[發(fā)明專利]一種基于FPGA的SVPWM過調(diào)制系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010744011.6
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111800051A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋寶;周向東;唐小琦;馬銳;鄒益剛;唐鈺;孫彬
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P25/024;H02P27/12
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發(fā)明涉及一種基于FPGA的SVPWM過調(diào)制系統(tǒng)和方法，屬于電機控制技術(shù)領(lǐng)域；現(xiàn)有技術(shù)中的調(diào)制方法都是基于MCU或DSP的，計算復(fù)雜，時間長；本發(fā)明提供的過調(diào)制系統(tǒng)包括輸入處理模塊、幅值相角計算模塊、過調(diào)制系數(shù)計算模塊、過調(diào)制Ⅰ區(qū)計算模塊、過調(diào)制Ⅱ區(qū)計算模塊、輸出修正幅值相角模塊、正余弦計算模塊、計算電壓分量模塊、輸出處理模塊；簡化了算法的計算過程，便于在FPGA中實現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種永磁同步電機的驅(qū)動方法，特別是涉及一種永磁同步電機 的SVPWM過調(diào)制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)與電機控制理論的不斷深入研究與發(fā)展，交流伺服控制 技術(shù)取得較大的進步，從而廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床、工業(yè)機器人、新能源車、武 器裝備、航空航天等領(lǐng)域。數(shù)控的發(fā)展趨勢是高速加工技術(shù)，為了提高生產(chǎn)效 率和改善加工質(zhì)量，對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的高速高轉(zhuǎn)矩提出了更高的要求。

在基于矢量控制的交流伺服系統(tǒng)中，脈寬調(diào)制技術(shù)控制電壓源型逆變器輸 出三相電壓，經(jīng)過電機定子繞組形成三相正弦電流，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓形磁場驅(qū) 使電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。正弦脈寬調(diào)制(SPWM，Sinual Pluse Width Modulation)技 術(shù)的控制目標是讓逆變器的輸出電壓盡可能接近正弦波，但沒有考慮電流波形 的控制，相電壓基波幅值最大可以到達到V_dc/2。空間電壓矢量調(diào)制(SVPWM， Space-Vector Pluse Width Modulation)技術(shù)將逆變器和交流電機視為一體， 通過控制逆變器使電機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)圓形磁場，相電壓基波幅值最大可以達到 比SPWM技術(shù)提高約15％。SVPWM調(diào)制技術(shù)由于直流母線電壓利用率較高、諧波含量較小、數(shù)字化實現(xiàn)較簡單等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。但SVPWM調(diào)制技術(shù) 只適用于參考電壓矢量在正六邊形以內(nèi)的情況，超過正六邊形后需要采用SVPWM 過調(diào)制算法進行修正，該算法可以使輸出相電壓基波幅值最大達到2V_dc/π，可 進一步提高母線電壓利用率約10％。這對提高電機的瞬間過載能力，加快動態(tài)響 應(yīng)速度以及弱磁升速都意義重大。

SVPWM過調(diào)制算法可以提高直流母線電壓利用率，從而獲得更大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速和 改善電機性能，所以成為國內(nèi)外眾多學(xué)者重點關(guān)注的研究問題。Joachim Holtz 提出了一種將過調(diào)制區(qū)域劃分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的雙模式過調(diào)制策略：過調(diào)制Ⅰ區(qū) 只修正電壓矢量幅值，而相位保持與參考電壓矢量一致；過調(diào)制Ⅱ區(qū)需要修正 電壓矢量的相位和幅值，確保輸出電壓矢量的連續(xù)性。該策略在過調(diào)制Ⅰ區(qū)引 入的諧波較小，但由于過調(diào)制Ⅱ區(qū)不斷的修正相角導(dǎo)致實現(xiàn)比較繁瑣。為了降 低計算難度，不少學(xué)者提出對過調(diào)制Ⅱ區(qū)進行簡化，但輸出的電壓會有跳變。 Dong-Choon Lee等根據(jù)傅里葉展開得到相電壓基波幅值與控制角的函數(shù)關(guān)系， 結(jié)合電壓幅值與過調(diào)制系數(shù)關(guān)系得到不同過調(diào)制系數(shù)對應(yīng)的交叉角和保持角， 并對其進行了分段線性處理，便于計算和數(shù)字化實現(xiàn)。

目前國內(nèi)外學(xué)者提出的SVPWM過調(diào)制算法主要從簡化計算、提高控制精度 和降低諧波等方面進行優(yōu)化，幾乎都是在MCU或者DSP中實現(xiàn)，其中雙模式過 調(diào)制策略由于綜合性能優(yōu)越被眾多學(xué)者采用和改進。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明一種基于FPGA的SVPWM過調(diào)制系 統(tǒng)，所述過調(diào)制系統(tǒng)包括：輸入處理模塊、幅值相角計算模塊、過調(diào)制系數(shù)計 算模塊、過調(diào)制Ⅰ區(qū)計算模塊、過調(diào)制Ⅱ區(qū)計算模塊、輸出修正幅值相角模塊、 正余弦計算模塊、計算電壓分量模塊、輸出處理模塊；

所述過調(diào)制模塊以V_α和V_β作為輸入信號，處理后輸出到所述幅值相角計算模 塊，由所述幅值相角計算模塊輸出參考電壓矢量V_ref和相角θ；

由所述和過調(diào)制系數(shù)計算模塊根據(jù)所述參考電壓矢量V_ref計算過調(diào)制系數(shù)m；