CN117134683A - 最小偏置电压脉宽调制方法、控制器及存储介质 - Google Patents

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CN117134683A CN202310946149.8A CN202310946149A CN117134683A CN 117134683 A CN117134683 A CN 117134683A CN 202310946149 A CN202310946149 A CN 202310946149A CN 117134683 A CN117134683 A CN 117134683A
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Abstract

本发明公开了一种最小偏置电压脉宽调制方法，包括：将Ud和Uq的电压指令进行等幅值Park逆变和Clark逆变换得到UVW三相电压；Ud和Uq是指加在电机UVW线上的电压对应的dq坐标轴电压；对UVW三相电压进行归一化处理；将标幺化的UVW限幅，并进行偏置补偿；根据是否出现过调制、三相电压最大值、三相电压最小值和限幅系数计算三相占空比。本发明可以大大简化SVPWM计算过程，同时能够实现过调制处理，方便工程实现，降低代码负载率。MOPWM在电压较低时，不施加偏置电压，降低中心点的电压波动。在电压较高时，施加的偏置电压小于SVPWM方式，波形较SVPWM柔和，可降低电压波动，也可减少系统发热。

Description

最小偏置电压脉宽调制方法、控制器及存储介质
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种最小偏置电压脉宽调制(MOPWM)方法，以及一种执行所述最小偏置电压脉宽调制(MOPWM)方法的控制器及计算机可读存储介质。
背景技术
正弦脉宽调制法(SPWM)是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。其中每周基波(正弦调制波)与所含调制输出的脉冲总数之比即为载波比。
空间矢量脉宽调制(SVPWM)以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
空间矢量脉宽调制SVPWM技术具有直流电压利用率高、输出电流谐波小、线性调制范围宽等特点成为常用的电机控制算法。传统的SVPWM算法是将三相电压瞬时值进行坐标变换、三角函数运算、扇区判断和有效矢量作用时间计算，算法复杂且运算量大，它与SPWM相比，可以提高15％的电机输出能力。
中国专利CN201810855532.1公开了四开关逆变器供电PMSM转矩脉动优化的新型混合SVPWM方法。本方法在不同扇区交替使用两种不同的调制方式，引入新的转矩脉动有效值推导方法，使扇区划分不受电机参数影响。同时提出一种新颖的扇区划分方法，使扇区划分更加简单。这种新型混合SVPWM方法对原有调制方式进行改进，既可以有效减轻数字信号处理器的运算强度，具有工程使用价值；且当电机参数发生变化时，仍然可以有效的减小PMSM转矩脉动。
中国专利CN201710374903.X公开了一种纯电动汽车能量错峰控制装置，中央控制单元中的错峰控制模块同时连接有正弦波控制模块和矢量控制模块，而正弦波控制模块和矢量控制模块均连接有SVPWM(空间矢量脉宽调制)，分别为SVPWM1和SVPWM2；具体的，SVPWM1与逆变单元中的压缩机电机逆变器连接，而SVPWM2与逆变单元中的驱动电机逆变器连接。本发明将驱动电机和空调压缩机集中控制，能量合理分配，采用错峰控制技术，既保证了驱动电机加速的动力性，又兼顾了空调的错峰控制，提高了整车舒适性
中国专利CN201911118417.7公开了一种基于三电平并网变流器SVPWM调制自动切换控制方法及系统，所述SVPWM调制包括13矢量SVPWM调制方式、19矢量SVPWM调制方式和27矢量SVPWM调制方式；根据中点电压偏移量将3种矢量SVPWM调制方式进行相互切换。本发明根据实际运行状况，自动切换SVPWM工作模式，达到漏电流抑制的同时也实现了中点电压平衡控制，降低了三电平并网变流器开关损耗，提高了光伏电站的智能化水平。
上述三种现有技术虽然对SVPWM方法进行了改进，但其根本原理还是单独基于SVPWM原理，存在算法较复杂，运算量较大等缺陷。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是基于SVPWM和SPWM原理，提供一种利用三相参考电压瞬时值计算PWM信号的开关状态切换时间，进而取消扇区判断和矢量选择等过程，相对现有技术能算控过程更简洁，运算量更小，同时也可提高电机调控可靠性和可维护性的最小偏置电压脉宽调制(MOPWM)方法、控制器及计算机可读存储介质。
为解决上述技术问题，本发明提供的最小偏置电压脉宽调制方法，包括以下步骤：
S1，将Ud和Uq的电压指令进行等幅值Park逆变和Clark逆变换得到UVW三相电压；Ud和Uq是指加在电机UVW线上的电压对应的dq坐标轴电压；
S2，对UVW三相电压进行归一化处理；
S3，将标幺化的UVW限幅，并进行偏置补偿；
S4，根据是否出现过调制、三相电压最大值、三相电压最小值和限幅系数计算三相占空比。
其中，所述的最小偏置电压脉宽调制方法，等幅值Park逆变换为：
Udc为母线电压，α为电压利用率，θ为电角度，Ud为d轴电压，Uq为q轴电压，Uα为α轴电压，Uβ为β轴电压，Us为电压极限，UαScale为归一化后的α轴电压，UβScale为归一化后的β轴电压，UdScale为归一化后的d轴电压UqScale为归一化后的q轴电压。
其中，所述的最小偏置电压脉宽调制方法，等幅值Clark逆变换为：
其中，所述的最小偏置电压脉宽调制方法，步骤S2对UVW三相电压进行归一化处理包括：
UUScale为归一化后的U相电压，UVScale为归一化后的V轴电压，UWScale为归一化的W轴电压。
其中，所述的最小偏置电压脉宽调制方法，实施步骤S3时，将标幺化的UVW限幅在0-1范围内，增加1/2的偏置补偿值。
其中，所述的最小偏置电压脉宽调制方法，实施步骤S4时计算三相占空比包括：
当Max-Min≤Ulim时，未出现过调制时，根据三相电压顺时针计算占空比偏置补偿，取电压利用率为Ulim；
当Max-Min＞Ulim出现过调制时，限幅系数G发挥作用，需要对输出的占空比进行限幅处理，
Ulim为电压利用率；G为限幅系数；Offset偏置补偿。
为解决上述技术问题，本发明提供一种控制器，其内部存储有一计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现上述任意一项所述的最小偏置电压脉宽调制方法中的步骤。
为解决上述技术问题，本发明提供一种计算机可读存储介质，其内部存储有一计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现上述任意一项所述的最小偏置电压脉宽调制方法中的步骤。
MOPWM调制过程如图1所示，MOPWM和SVPWM调制对比如图2所示，其中MOPWM电压波形要比SVPWM波型更柔和一些，对一个调制周期的两种调制方式的占空比进行积分处理，可以看出MOPWM的电压利用高于SVPWM。经过上述仿真对比可知，本发明可以大大简化SVPWM计算过程，同时能够实现过调制处理，方便工程实现，降低代码负载率。MOPWM在电压较低时，不施加偏置电压，降低中心点的电压波动。在电压较高时，施加的偏置电压小于SVPWM方式，波形较SVPWM柔和，可降低电压波动，也可减少系统发热。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明MOPWM调制过程示意图。
图2是MOPWM和SVPWM调制对比示意图。
附图标记说明
Duty_U为U相占空比；
Max为三相电压最大值；
Min为三相电压最小值；
Offset为Offset偏置补偿；
Gain为限幅系数；
Max-Min为三相电压最大值与最小值之差；
VoltCmd_U为U相电压请求；
SVPWM_Duty_U为SVPWM调制的U相占空比；
MOPWM_Duty_U为MOPWM调制的U相占空比。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。如在这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。
第一实施例；
本发明提供的最小偏置电压脉宽调制方法，包括以下步骤：
S1，将Ud和Uq的电压指令进行等幅值Park逆变和Clark逆变换得到UVW三相电压；Ud和Uq是指加在电机UVW线上的电压对应的dq坐标轴电压；
等幅值Park逆变换为：
Udc为母线电压，α为电压利用率，θ为电角度，Ud为d轴电压，Uq为q轴电压，Uα为α轴电压，Uβ为β轴电压，Us为电压极限，UαScale为归一化后的α轴电压，UβScale为归一化后的β轴电压，UdScale为归一化后的d轴电压UqScale为归一化后的q轴电压。
等幅值Clark逆变换为：
S2，对UVW三相电压进行归一化处理，包括：
UUScale为归一化后的U相电压，UVScale为归一化后的V轴电压，UWScale为归一化的W轴电压；
S3，将标幺化的UVW限幅，并进行偏置补偿；示例性的，将标幺化的UVW限幅在0-1范围内，增加1/2的偏置补偿值；
S4，根据是否出现过调制、三相电压最大值、三相电压最小值和限幅系数计算三相占空比，包括：
当Max-Min≤Ulim时，未出现过调制时，根据三相电压顺时针计算占空比偏置补偿，取电压利用率为Ulim；
当Max-Min＞Ulim出现过调制时，限幅系数G发挥作用，需要对输出的占空比进行限幅处理，
Ulim为电压利用率；G为限幅系数；Offset偏置补偿。
第二实施例；
本发明提供一种控制器，例如MCU、ECU，其内部存储有一计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现第一实施例所述的最小偏置电压脉宽调制方法中的步骤。
第三实施例；
本发明提供一种计算机可读存储介质，其内部存储有一计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现第一实施例所述的最小偏置电压脉宽调制方法中的步骤。
所述计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种最小偏置电压脉宽调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将Ud和Uq的电压指令进行等幅值Park逆变和Clark逆变换得到UVW三相电压；Ud和Uq是指加在电机UVW线上的电压对应的dq坐标轴电压；
S2，对UVW三相电压进行归一化处理；
S3，将标幺化的UVW限幅，并进行偏置补偿；
S4，根据是否出现过调制、三相电压最大值、三相电压最小值和限幅系数计算三相占空比。
2.如权利要求1所述的最小偏置电压脉宽调制方法，其特征在于，等幅值Park逆变换为：
Udc为母线电压，α为电压利用率，θ为电角度，Ud为d轴电压，Uq为q轴电压，Uα为α轴电压，Uβ为β轴电压，Us为电压极限，UαScale为归一化后的α轴电压，UβScale为归一化后的β轴电压，UdScale为归一化后的d轴电压UqScale为归一化后的q轴电压。
3.如权利要求2所述的最小偏置电压脉宽调制方法，其特征在于，等幅值Clark逆变换为：
4.如权利要求3所述的最小偏置电压脉宽调制方法，其特征在于，步骤S2对UVW三相电压进行归一化处理包括：
UUScale为归一化后的U相电压，UVScale为归一化后的V轴电压，UWScale为归一化的W轴电压。
5.如权利要求4所述的最小偏置电压脉宽调制方法，其特征在于，实施步骤S3时，将标幺化的UVW限幅在0-1范围内，增加1/2的偏置补偿值。
6.如权利要求5所述的最小偏置电压脉宽调制方法，其特征在于，实施步骤S4时计算三相占空比包括：
当Max-Min≤Ulim时，未出现过调制时，根据三相电压顺时针计算占空比偏置补偿，取电压利用率为Ulim；
当Max-Min＞Ulim出现过调制时，限幅系数G发挥作用，需要对输出的占空比进行限幅处理，
Ulim为电压利用率；G为限幅系数；Offset偏置补偿。
7.一种控制器，其特征在于：其内部存储有一计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现权利要求1-6任意一项所述的最小偏置电压脉宽调制方法中的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其内部存储有一计算机程序，所述计算机程序被执行时用于实现权利要求1-6任意一项所述的最小偏置电压脉宽调制方法中的步骤。
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