用单片机实现SVPWM合成

技术分类: 嵌入式系统  | 2006-01-12
来源:凌阳单片机推广中心 | 作者:牟联树

        在图1-3中公式公式代表相邻的两个基本电压空间矢量;公式是输出的参考相电压矢量,其幅值代表相电压的幅值,其旋转角速度就是输出正弦电压的角频率。 公式可以由 公式公式线性时间组合来合成,它等于 公式倍的 公式公式倍的 公式的矢量和。其中公式分别是 公式公式作用的时间; 公式公式作用的时间。

电压空间矢量的线性组合

       按照这种方式,在下一个 公式期间,仍然用 公式公式的线性时间组合,但作用的时间 t1'和 t2'与上一次的不同,它们必须保证所合成的新的电压空间矢量 公式'与原来的电压空间矢量 公式的幅值相等。

       如此下去,在每一个 公式期间,都改变相邻的基本矢量的时间,并保证合成的电压空间矢量的幅值都相等,因此,在 公式取足够小时,电压空间矢量的轨迹是一个近似圆形的正多边形。

       开关时间的计算

       如上面所述,线性时间组 合的电压空间矢量 是 倍的 和 倍的 的矢量和,即:

公式

       式中, 公式可以事先选定; 公式可以由 U/F曲线确定; 公式可以由输出正弦电压的角频率w和 公式的乘积确定。因此,当已知两相相邻的基本电压空间矢量 公式公式后,就可以根据(式1-13)来确定公式。 

       公式还有另一种确定的方法。当 公式公式公式投影到平面直角坐标系dq中时,(式1-10)可以写成:

公式

当已知逆阵 公式在平面直角坐标系dq中的投影 公式后,就可以确定公式

       当逆变器单独输出零矢量O000和O111时,电动机的定子磁链矢量 公式是不动的。根据这个特点,在 公式期间插入零矢量t0 ,使:

公式

       通过这样方法,可以调整角频率 w,从而达到变频的目的。添加零矢量是遵循使功率开关管的开关次数最少的原则来选择O000或O111。为了使磁链的运动速度平滑,零矢量一般都不是集中地加入,而是将零矢量平均分成几份,多点地插入到磁链轨迹中,但作用的时间和仍为 ,这样可以减少电动机转矩的脉动。

       经上述合成方法,最终将得到如图1-5所示的七段式电压空间矢量PWM波形。

点击看原图

       SVPWM在SPMC75上的实现

       SPMC75系列MCU内部集成的MCP定时器可以方便的产生SVPWM,图1-6所示是用SPMC75实现SVPWM合成的结构框图。系统包括PWM发生模块、空间向量变换等几部分。 图中的PWM发生器使用SPMC75的MCP定时器实现,MCP定时器内部具有多组比较匹配硬件,系统软件只需要将算出的三个SVPWM合成所需的定时时间值送入相应的比较匹配寄存器就可。MCP可以自动输出所需的三相六路的互补SVPWM;同时,MCP内部集成死区插入硬件和系统保护逻辑,以最大限度减小用户开发难度。

点击看原图

       空间向量变换部分主要实现向量变换、扇区计算和矢量时间计算几种功能,这部分使用软件方式实现。其计算出的时间直接送到PWM发生器就可以输出所需的PWM波形。框图中的其它部分也使用软件实现。

       SPMC75所使用的u’nSP内核内部集成有硬件乘法器,拥有专用的乘法累加操作指令。对整个SVPWM的合成提供了极大的帮助。在24MHz系统时钟时,实现整个SVPWM合成算法只需要21us的运算时间。

       结语

       凌阳科技公司新推出SPMC75是一系列功能强大的工业级MCU,具有极强的抗干扰能力。其内部集成有高性能的ADC、增强型的定时计数器等功能部件,强大的定时器和PWM生成功能使其在电机控制领域有非常杰出的表现。用SPMC75系列MCU可以方便的构成各种电机的高性能驱动系统。
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