用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)SVPWM合成

1、-作者xxxx-日期xxxx用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)SVPWM合成【精品文檔】來源:凌陽(yáng)單片機(jī)推廣中心   作者:牟聯(lián)樹 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)SVPWM合成前言        隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展,變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)憑借其優(yōu)異的性能,在當(dāng)今交流調(diào)速領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。        變頻驅(qū)動(dòng)主要使用的驅(qū)動(dòng)波形主要有SPWM和SVPWM兩種。SPWM原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易,是現(xiàn)在使用最廣的一種變頻驅(qū)動(dòng)波形。但其有一個(gè)致命的弱點(diǎn)是其電源利用率不高（只有86%）、諧波

2、成分大。因此,在新近開發(fā)的產(chǎn)品中其應(yīng)用逐漸被性能優(yōu)異的SVPWM所取代。SVPWM是一種電壓利用率、低諧波成分的變頻驅(qū)動(dòng)波形,還有開關(guān)次數(shù)少、功率管功耗小等特點(diǎn)。同時(shí),SVPWM還能很好的結(jié)合矢量控制算法、以最大限度的發(fā)揮設(shè)備的性能。因此被越來越多的變頻設(shè)備所采用。                            

3、0;                     芯片簡(jiǎn)介        SPMC75系列MCU是凌陽(yáng)科技公司設(shè)計(jì)開發(fā)的高性能16位通用MCU,具有很強(qiáng)的抗干擾能力、豐富易用的資源以及優(yōu)良的結(jié)構(gòu),特別是增強(qiáng)的定時(shí)計(jì)數(shù)器和PWM輸出功能。        SPMC75系列MCU使用凌陽(yáng)unSP內(nèi)核

4、,unSP內(nèi)核是一種高效的16位CISC內(nèi)核。支持乘法、乘法累加、32/16位除法、FIR等高性能運(yùn)算;支持兩種中斷模式?？梢苑奖愕漠a(chǎn)生SPWM波、空間電壓向量PWM（SVPWM）等各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)波形。       除了擁有高性能的CPU外,SPMC75系列MCU還集成了多種功能模塊：多功能I/O口、同步和異步串行口、高性能ADC、普通的定時(shí)計(jì)數(shù)器、多功能的捕獲比較模塊、BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用位置偵測(cè)接口、兩相增量編碼器接口、能產(chǎn)生各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)波形的PWM發(fā)生器等。同時(shí),SPMC75系列單片機(jī)內(nèi)部集成了32K Words的Flash和2K

5、 Words的SRAM。        利用這些硬設(shè)支持,SPMC75系列單片機(jī)可以完成諸如家用電變頻驅(qū)動(dòng)、標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)變頻驅(qū)動(dòng)器、多環(huán)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等復(fù)雜應(yīng)用。                                

6、60;                 SVPWM合成原理        如圖1-1所示的三相逆變橋中六個(gè)開關(guān)管有8種允許的開關(guān)組合,其中有6種有效的開關(guān)組合,稱為非零基本空間電壓矢量;有2種為無效開關(guān)狀態(tài),稱為零空間電壓矢量。當(dāng)逆變器單獨(dú)輸出六種基本電壓空間矢量時(shí),電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈?zhǔn)噶?的矢端的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)正六邊形,如圖1-2所示。     &

7、#160;  顯然,按照這樣的供電方式只能形成正六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),而不是我們希望的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。        怎樣獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)？一個(gè)思路是,如果在定子里形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不是正六邊形,而是正多邊形,我們就可以得到近似的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。顯然,正多邊形的邊數(shù)越多,近似的程度就越多。但是非零的基本電壓空間矢量只有六個(gè),如果相獲得盡可能多的多邊形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),就必須有更多的逆變器開關(guān)狀態(tài)。下面介紹這 種線性時(shí)間組合方法。        在圖1-3中和代表相鄰的兩個(gè)基本電壓空間矢

8、量;是輸出的參考相電壓矢量,其幅值代表相電壓的幅值,其旋轉(zhuǎn)角速度就是輸出正弦電壓的角頻率。 可以由 和 線性時(shí)間組合來合成,它等于 倍的 和 倍的 的矢量和。其中分別是 和 作用的時(shí)間; 是 作用的時(shí)間。        按照這種方式,在下一個(gè) 期間,仍然用 和 的線性時(shí)間組合,但作用的時(shí)間 t1''和 t2''與上一次的不同,它們必須保證所合成的新的電壓空間矢量 ''與原來的電壓空間矢量 的幅值相等。        如此下去,在

9、每一個(gè) 期間,都改變相鄰的基本矢量的時(shí)間,并保證合成的電壓空間矢量的幅值都相等,因此,在 取足夠小時(shí),電壓空間矢量的軌跡是一個(gè)近似圓形的正多邊形。        開關(guān)時(shí)間的計(jì)算        如上面所述,線性時(shí)間組合的電壓空間矢量 是 倍的 和 倍的 的矢量和,即：        式中, 可以事先選定; 可以由 U/F曲線確定; 可以由輸出正弦電壓的角頻率w和 的乘積確定。因此,當(dāng)已知兩相相鄰的基本電壓空間矢量 和

10、后,就可以根據(jù)（式1-13）來確定。        還有另一種確定的方法。當(dāng) 、 和 投影到平面直角坐標(biāo)系dq中時(shí),（式1-10）可以寫成： 當(dāng)已知逆陣 和 在平面直角坐標(biāo)系dq中的投影 后,就可以確定。        當(dāng)逆變器單獨(dú)輸出零矢量O000和O111時(shí),電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈?zhǔn)噶?是不動(dòng)的。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn),在 期間插入零矢量t0 ,使：        通過這樣方法,可以調(diào)整角頻率 w,從而達(dá)到變頻的目的。

11、添加零矢量是遵循使功率開關(guān)管的開關(guān)次數(shù)最少的原則來選擇O000或O111。為了使磁鏈的運(yùn)動(dòng)速度平滑,零矢量一般都不是集中地加入,而是將零矢量平均分成幾份,多點(diǎn)地插入到磁鏈軌跡中,但作用的時(shí)間和仍為 ,這樣可以減少電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。        經(jīng)上述合成方法,最終將得到如圖1-5所示的七段式電壓空間矢量PWM波形。 點(diǎn)擊看原圖       SVPWM在SPMC75上的實(shí)現(xiàn)        SPMC75系列MCU內(nèi)部集

12、成的MCP定時(shí)器可以方便的產(chǎn)生SVPWM,圖1-6所示是用SPMC75實(shí)現(xiàn)SVPWM合成的結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)包括PWM發(fā)生模塊、空間向量變換等幾部分。 圖中的PWM發(fā)生器使用SPMC75的MCP定時(shí)器實(shí)現(xiàn),MCP定時(shí)器內(nèi)部具有多組比較匹配硬件,系統(tǒng)軟件只需要將算出的三個(gè)SVPWM合成所需的定時(shí)時(shí)間值送入相應(yīng)的比較匹配寄存器就可。MCP可以自動(dòng)輸出所需的三相六路的互補(bǔ)SVPWM;同時(shí),MCP內(nèi)部集成死區(qū)插入硬件和系統(tǒng)保護(hù)邏輯,以最大限度減小用戶開發(fā)難度。 點(diǎn)擊看原圖       空間向量變換部分主要實(shí)現(xiàn)向量變換、扇區(qū)計(jì)算和矢量時(shí)間計(jì)算幾種功能,這部分使用軟件方式實(shí)現(xiàn)。其計(jì)算出的時(shí)間直接送到PWM發(fā)生器就可以輸出所需的PWM波形?？驁D中的其它部分也使用軟件實(shí)現(xiàn)。        SPMC75所使用的unSP內(nèi)核內(nèi)部集成有硬件乘法器,擁有專用的乘法累加操作指令。對(duì)整個(gè)SVPWM的合成提供了極大的幫助。在24MHz系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí),實(shí)現(xiàn)整個(gè)SVPWM合成算法只需要21us的運(yùn)算時(shí)間。