[發明專利]基于三參數的空間矢量脈沖調制的FPGA實現方法

無效

• 申請號: 200810228642.1
• 申請日: 2008-11-07
• 公開（公告）號: CN101388599A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 榮亮;馬惠春;車向中
• 申請（專利權）人: 中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M7/48;H02P21/00;H02P27/08;H02P27/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 趙淑梅

技術領域

本發明涉及一種空間矢量脈沖調制的方法。

背景技術

在變流技術領域，空間矢量脈沖調制是一種很好的方法，其數字模型簡單，便于實現實時控制，并且具有轉矩脈動小、噪聲低、電壓利用率高的優點，因此目前無論在開環變流系統還是閉環變流系統中均得到廣泛的應用。以往在應用中，多采用專用數字信號處理器，如DSP芯片，來實現空間矢量脈沖調制這一功能，DSP是在軟件的層次上對其進行處理，由于其程序執行的順序性，故在運行速度上受到了一定的限制，很難突破其速度瓶頸。FPGA，即現場可編程邏輯門陣列，是當前正在迅猛發展的一個應用領域。其內部是基本邏輯單元門陣列的硬件結構，故其運行時對信息的處理在時序上是并行的，因此，相對DSP而言，其處理速度可以得到一個優化。也正是由于其內部的硬件結構，其運行更穩定可靠。快速性和穩定可靠性的提升滿足實現空間矢量脈沖調制的性能要求。但是目前本領域利用FPGA對空間矢量脈沖調制進行實現的方法還很單一，在一定程度上限制了其在本領域的應用與發展。

發明內容

本發明旨在設計一個基于三參數的空間矢量脈沖調制的FPGA實現方法，它是這樣實現的：控制依據為開關器件的開關頻率Tpwm，期望工作電壓Uset及其頻率Tset三個參數，根據這三個控制輸入參數，通過定標單元、扇區確定單元、扇區轉換單元、單扇區PWM開關時間確定單元、PWM觸發單元和死區時間整定單元共六個單元來實現，該六個單元的功能以及工作順序為：

定標單元：以某一電壓空間矢量為基準，通過對基準時鐘進行計數，來確定Uset在扇區平面的旋轉角度；

扇區確定單元：通過Uset在扇區平面的旋轉角度來確定其所在的扇區；

扇區轉換單元：以六個扇區中的一個扇區為基準，若Uset旋轉到其他的五個扇區，則根據扇區間的角度關系將其折算到該基準扇區，以便進行運算；

單扇區PWM開關時間確定單元：將轉換到基準扇區的Uset進行矢量分解到相鄰的兩空間電壓矢量，即可得到該兩個空間電壓向量的等效作用時間；

PWM觸發單元：根據得到的兩個空間電壓矢量的等效作用時間確定PWM脈沖波形；

死區時間整定單元：對PWM脈沖對進行死區設定，以確保開關器件安全可靠工作；

以上六個單元實現PWM脈沖生成。

本發明的有益效果是：與現有技術相比較，優點主要表現在其是基于FPGA的實現，快速性和穩定可靠性都得到了提高，并且其控制依據信息物理意義明確，可控性強。在扇區轉換單元的設計上，極大地優化了算法結構，進一步節約了FPGA的硬件資源，提高了運行速度。

附圖說明

圖1為FPGA實現空間矢量脈沖調制功能原理圖。

圖2為電壓空間矢量分解原理圖。

具體實施方式

本發明的控制依據為開關器件的開關頻率Tpwm，期望工作電壓Uset及其頻率Tset三個參數。根據所期望的系統性能指標確定這三個參數，即可通過FPGA進行信息處理，得到空間矢量脈沖輸出。

如圖1所示，基于三參數的空間矢量脈沖調制的FPGA實現方法根據三個控制輸入參數，通過定標單元、扇區確定單元、扇區轉換單元、單扇區PWM開關時間確定單元、PWM觸發單元和死區時間整定單元共六個單元來實現。該六個單元的功能如下所示。

定標單元：以某一電壓空間矢量為基準，通過對基準時鐘進行計數，來確定Uset在扇區平面的旋轉角度。

扇區確定單元：通過Uset在扇區平面的旋轉角度來確定其所在的扇區。

扇區轉換單元：如圖2所示以六個扇區中的一個扇區——3號扇區為基準，若Uset旋轉到其他的五個扇區，則根據扇區間的角度關系將其折算到該基準扇區，以便進行運算。該單元是本發明的重要環節。這種處理方法不同于常規處理方法，這樣做可大幅度減少計算量，優化了結構，節約了FPGA的硬件資源，兼具創新性與實用性。

單扇區PWM開關時間確定單元：將轉換到基準扇區的Uset進行矢量分解到相鄰的兩空間電壓矢量，如圖2所示，即可得到該兩個空間電壓向量的等效作用時間。

PWM觸發單元：根據得到的兩個空間電壓矢量的等效作用時間確定PWM脈沖波形。

死區時間整定單元：對PWM脈沖對進行死區設定，以確保開關器件安全可靠工作。該死區時間整定值可根據實際系統的相關工作情況進行設定。

以上六個單元實現PWM脈沖生成。