到定子正交坐标系下的d、q轴电流为：

其中，i_d、i_q分别表示经变换后得到的d、q轴电流；θ表示实时采样的转子电角度值；i_a、i_b、i_c分别表示实时采样的a、b、c三相电流。

S2、建立电流反馈控制器，包括但不限于PI电流控制器，根据步骤S1得到的d、q轴电流输入控制器计算得到d、q轴指令电压；

以永磁同步电机为例，在转子正交坐标系下电压平衡方程：

其中，u_d,u_q表示直轴、交轴指令电压；R_S表示电阻；L_S表示电感；i_d,i_q表示直轴、交轴电流；ω_e表示电机转子的电角速度；Ψ_PM表示交轴磁链。

以PI电流反馈控制器为例，当电流控制周期为T_s，控制器输出为：

其中，u表示输出电压，P表示比例环节；I表示积分环节；T_s表示电流控制周期；s为积分算子；i表示反馈电流；i^*表示指令电流。

S3、根据电机直流母线电压与测量噪声的大小，估设零电压矢量模式分界点电压幅值，计算步骤S2得到的电机指令电压幅值，并与分界点电压幅值进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；

综合考虑电机直流母线电压与测量噪声的大小，设零电压矢量模式分界点电压幅值为V₀。

根据步骤S2得到的电机d、q轴指令电压，计算幅值并与分界点电压幅值进行比对：

当

设置为零电压矢量模式；

当

设置为非零电压矢量模式。

S4、根据步骤S3得到的非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，计算占空比，得到与载波进行比对的三相开关变动的时间值t_a,t_b,t_c；

非零电压矢量模式下进行扇区判断。d、q轴电流值与其指令电流值的跟随误差经过PI反馈控制器生成d、q轴电压指令。永磁同步电机的驱动主要是为形成电机定子的旋转磁场，所以脉宽调制的相关计算也都是在定子坐标系下进行。在d、q坐标下生成的电压指令值需经过Park逆变换到αβ坐标系相进行扇区判断，转换公式为：

其中，u_α、u_β分别表示的α、β轴电压；θ表示实时采样的转子电角度值；u_d、u_q分别表示d、q轴电压。

请参阅图4，以ABC三轴为基准将包含所有电压矢量的平面域划分为六个扇区，通过定子正交坐标系下αβ电压矢量所处扇区位置进行判断，根绝扇区的几何特点，判断扇区的方法有很多种。本发明所用的扇区判断思路为：

在非零电压矢量模式下计算占空比。将各扇区等幅映射到定子三相坐标系下，得到合成该指令电压所需扇区的相邻两轴电压值。通过与直流母线电压U_dc和采样周期T_S运算得两个非零空间电压矢量作用时间T₁,T₂。

为补偿由于死区时间造成的电压误差，采用时间补偿法，首先离线测出死区补偿时间T_dcom，每个周期内对T₁,T₂分别进行死区时间补偿，死区补偿时间的分配依据T₁,T₂之间的比例为：

非零电压矢量模式下计算得到与三角载波进行比对的三相开关变动的时间值t_a,t_b,t_c：

扇区不同，t₁,t₂,t₃与t_a,t_b,t_c有不同的对应关系：

S5、根据步骤S3得到的电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；

请参阅图5，根据步骤S3得到的电压指令值所处模式生成所需间断式载波，以采样周期T_s/2为单位，整数倍于采样周期T_s/2时生成下一周期的载波；

零电压矢量模式：当时间整数倍于采样周期T_s/2时，根据上一周期终值为0或T_s/2，保持该值不变，生成一段采样周期单位的水平波。

非零电压矢量模式下：当时间整数倍于采样周期T_s/2时，根据上一周期终值为0或T_s/2，以该值为初值，生成一段采样周期单位的斜率为1或-1的半三角载波。

S6、根据步骤S4与步骤S5得到的三相开关变动的时间值t_a,t_b,t_c与三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号。

根据步骤S4与步骤S5得到的三相开关变动的时间值t_a,t_b,t_c与三角波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号。在任意控制周期内，非零电压矢量模式下的开关信号以一定的时间顺序经历从(000)到(111)或从(111)到(000)，通过t_a,t_b,t_c与半三角载波信号的对比生成开关的时序变化指令。当三角波幅值小于t_a时，A相开关信号为低电平；当三角波幅值大于等于t_a时，A相开关信号为高电平，B相、C相同理。

请参阅图6，逆变器各相上下桥开关信号时刻相反，以第一扇区为例，ABC三相上桥开关信号变化历程：

(000)→(100)→(110)→(000)→(110)→(100)→(000)。

本发明再一个实施例中，提供一种电机脉宽调制优化驱动系统，该系统能够用于实现上述电机脉宽调制优化驱动方法，具体的，该电机脉宽调制优化驱动系统包括采样模块、计算模块、划分模块、时间模块、载波模块以及驱动模块。

其中，采样模块，通过采样频率二倍于电机控制频率的电流采样得到电机的三相电流，采用Clark变换和Park变换将电机定子三相坐标系下的电流进行等幅转换，得到转子正交坐标系下d、q轴电流；

计算模块，将采样模块得到的d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；

划分模块，根据电机直流母线电压与测量噪声的大小确定零电压矢量模式分界点电压幅值，将计算模块得到的指令电压与分界点电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；

时间模块，根据划分模块得到的非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值t_a,t_b,t_c；

载波模块，根据划分模块得到的电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；

驱动模块，将时间模块得到的三相开关变动的时间值t_a,t_b,t_c与载波模块得到的三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号，实现电机脉宽调制驱动。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

采用本发明方法进行了FPGA实现，并通过高并发寄存器转换级(RTL)数字电路设计与Verilog编码，采用自顶向下的模块化设计方法，设计综合出RTL硬件数字电路。其中，包括FPGA矢量控制顶层模块、空间矢量脉宽调制顶层模块、ADC电流采集模块、反馈控制器模块、增量编码器读取模块、Clark变换和Prak变换模块、电角度电角速度转换模块、变形载波生成模块、PWM脉冲产生模块，各模块之间通过模块例化进行分层嵌套。

采用自顶向下的模块化设计方法，是从系统级开始，把系统划分为基本单元模块，然后再把每个基本单元模块划分为下一层次的基本单元，直到可以直接用EDA元件库中的基本元件来实现为止，最终将方法模型拆分为基本的电路元件并用硬件描述语言表示出来。整个电机控制系统除核心方法模块外，还包括了与外围电路以及传感器的交互模块，自顶向下的模块化设计可以将各子模块集成在一个顶层模块当中，节省了对外围电路的控制成本，提高了硬件集成度。

建立基于Verilog语言的HDL测试平台(Testbench)，用于进行RTL代码的功能性验证，测试激励与仿真实际采样点保持同步，保证测试的准确性。

请参阅图2，为本发明优化前后开关次数对比图，图(a)展示了q轴指令电流为阶跃信号时的驱动器开关次数对比，阶跃指令发生时间为0.05s。可以看到，本发明可避免指令信号发出前的开关变化。图(b)展示了q轴指令电流为正弦信号时的驱动器开关次数对比，可以看到本发明也可减少电机运行中的开关变化次数。

请参阅图3，基于VIVADO实现的开关信号仿真结果。看到本发明方法在双次采样双次更新的基础上，保持前一周期终止时三相开关所处状态不变，减少开关次数。

综上所述，本发明一种电机脉宽调制优化驱动方法及系统，通过基于双倍采样和零电压矢量注入的电机驱动方法；优化了开关信号，提高了采样与计算频率，进而在不增加功率器件开关频率的前提下，提高电流环的动态性能，同时减少了零电压矢量模式下的开关次数，延长了功率器件的寿命。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置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。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供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步骤。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过采样频率二倍于电机控制频率的电流采样得到电机的三相电流，采用Clark变换和Park变换将电机定子三相坐标系下的电流进行等幅转换，得到转子正交坐标系下d、q轴电流；

S2、将步骤S1得到的d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；

S3、根据电机直流母线电压与测量噪声的大小确定零电压矢量模式分界点电压幅值，将步骤S2得到的指令电压与分界点电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；

S4、根据步骤S3得到的非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值t_a,t_b,t_c；

S5、根据步骤S3得到的电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；

S6、将步骤S4得到的三相开关变动的时间值t_a,t_b,t_c与步骤S5得到的三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号，实现电机脉宽调制驱动。

2.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S1中，转子正交坐标系下d、q轴电流具体为：

其中，i_d、i_q分别表示经变换后得到的d、q轴电流；θ表示实时采样的转子电角度值；i_a、i_b、i_c分别表示实时采样的a、b、c三相电流。

3.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S2中，d、q轴指令电压为：

其中，u表示输出电压，P表示比例环节；I表示积分环节；T_s表示电流控制周期；s为积分算子；i表示反馈电流；i^*表示指令电流。

4.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S3中，当电机d轴和q轴指令电压

时，设置为零电压矢量模式；当电机d轴和q轴指令电压

时，设置为非零电压矢量模式，V₀为零电压矢量模式分界点的电压幅值。

5.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S4中，三相开关变动时间值t_a,t_b,t_c的关系如下：

其中，T_s为采样周期，T₁,T₂为非零空间电压矢量作用时间。

6.根据权利要求5所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，以ABC三轴为基准将包含所有电压矢量的平面域划分为六个扇区，通过定子正交坐标系下αβ电压矢量所处扇区位置进行判断，扇区判断具体为：

其中，u_α、u_β分别表示的α、β轴电压。

7.根据权利要求5所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，在非零电压矢量模式下计算占空比；将各扇区等幅映射到定子三相坐标系下，得到合成该指令电压所需扇区的相邻两轴电压值；通过与直流母线电压U_dc和采样周期T_s运算得非零空间电压矢量作用时间T₁,T₂具体为：

其中，T_dcom为死区补偿时间。

8.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S5中，零电压矢量模式：当时间整数倍于采样周期T_s/2时，根据上一周期终值为0或T_s/2，保持该值不变，生成一段采样周期单位的水平波；

非零电压矢量模式下：当时间整数倍于采样周期T_s/2时，根据上一周期终值为0或T_s/2，以该值为初值，生成一段采样周期单位的斜率为1或-1的半三角载波。

9.根据权利要求1所述的电机脉宽调制优化驱动方法，其特征在于，步骤S6中，在任意控制周期内，非零电压矢量模式下的开关信号按时间顺序经历从(000)到(111)或从(111)到(000)，通过t_a,t_b,t_c与半三角载波信号的对比生成开关的时序变化指令；当三角波幅值小于t_a时，A相开关信号为低电平；当三角波幅值大于等于t_a时，A相开关信号为高电平。

10.一种电机脉宽调制优化驱动系统，其特征在于，包括：

采样模块，通过采样频率二倍于电机控制频率的电流采样得到电机的三相电流，采用Clark变换和Park变换将电机定子三相坐标系下的电流进行等幅转换，得到转子正交坐标系下d、q轴电流；

计算模块，将采样模块得到的d、q轴电流输入电流反馈控制器计算得到d、q轴指令电压；

划分模块，根据电机直流母线电压与测量噪声的大小确定零电压矢量模式分界点电压幅值，将计算模块得到的指令电压与分界点电压进行比对，划分零电压矢量模式与非零电压矢量模式；

时间模块，根据划分模块得到的非零电压矢量模式下d、q轴指令电压值进行扇区判断，根据占空比得到与载波进行比对的三相开关变动时间值t_a,t_b,t_c；

载波模块，根据划分模块得到的电压指令值所处模式生成载波，零电压矢量模式下载波保持波形水平，非零电压矢量模式下生成对应的三角载波上升沿或下降沿；

驱动模块，将时间模块得到的三相开关变动的时间值t_a,t_b,t_c与载波模块得到的三角载波进行比对，得到电机三相上下桥开关信号，实现电机脉宽调制驱动。

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