基于軟件開關(guān)模式的SVPWM技術(shù)

1、基于軟件開關(guān)模式的svpwm技術(shù)摘 要電壓空間矢量脈寬調(diào)制(svpwm)調(diào)速方式因具有比其他脈寬調(diào)制調(diào)速方式更優(yōu)異的性能而得到了廣泛應(yīng)用。本文首先對(duì)脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了概述，結(jié)果得出在眾多的脈寬調(diào)制技術(shù)中,svpwm是一種優(yōu)化的pwm技術(shù)。本文對(duì)svpwm技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。首先重點(diǎn)分析了svpwm控制技術(shù)的基本工作原理和svpwm技術(shù)的實(shí)現(xiàn)步驟。為了減小開關(guān)損耗,提高控制器的效率,通過適當(dāng)選擇零矢量使用方式,使得在一個(gè)采樣周期內(nèi)的開關(guān)動(dòng)作減少為6次,從而在同樣的載波頻率下,將開關(guān)頻率減小了25%,開關(guān)損耗大大降低。其次引入了數(shù)字信號(hào)處理器，重點(diǎn)介紹了tms320f2407a芯片，提出了基于t

2、ms320f2407a（dsp）軟件決定切換模式的svpwm控制方法,并進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。最后通過實(shí)驗(yàn)以證明這種方法的有效性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明軟件決定開關(guān)模式在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制中可以減少諧波、降低損耗、降低電流波形畸變。關(guān)鍵詞：svpwm，軟件開關(guān)模式，dsp，交流感應(yīng)電機(jī)svpwm of software determined switching pattern based on dspabstractvoltage space vector pwm which control mode is better than for other pwm control mode is more superi

3、or performance and widely used. this text firstly summarizes the pulse width modulation technique. the result shows that voltage space vector pwm technology is a kind of optimization technology of pwm. this text studies the voltage space vector pwm technology. firstly the text analyses svpwm control

4、 technology of basic working principle and realization of svpwm steps. in order to reduce the loss of the controller, improving switch efficiency, this paper chooses the proper way by using zero vectors in a sampling period for the switching. therefore it reduces 6 times in the same carrier frequenc

5、y and decreases the switching frequency to 25%.so the switch loss is reduced greatly. secondly the text introduces the digital signal processor. this paper pays more attention to the tms320f2407a chip. this paper proposes a tms320f2407a (dsp) software decided to switch mode of svpwm control method a

6、nd the software design. the experimental results show that the effectiveness of this method is proved. the switch mode which is decided by software in the induction motor control can reduce the harmonic, loss and the lower harmonic current waveform distortion.key words: svpwm，software determined swi

7、tching pattern，dsp，introduction ac4目錄前言1第1章 脈寬調(diào)制技術(shù)21.1 脈寬調(diào)制技術(shù)基本原理21.2 脈寬調(diào)制技術(shù)分類21.2.1 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)21.2.2 消除指定次數(shù)諧波的脈寬調(diào)制技術(shù)31.2.3 電流滯環(huán)跟蹤的脈寬控制技術(shù)31.2.4 電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)4第2章 svpwm控制技術(shù)52.1 svpwm控制技術(shù)概述52.1.1 電壓空間矢量脈寬調(diào)制的定義52.1.2 電壓空間矢量脈寬調(diào)制的相互關(guān)系52.1.3 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系62.1.4 空間電壓矢量分布72.1.5 六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)82.2 svpwm基本控

8、制原理92.3 svpwm的實(shí)現(xiàn)步驟10第3章dsp控制器簡介153.1 dsp控制器的發(fā)展及特點(diǎn)153.2 tms320lf2407a芯片簡介163.2.1 tms320lf2407a的結(jié)構(gòu)介紹163.2.2 tms320lf2407a dsp輸出pwm波形方法16第4章 基于dsp控制器svpwm的軟件實(shí)現(xiàn)184.1 svpwm軟件方法的開關(guān)模式184.2 軟件方法開關(guān)模式的軟件設(shè)計(jì)20第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析22結(jié)論23謝 辭24參考文獻(xiàn)25附錄26外文資料翻譯38前言近年來用于感應(yīng)電機(jī)控制的空間矢量理論被引入到逆變器及其控制中，形成和發(fā)展了svpwm 控制思想。其原理就是利用逆變器各橋臂開

9、關(guān)控制信號(hào)的不同組合, 使逆變器的輸出電壓空間矢量的運(yùn)行軌跡盡可能接近圓形。svpwm 同時(shí)控制三相電流的狀態(tài),以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的。不僅使得電機(jī)脈動(dòng)降低, 電流波形畸變減小,能夠提高功率因數(shù)，降低損耗，而且與常規(guī)正弦脈寬調(diào)制spwm技術(shù)相比,直流電壓利用率有很大提高,并更易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微控制器的實(shí)時(shí)處理能力和運(yùn)算能力不斷增強(qiáng)，使得數(shù)字化pwm有了更為廣闊的應(yīng)用前景。tms320lf2407dsp控制器是ti公司專門為交流電機(jī)控制而推出的數(shù)字信號(hào)處理器，它包括一個(gè)定點(diǎn)的dsp芯核和專用的外圍控制電路，事件管理器模塊有專門為實(shí)現(xiàn)空間向量pwm而設(shè)計(jì)

10、的控制電路【11】。更易于交流感應(yīng)電機(jī)的全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。脈寬調(diào)制(pwm)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，優(yōu)化了用于各類交流調(diào)速系統(tǒng)的變頻裝置的性能【1】。svpwm調(diào)制技術(shù)以其獨(dú)特的矢量調(diào)制方式。把電動(dòng)機(jī)與pwm逆變器看作一體。以三相對(duì)稱正弦電壓供電時(shí)交流電動(dòng)機(jī)中的理想磁鏈圓為基準(zhǔn)。利用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的磁鏈有效矢量來逼近基準(zhǔn)圓，即用多邊形來近似逼近圓形。與經(jīng)典的spwm控制相比，svpwm控制的物理意義直觀，數(shù)學(xué)模型簡單，便于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制并且具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，噪聲低，控制簡單，損耗較小，直流電壓利用率高等優(yōu)點(diǎn)。目前無論在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)或閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中都得到了廣泛應(yīng)用。第1章 脈寬調(diào)制技術(shù)1.1

11、 脈寬調(diào)制技術(shù)基本原理以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（carrier wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（modulation wave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。圖1-1 pwm調(diào)制原理1.2 脈寬調(diào)制技術(shù)分類1.2.1 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，比頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波，并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波，當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而

12、獲得正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（sinusoidal pulse width modulation，簡稱spwm），這種序列的矩形波稱作spwm波。 1.2.2 消除指定次數(shù)諧波的脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制（pwm）的目的是使變壓變頻器輸出的電壓波形盡量接近正弦波，減少諧波，以滿足交流電機(jī)的需要。要達(dá)到這一目的，除了上述采用正弦波調(diào)制三角波的方法以外，還可以采用直接計(jì)算的下圖中各脈沖起始與終了相位， ，的方法，以消除指定次數(shù)

13、的諧波，構(gòu)成近似正弦的pwm波形（selected harmonics elimination pwmshepwm）。圖1-2特定諧波消去法的輸出pwm波形1.2.3 電流滯環(huán)跟蹤的脈寬控制技術(shù)應(yīng)用pwm控制技術(shù)的變壓變頻器一般都是電壓源型的，它可以按需要方便地控制其輸出電壓，上面所述的pwm控制技術(shù)都是以輸出電壓近似正弦波為目標(biāo)的。但是，在電流電機(jī)中，實(shí)際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流，因?yàn)樵诮涣麟姍C(jī)繞組中只有通入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為恒定值，不含脈動(dòng)分量。因此，若能對(duì)電流實(shí)行閉環(huán)控制，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開環(huán)控制能夠獲得更好的性能。 常用的一種電流閉環(huán)控制方法是電流

14、滯環(huán)跟蹤 pwm（current hysteresis band pwm chbpwm）控制，具有電流滯環(huán)跟蹤 pwm 控制的 pwm 變壓變頻器的a相控制原理圖示于圖1-3。圖1-3電流滯環(huán)跟蹤控制的a相原理圖圖中，電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2h。將給定電流與輸出電流進(jìn)行比較，電流偏差 d超過h時(shí)，經(jīng)滯環(huán)控制器hbc控制逆變器 a相上（或下）橋臂的功率器件動(dòng)作。b、c 二相的原理圖均與此相同。1.2.4 電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)經(jīng)典的spwm控制主要著眼于使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未顧及輸出電流的波形。而電流滯環(huán)跟蹤控制則直接控制輸出電流，使之在正弦波附近變化，這就比只

15、要求正弦電壓前進(jìn)了一步。然而交流電動(dòng)機(jī)需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動(dòng)機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。如果對(duì)準(zhǔn)這一目標(biāo)，把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來控制逆變器的工作，其效果應(yīng)該更好。這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”，又因?yàn)榇沛湹能壽E是交替使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱“電壓空間矢量pwm（svpwm，space vector pwm）控制”。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章 svpwm控制技術(shù)2.1 svpwm控制技術(shù)概述2.1.1 電壓空間矢量脈寬調(diào)制的定義 圖 2-1 電壓空間矢量交流電動(dòng)機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時(shí)間變化

16、的，分析時(shí)常用時(shí)間相量來表示，但如果考慮到它們所在繞組的空間位置，也可以如圖2-1所示，定義為空間矢量， ， 。 2.1.2 電壓空間矢量脈寬調(diào)制的相互關(guān)系(1) 定子電壓空間矢量：、的方向始終處于各相繞組的軸線上，而大小則隨時(shí)間按正弦規(guī)律脈動(dòng)，時(shí)間相位互相錯(cuò)開的角度也是120。(2) 合成空間矢量：由三相定子電壓空間矢量相加合成的空間矢量 us是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，是每相電壓值的3/2倍。 當(dāng)電源頻率不變時(shí)，合成空間矢量 以電源角頻率為電氣角速度作恒速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)某一相電壓為最大值時(shí)，合成電壓矢量就落在該相的軸線上。用公式表示，則有 與定子電壓空間矢量相仿，可以定義定子電流和磁鏈的

17、空間矢量 和。 2.1.3 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 式中 定子三相電壓合成空間矢量； 定子三相電流合成空間矢量； 定子三相磁鏈合成空間矢量。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，定子電阻壓降在公式中所占的成分很小，可忽略不計(jì)，則定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為： 或 當(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動(dòng)軌跡呈圓形（一般簡稱為磁鏈圓）。這樣的定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量可用下式表示：其中是磁鏈的幅值，w1為其旋轉(zhuǎn)角速度。由上式可得當(dāng)磁鏈幅值一定時(shí)，的大小與（或供電電壓頻率）成正比，其方向則與磁鏈?zhǔn)噶空?，即磁鏈圓的切線方向，如圖2-2所示。 圖2

18、-2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運(yùn)動(dòng)2p弧度，其軌跡與磁鏈圓重合。這樣，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軌跡問題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡問題。 2.1.4 空間電壓矢量分布對(duì)于vsr整流器6個(gè)開關(guān)管，假設(shè)“1”代表上橋臂導(dǎo)通，“0”代表下橋臂導(dǎo)通，則一共有8種開關(guān)模式，分別為：v0(000) ，v1(100)，v2(110)，v3(010)，v4(011) ，v5(001)，v6(101)，v7(111)。不同開關(guān)組合時(shí)的電壓情況如表2-1所示。從表2-1中可以看出，三相vsr不同開關(guān)組合中的。交流側(cè)電壓可以用一個(gè)模為的空間電壓矢量；在

19、復(fù)平面中表示出來(除了v0和v7模為0)，開關(guān)矢量均勻分布在復(fù)平面中，將平面等分為6個(gè)扇區(qū)，如圖2-3所示。表2-1 不同開關(guān)組合的電壓值 000000001-010-011-100-101-110-111000圖2-3 空間電壓矢量的分布圖2.1.5 六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在常規(guī)的pwm變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)由六拍階梯波逆變器供電，這時(shí)的電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡是怎樣的呢？為了研究方便起見，把三相逆變器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖繪出，圖2-4中六個(gè)功率開關(guān)器件都用開關(guān)符號(hào)代替，可以代表任意一種開關(guān)器件。 圖2-4三相逆變器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主電路原理圖如果，圖中

20、的逆變器采用180導(dǎo)通型，功率開關(guān)器件共有8種工作狀態(tài)如下圖的開關(guān)狀態(tài)表所示其中6種為有效開關(guān)狀態(tài);2種是無效狀態(tài)（因?yàn)槟孀兤鬟@時(shí)并沒有輸出電壓）即：上橋臂開關(guān) vt1、vt3、vt5全部導(dǎo)通；下橋臂開關(guān) vt2、vt4、vt6全部導(dǎo)通；對(duì)于六拍階梯波的逆變器，在其輸出的每個(gè)周期中6 種有效的工作狀態(tài)各出現(xiàn)一次。逆變器每隔 p/3 時(shí)刻就切換一次工作狀態(tài)（即換相），而在這 p/3 時(shí)刻內(nèi)則保持不變。 開關(guān)狀態(tài)表 2-2 sector1000100110111111110100000200001011011111111001000030000100111111110110100004000001

21、01111111101100100050000011011111111010010006000100101111111101100000 2.2 svpwm基本控制原理空間矢量脈寬調(diào)制（svpwm）技術(shù)是以獲取圓形磁鏈軌跡為目的的，根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行規(guī)律，在忽略定子電阻影響的情況下，磁鏈?zhǔn)噶勘憩F(xiàn)為定子電壓矢量對(duì)時(shí)間的積分。表達(dá)式為：，也就是說,磁鏈?zhǔn)噶康捻敹耸冀K指向定子電壓矢量與作用時(shí)間乘積的和-所形成矢量的終點(diǎn)。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)由正弦波供電時(shí)，設(shè)正弦波供電相電壓幅值為，三相相電壓為：利用三相靜止到兩相靜止坐標(biāo)（3s/2s）變換公式，將三相供電相電壓轉(zhuǎn)化為二相坐標(biāo)系下的，即可見，是三相相電壓在二

22、相坐標(biāo)系下形成的二維定子電壓空間矢量。它是幅值不變、旋轉(zhuǎn)的連續(xù)定子電壓空間矢量，定子電壓空間矢量頂點(diǎn)形成的軌跡是圓形；由于定子磁鏈空間矢量表現(xiàn)為定子電壓矢量對(duì)時(shí)間的積分，所以定子磁鏈空間矢量也是幅值不變、旋轉(zhuǎn)的定子磁鏈空間矢量，定子磁鏈空間矢量頂點(diǎn)形成的軌跡也是圓形。此時(shí)，定子電壓空間矢量超前定子磁鏈空間矢量90度，可以視為定子電壓空間矢量拉動(dòng)定子磁鏈空間矢量連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，如圖2-5所示；但是，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)由常規(guī)六拍階梯波逆變器供電時(shí)，形成的定子電壓空間矢量卻是幅值不變、旋轉(zhuǎn)的離散電壓空間矢量，也就是只有6個(gè)有效電壓空間矢量，如果每一個(gè)有效電壓空間矢量在一個(gè)周期內(nèi)作用1/6的時(shí)間，則形成的旋轉(zhuǎn)磁

23、鏈?zhǔn)噶宽旤c(diǎn)軌跡則是正六邊形，與圓形磁鏈頂點(diǎn)軌跡相差甚遠(yuǎn)。為了獲得更多邊形或者逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，則必須通過線性組合法使得在每個(gè)1/6周期期間內(nèi)出現(xiàn)更多的電壓空間矢量。就是利用有限個(gè)（8個(gè)）離散的電壓矢量組合成無數(shù)個(gè)連續(xù)的電壓矢量。如圖2-6所示，任意一個(gè)連續(xù)電壓矢量都可以有附近的兩個(gè)離散電壓矢量合成。 圖2-5磁鏈空間矢量與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡 圖2-6電壓空間矢量線性組合2.3 svpwm的實(shí)現(xiàn)步驟三相電壓型整流器的svpwm 調(diào)制實(shí)現(xiàn)步驟為：(1)計(jì)算電壓空間矢量 ；(2) 判斷所在的扇區(qū)；(3) 根據(jù)扇區(qū)分配矢量與作用時(shí)間；(4) 生成三相pwm 信號(hào)。1. 電壓空間矢量的定義與計(jì)算對(duì)

24、于任意給定的三相基波電壓瞬時(shí)值、，若考慮三相為平衡系統(tǒng)，即+=0，則可在復(fù)平面內(nèi)定義電壓空間矢量。）2. 電壓矢量的扇區(qū)判斷定義中間變量 x、y、z，其值由以下三式確定：當(dāng)時(shí)，x=1，否則x=0；當(dāng)時(shí)，y=1，否則y=0；當(dāng)時(shí)，z=1，否則z=0。令m=x+2y+4z(當(dāng)m=0或m=7時(shí)，m=0)然后根據(jù)m值查表2-2就可得到矢量所在的扇區(qū)表2-2 m 與矢量所處扇區(qū)關(guān)系表m123456扇區(qū)號(hào)3. 根據(jù)扇區(qū)分配矢量在svpwm 調(diào)制方案中，零矢量的選擇具有一定的靈活性，適當(dāng)選擇零矢量，在保持采樣周期不變的前提下最多可將開關(guān)次數(shù)減少，因此我們將基本矢量作用順序的分配原則選定為：在一個(gè)開關(guān)周期中功

25、率開關(guān)的動(dòng)作次數(shù)盡可能少。因?yàn)檫@樣可以減少開關(guān)損耗，并盡可能減少諧波。此處我選擇了在每次開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)只改變了其中一相開關(guān)的狀態(tài)，并且零矢量在時(shí)間上進(jìn)行了平均分配的方案，如表2-3所示。表2-3 各扇區(qū)內(nèi)開關(guān)矢量分配表扇區(qū)按時(shí)間順序排列的作用矢量000100110111111110100000000010110111111110010000000010011111111011010000000001011111111011001000000001101111111101001000000100101111111101100000時(shí)間除兩個(gè)零矢量外，三相vsr的6條模為2/3非零電壓空間矢量均勻

26、分布在復(fù)平面上，將之等分為6個(gè)扇區(qū)ivi，對(duì)于任一扇形區(qū)域中的電壓矢量 ，均可由該扇形區(qū)邊界的vsr空間電壓矢量來合成。即： 為其對(duì)應(yīng)的電壓矢量的作用時(shí)間；ty為其對(duì)應(yīng)的電壓矢量uy的作用時(shí)間；為其對(duì)應(yīng)的電壓矢量的作用時(shí)間；t為采樣周期，u*為期望的電壓矢量。表2-3列出了各扇區(qū)內(nèi)開關(guān)矢量的分配。4. 矢量作用時(shí)間和算法任意連續(xù)電壓空間矢量可以表示為：，這里，為相電壓的峰值；六個(gè)有效電壓空間矢量可以表示為：，為直流母線電壓；為六個(gè)離散值。任意時(shí)刻的都可以有和來等效合成，于是有下列等式： （為載波周期）進(jìn)一步推導(dǎo)： （1）從這個(gè)公式可以看出，協(xié)調(diào)改變和就可以在保持氣隙磁通恒定情況下改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速

27、。在額定轉(zhuǎn)速以下，電壓頻率之比為恒值，所以為相電壓的最大值，為額定頻率；為給定頻率， 為給定頻率時(shí)相應(yīng)的電壓值；最大相電壓與直流母線電壓的關(guān)系為，則，定義為調(diào)制度，。式（）可以整理如下： （2）對(duì)式（2）進(jìn)行求解： （3）通過式（3）在已知情況下就可以求出電壓矢量的作用時(shí)間。5. 開關(guān)矢量切換點(diǎn)、和 定義： 在不同的扇區(qū)內(nèi)，根據(jù)表2-3所示各矢量的發(fā)送順序，各矢量切換點(diǎn)、和的賦值選擇見表2-4所示。表2-4 切換點(diǎn)的賦值表扇區(qū)號(hào)6. 生成七段式電壓空間矢量svpwm 波形信號(hào) 為了得到一定的輸出電壓，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，無論開關(guān)狀態(tài)的切換順序如何變化，只要使3個(gè)開關(guān)狀態(tài)存在時(shí)間的分配關(guān)系滿足式(

28、2)，而3個(gè)開關(guān)狀態(tài)的先后順序及起點(diǎn)時(shí)間并無限制，就為減少開關(guān)動(dòng)作次數(shù)和減小諧波的優(yōu)化控制提供了可能。為了使逆變器從一個(gè)開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)，只改變一個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)，就能減少逆變器中開關(guān)器件的通斷次數(shù)，可以按表2-3安排各個(gè)扇區(qū)中的8個(gè)開關(guān)狀態(tài)的變換順序。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)逼近圓形的程度取決于的選取，越小越逼近圓形，但的減小受開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的限制。采用svpwm控制，通過精心安排適當(dāng)?shù)牧闶噶?，可以免除不必要的開關(guān)動(dòng)作，降低開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗。svpwm的直流電壓利用率比spwm的高15，在調(diào)控輸出電壓基波大小的同時(shí)，也減小了輸出諧波。計(jì)算出每個(gè)采樣周期內(nèi)各矢量切換點(diǎn)、和后，將它們

29、與一定頻率和幅值的三角載波作比較，一旦(x=1，2，3)與三角載波的值相等時(shí)，就改變pwm 波形的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了占空比的填寫。13洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章dsp控制器簡介3.1 dsp控制器的發(fā)展及特點(diǎn)隨著電子科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，面對(duì)運(yùn)算量巨大的科學(xué)計(jì)算，dsp技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展徹底的變革了人們的工作、學(xué)習(xí)和生活方式。dsp目前已經(jīng)處于數(shù)字信息產(chǎn)品核心引擎的地位。面對(duì)中外巨大的市場(chǎng)空間，我們應(yīng)該努力去挖掘dsp技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。它將是未來集成電路中發(fā)展速度最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定性因素。dsp的概念最早出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)60年代,直到70年代，提出了dsp的理論和算法基礎(chǔ)

30、。而當(dāng)時(shí)dsp僅僅停留在教科書上，即便是研制出來的dsp系統(tǒng)也是由分立組件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航天部門。1982年世界上誕生了首枚dsp芯片。到了80年代中期，第二代dsp芯片伴隨著cmos技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，它在存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度上都得到了成倍的提高。80年代后期，第三代發(fā)明的dsp芯片運(yùn)算速度得到了進(jìn)一步提高，其應(yīng)用于范圍逐步擴(kuò)大到通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。90年代后dsp技術(shù)迅猛發(fā)展，大約每2-3年就更換一代產(chǎn)品。新型集成度極高的dsp芯片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，如今dsp產(chǎn)品的應(yīng)用已擴(kuò)大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個(gè)方面，將我們帶入數(shù)字化生活時(shí)代。dsp（digita

31、l signal processing）是數(shù)字信號(hào)處理器的縮寫，它是一種特別適合進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微控制器的實(shí)時(shí)處理能力和運(yùn)算能力不斷增強(qiáng)，使得數(shù)字化pwm有了更為廣闊的應(yīng)用前景。tms320lf2407a 數(shù)字信號(hào)處理控制器是ti公司專門為交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)而推出的數(shù)字信號(hào)處理器，尤其是它內(nèi)嵌的空間矢量狀態(tài)機(jī)更是專門為空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)而設(shè)計(jì)。它將大大減少dsp的處理時(shí)間，使得交流電動(dòng)機(jī)的全數(shù)字化控制系統(tǒng)較易實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)處理器采用哈佛結(jié)構(gòu)12，其特點(diǎn)為：（1）使用兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊，分別存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)

32、，每個(gè)存儲(chǔ)模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存，以便實(shí)現(xiàn)并行處理；（2）具有一條獨(dú)立的地址總線和一條獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線。利用公用地址總線訪問兩個(gè)存儲(chǔ)模塊(程序存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊) ，公用數(shù)據(jù)總線則被用來完成程序存儲(chǔ)模塊或存儲(chǔ)模塊與cpu之間的傳輸；（3）兩條總線由程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分時(shí)共用。數(shù)字信號(hào)處理器采用流水線操作以減少指令執(zhí)行時(shí)間，流水作業(yè)，使取指令、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行，指令可以在單個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成，從而極大的提高了運(yùn)算速度。采用獨(dú)立的硬件乘法器，指令總線和數(shù)據(jù)總線分開控制，乘法指令在單周期內(nèi)完成優(yōu)化卷積、數(shù)字濾波等算法中的大量重復(fù)算法?？焖俚闹噶钪芷谑沟胐sp芯片能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多d

33、sp應(yīng)用。通過并行、串行和外存儲(chǔ)器等接口使多個(gè)芯片可以很方便的并行或串行工作以提高處理速度。3.2 tms320lf2407a芯片簡介3.2.1 tms320lf2407a的結(jié)構(gòu)介紹tms320lf2407a提供了兩個(gè)事件管理器eva和evb模塊，用于電機(jī)控制。事件管理器(ev)能產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的各種pwm波，可通過增量式光電編碼器接口來測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和角位移；通過捕捉功率來測(cè)量脈寬。tms320lf2407a的每個(gè)事件管理器都有2個(gè)16位通用定時(shí)器，8個(gè)16位的pwm通道，3個(gè)帶可編程死區(qū)控制的比較單元，能產(chǎn)生3對(duì)獨(dú)立的pwm波，2個(gè)定時(shí)器能產(chǎn)生2個(gè)獨(dú)立的pwm波。在電動(dòng)機(jī)的dsp控制電

34、路中，采用pwm單元可極大地節(jié)省生成pwm波形的計(jì)算機(jī)資源，簡化生成pwm波形的軟件設(shè)計(jì)，提高編程效率。3.2.2 tms320lf2407a dsp輸出pwm波形方法tms320lf2407a dsp利用定時(shí)器周期寄存器的周期值和比較器的比較值來產(chǎn)生pwm波 周期值用于產(chǎn)生pwm波的頻率或周期，比較值主要用于產(chǎn)生pwm波的脈寬。根據(jù)所用比較器的不同，有兩種產(chǎn)生pwm波的方法：一是利用定時(shí)器比較寄存器，二是使用比較單元。后者產(chǎn)生的pwm波可以進(jìn)行死區(qū)控制。為了輸出理想波形，不但要正確設(shè)置控制寄存器的值，而且要求采用正確的算法。為了輸出svpwm波形，用戶需要設(shè)置以下寄存器(選evb模塊)：設(shè)置

35、比較方式控制寄存器actrb，定義輸出方式； 使能死區(qū)，設(shè)置死區(qū)控制寄存器dbtconb；設(shè)置定時(shí)器3的周期寄存器t3pr，即規(guī)定pwm波形的周期；初始化比較寄存器cmpr46：設(shè)置比較控制寄存器comconb，定義比較操作和svpwm模式：設(shè)置定時(shí)器3的控制寄存器t3con成連續(xù)增/減模式，來啟動(dòng)比較操作。16 第4章 基于dsp控制器svpwm的軟件實(shí)現(xiàn)4.1 svpwm軟件方法的開關(guān)模式在dsp控制的svpwm波形程序設(shè)計(jì)中，調(diào)制波頻率由外部輸入，載波頻率和采樣頻率均為20mhz。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了調(diào)制波頻率為050hz的變頻功能、死區(qū)功能。死區(qū)時(shí)間為16zs，dsp晶振為10mhz，內(nèi)部2倍

36、頻，時(shí)鐘頻率為20mhz，計(jì)數(shù)周期為50ns。程序由主程序和定時(shí)器下溢中斷子程序組成。主程序的工作是初始化，并將外部輸入的頻率調(diào)節(jié)比轉(zhuǎn)換為角頻率，根據(jù)u/f 曲線確定參考電壓的幅值。中斷子程序的作用是在每一個(gè)pwm周期里計(jì)算出下一個(gè)pwm周期的3個(gè)比較寄存器的比較值，并送入比較寄存器中。為此，必須根據(jù)式(2)和式(3)計(jì)算出,，。由于dsp定時(shí)器采用連續(xù)增減計(jì)數(shù)方式【14】，周期寄存器的周期值等于tpwm/2。dsp經(jīng)a/d模塊采入由轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量出的實(shí)際加載轉(zhuǎn)矩值，由電流電壓傳感器測(cè)量出的電流電壓值和由承載側(cè)反饋的轉(zhuǎn)角信號(hào)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。根據(jù)電流電壓信號(hào)去控制整流電路，使之為

37、加載電機(jī)提供穩(wěn)定的電源，根據(jù)脈沖信號(hào)算得位置信號(hào)，再由位置信號(hào)算得轉(zhuǎn)速信號(hào)，即得到所需的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速信號(hào)。而后經(jīng)過控制器計(jì)算得到所需的控制信號(hào),輸出給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。表4-1給出了軟件開關(guān)模式的開關(guān)順序表，圖4-1給出了軟件方法決定開關(guān)模式中svpwm 矢量、扇區(qū)及開關(guān)方向圖，箭頭方向即為每個(gè)扇區(qū)各矢量的開關(guān)順序方向。由于在dsp中沒有專門硬件來支持此方法，所以必須把svpwm的計(jì)算結(jié)果(矢量選擇和作用時(shí)間)轉(zhuǎn)化成每相管腳對(duì)應(yīng)的脈寬作用時(shí)間，再分配到相應(yīng)的比較寄存器。這種開關(guān)模式可以用表示。其中為主矢量，為輔矢量。通過表4-1 和圖4-1可以看出，在1、3、5區(qū)間和2、4、6區(qū)間

38、，主輔矢量作用時(shí)間的順序有所不同。為了滿足開關(guān)損耗最小原則，2、4、6區(qū)間的主輔矢量作用時(shí)間順序需要改變，即式（3）中的需要互換一下。這樣才使得軟件開關(guān)模式絕對(duì)以開始，又以結(jié)束，每一次狀態(tài)改變只需一個(gè)橋臂的功率器件改變。為了準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)作用時(shí)間的互換，要確定占空比參量的值。由于svpwm的波形是對(duì)稱實(shí)現(xiàn)，因此，pwmprd周期寄存器的周期值；這樣可以定義占空比參量： （4）最后，可以確定實(shí)際控制所需要的三相pwm波的占空比，如表4-2。以第1區(qū)間（即之間）為例，根據(jù)表4-2畫出此區(qū)間的pwm波形和占空比圖4-2；以第2區(qū)間（即之間）為例，根據(jù)表4-2畫為此區(qū)間的pwm波形和占空比圖4-3。表4-1

39、 軟件開關(guān)模式確定的開關(guān)順序表sector100010011011111111010000020000101101111111100100003000010011111111011010000400000101111111101100100050000011011111111010010006000100101111111101100000表4-2三相pwm波的占空比、分配表sector123456a相tab相tbc相tc圖4-1 svpwm矢量、扇區(qū)及開關(guān)方向圖圖4-2 第1區(qū)間的pwm波形和占空比圖4-3 第2區(qū)間的pwm波形和占空比4.2 軟件方法開關(guān)模式的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)由主程序和中斷

40、服務(wù)程序組成。主程序完成系統(tǒng)初始化設(shè)置和等待中斷，初始化流程設(shè)置比較控制寄存器comcona、全比較動(dòng)作控制寄存器actra、死區(qū)控制器存器dbtcona、通用定時(shí)器的控制寄存器t1con，并根據(jù)調(diào)制周期設(shè)置通用定時(shí)器1的定時(shí)周期寄存器t1pr；中斷服務(wù)子程序根據(jù)給定的頻率和調(diào)制度，計(jì)算出的值并設(shè)置到全比較寄存器cmpr1、cmpr2、cmpr3。圖4-4是軟件方法決定開關(guān)模式下的中斷服務(wù)子程序，軟件開關(guān)模式在根據(jù)式（3）確定之后，利用式（4-1）和查表4-2確定，需要設(shè)置三個(gè)比較寄存器【7】。 圖4-4 軟件開關(guān)模式下的中斷服務(wù)子程序20第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析圖5-1是按照軟件開關(guān)模式對(duì)pwm

41、管腳濾波后生成的相電壓和線電壓波形。從圖中可以看出相電壓波形類似馬鞍波，與spwm中加上三次諧波的波形很相似，而線電壓波形是正弦波形；圖5-2是軟件方法決定開關(guān)模式的定子電流波形，可見軟件開關(guān)模式下電流波形諧波減少、波形畸變降低。因此，軟件方法決定開關(guān)模式的svpwm技術(shù)是一種比較理想的交流感應(yīng)電機(jī)控制方法。 圖5-1軟件開關(guān)模式下的電壓調(diào)制波形 圖5-2軟件開關(guān)模式下的定子電流波形22 結(jié)論在對(duì)空間矢量基本概念和svpwm調(diào)制原理進(jìn)行了詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了一種用 復(fù)平面中的狀態(tài)開關(guān)矢量直接進(jìn)行相關(guān)矢量作用時(shí)間的計(jì)算方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方法的正確性和有效性。最后，根據(jù)結(jié)果可知：軟件開關(guān)模

42、式下線電壓波形是正弦波形，電流波形諧波減少、波形畸變降低。由此可見，軟件方法決定開關(guān)模式的svpwm技術(shù)是一種比較理想的交流感應(yīng)電機(jī)控制方法。同時(shí)也證明了svpwm具有直流母線電壓利用率高，輸出電壓基波分量大，平衡度好，輸出電流諧波小等優(yōu)點(diǎn)，而且，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文謝 辭畢業(yè)論文暫告收尾，這意味著我在洛陽理工學(xué)院三年的學(xué)習(xí)生活既將結(jié)束。回首既往，自己一生最寶貴的時(shí)光能在這樣的校園之中，能在眾多學(xué)富五車、才華橫溢的老師們的熏陶下度過，實(shí)在感到很榮幸。這三年時(shí)間里，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺。這除了自身的努力以外，還與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。論文的

43、寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的。在此，我特別要感謝我的導(dǎo)師姬宣德老師。從論文的選題、文獻(xiàn)的采集、框架的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的布局到最終的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標(biāo)題到標(biāo)點(diǎn)，他都費(fèi)盡心血。沒有姬宣德老師的辛勤栽培、孜孜教誨，就沒有我論文的順利完成。其次，要感謝我的家人以及我的朋友們對(duì)我的理解、支持、鼓勵(lì)和幫助，正是因?yàn)橛辛怂麄?，我所做的一切才更有意義；也正是因?yàn)橛辛怂麄?，我才有了追求進(jìn)步的勇氣和信心。最后，感謝所有任課老師在這三年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來

44、越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！時(shí)間的倉促及自身專業(yè)水平的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤。懇請(qǐng)閱讀此篇論文的老師，多予指正，不勝感激！23參考文獻(xiàn)1 陳伯時(shí). 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004；2 space-vector pwm withtms320c24x/f24x using hardware and software determined switching patterns .texas instruments,1999；3 莫正康. 電力電子應(yīng)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005；4 王兆安. 電力電子技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006；5 韓

45、安太. dsp控制器原理及其在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用. 北京：清華大學(xué)出版社，2003；6 李磊. 基于tms320f240的svpwm波的軟件實(shí)現(xiàn)方法. 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2003（4）；7 劉和平. tms320lf240xdspc語言開發(fā)與應(yīng)用. 北京：航空航天大學(xué)出版社，2003；8 黃英哲. tms320c240原理與c語言控制應(yīng)用實(shí)習(xí). 北京：中國水利水電出版社，2003；9 b k bosemodem power electronics and ac drivesm北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005；10 李華德交流調(diào)速控制系統(tǒng)m北京：電子工業(yè)出版社，2003；11 王曉明電動(dòng)機(jī)的dsp

46、控制m 京：北京航空航天大學(xué)出版社2004；12 將思敏. tms320lf240xdsp硬件開發(fā)教程. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003；13 趙鏡紅，張俊洪，楊濤. 基于dsp的svpwm的研究. 中小型電機(jī)，2002（4）；14 張平軍，陳昌旺基于tms320f240的svpwm波的軟件實(shí)現(xiàn)方法j電氣傳動(dòng)自動(dòng)化.2003；15 黃立培電機(jī)控制m北京：清華大學(xué)出版社，2003；16 何蘇勤，王忠勇tms320c2000系列dsp原理及應(yīng)用技術(shù)m北京：電子工業(yè)出版社，2003。48附錄 空間矢量脈寬調(diào)制程序#includef2407_c.h #includemath.h #define ste

47、p_max 0x0147 /* (fmax/fs)*(q16),fmax=100hz */ #define tspeedadc 1875 /* (18750*32)*(1/40m)*2=3ms */#define tp 2000 /* 2000*(1/40m)*2=1/10k=0.1ms*/#define kspeed 0x006c /* q15/300 */#define piby3 0x2aaa /* q15/3 */#define ak1 0x14bc /* ak1=0.324*q14 */#define ak0 0x1332 /* ak0=0.3*q14=kp */#define f0 0x3c56 /* (sqrt(2)/3)*q15 */ int um=8191; int wt=0,owt,sector=0;intcmp1,cmp2,f,np=0,step=0;int ug,uf=0,ek1,ek0,uk,uk1,uk0=0,aek1,aek0,ouk;int adcflag,svpwmflag,pidflag;int w800,i=0,j=0;int v=0x3c28;void inline disable( ) asm( setc intm); void i