專利名稱：基于三參數(shù)的空間矢量脈沖調(diào)制的fpga實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間矢量脈沖調(diào)制的方法。
背景技術(shù)：
在變流技術(shù)領(lǐng)域，空間矢量脈沖調(diào)制是一種很好的方法，其數(shù)字模型簡單， 便于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、噪聲低、電壓利用率高的優(yōu)點(diǎn)，因 此目前無論在開環(huán)變流系統(tǒng)還是閉環(huán)變流系統(tǒng)中均得到廣泛的應(yīng)用。以往在應(yīng) 用中，多采用專用數(shù)字信號(hào)處理器，如DSP芯片，來實(shí)現(xiàn)空間矢量脈沖調(diào)制這 一功能，DSP是在軟件的層次上對(duì)其進(jìn)行處理，由于其程序執(zhí)行的順序性，故 在運(yùn)行速度上受到了一定的限制，很難突破其速度瓶頸。FPGA，即現(xiàn)場(chǎng)可編程 邏輯門陣列，是當(dāng)前正在迅猛發(fā)展的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。其內(nèi)部是基本邏輯單元門 陣列的硬件結(jié)構(gòu)，故其運(yùn)行時(shí)對(duì)信息的處理在時(shí)序上是并行的，因此，相對(duì)DSP 而言，其處理速度可以得到一個(gè)優(yōu)化。也正是由于其內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行 更穩(wěn)定可靠。快速性和穩(wěn)定可靠性的提升滿足實(shí)現(xiàn)空間矢量脈沖調(diào)制的性能要 求。但是目前本領(lǐng)域利用FPGA對(duì)空間矢量脈沖調(diào)制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的方法還很單一， 在一定程度上限制了其在本領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一個(gè)基于三參數(shù)的空間矢量脈沖調(diào)制的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，它 是這樣實(shí)現(xiàn)的控制依據(jù)為開關(guān)器件的開關(guān)頻率Tpwm，期望工作電壓Uset及 其頻率Tset三個(gè)參數(shù)，根據(jù)這三個(gè)控制輸入?yún)?shù)，通過定標(biāo)單元、扇區(qū)確定單 元、扇區(qū)轉(zhuǎn)換單元、單扇區(qū)PWM開關(guān)時(shí)間確定單元、PWM觸發(fā)單元和死區(qū)時(shí) 間整定單元共六個(gè)單元來實(shí)現(xiàn)，該六個(gè)單元的功能以及工作順序?yàn)?br> 定標(biāo)單元以某一電壓空間矢量為基準(zhǔn)，通過對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，來確 定Uset在扇區(qū)平面的旋轉(zhuǎn)角度；
扇區(qū)確定單元通過Uset在扇區(qū)平面的旋轉(zhuǎn)角度來確定其所在的扇區(qū)；
扇區(qū)轉(zhuǎn)換單元以六個(gè)扇區(qū)中的一個(gè)扇區(qū)為基準(zhǔn)，若Uset旋轉(zhuǎn)到其他的五 個(gè)扇區(qū)，則根據(jù)扇區(qū)間的角度關(guān)系將其折算到該基準(zhǔn)扇區(qū)，以便進(jìn)行運(yùn)算；
單扇區(qū)PWM開關(guān)時(shí)間確定單元將轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)扇區(qū)的Uset進(jìn)行矢量分解 到相鄰的兩空間電壓矢量，即可得到該兩個(gè)空間電壓向量的等效作用時(shí)間；
PWM觸發(fā)單元根據(jù)得到的兩個(gè)空間電壓矢量的等效作用時(shí)間確定PWM 脈沖波形；
死區(qū)時(shí)間整定單元對(duì)PWM脈沖對(duì)進(jìn)行死區(qū)設(shè)定，以確保開關(guān)器件安全可 靠工作；
以上六個(gè)單元實(shí)現(xiàn)PWM脈沖生成。
本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比較，優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在其是基于FPGA 的實(shí)現(xiàn)，快速性和穩(wěn)定可靠性都得到了提高，并且其控制依據(jù)信息物理意義明 確，可控性強(qiáng)。在扇區(qū)轉(zhuǎn)換單元的設(shè)計(jì)上，極大地優(yōu)化了算法結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步節(jié) 約了FPGA的硬件資源，提高了運(yùn)行速度。


圖1為FPGA實(shí)現(xiàn)空間矢量脈沖調(diào)制功能原理圖。 圖2為電壓空間矢量分解原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的控制依據(jù)為開關(guān)器件的開關(guān)頻率Tpwm，期望工作電壓Uset及其 頻率Tset三個(gè)參數(shù)。根據(jù)所期望的系統(tǒng)性能指標(biāo)確定這三個(gè)參數(shù)，即可通過 FPGA進(jìn)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(shù)的空間矢量脈沖調(diào)制的FPGA實(shí)現(xiàn)方法根據(jù)三個(gè)控 制輸入?yún)?shù)，通過定標(biāo)單元、扇區(qū)確定單元、扇區(qū)轉(zhuǎn)換單元、單扇區(qū)PWM開關(guān) 時(shí)間確定單元、PWM觸發(fā)單元和死區(qū)時(shí)間整定單元共六個(gè)單元來實(shí)現(xiàn)。該六個(gè) 單元的功能如下所示。
定標(biāo)單元以某一電壓空間矢量為基準(zhǔn)，通過對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，來確 定Uset在扇區(qū)平面的旋轉(zhuǎn)角度。
扇區(qū)確定單元通過Uset在扇區(qū)平面的旋轉(zhuǎn)角度來確定其所在的扇區(qū)。
扇區(qū)轉(zhuǎn)換單元如圖2所示以六個(gè)扇區(qū)中的一個(gè)扇區(qū)——3號(hào)扇區(qū)為基準(zhǔn)， 若Uset旋轉(zhuǎn)到其他的五個(gè)扇區(qū)，則根據(jù)扇區(qū)間的角度關(guān)系將其折算到該基準(zhǔn)扇 區(qū)，以便進(jìn)行運(yùn)算。該單元是本發(fā)明的重要環(huán)節(jié)。這種處理方法不同于常規(guī)處 理方法，這樣做可大幅度減少計(jì)算量，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，節(jié)約了FPGA的硬件資源， 兼具創(chuàng)新性與實(shí)用性。
單扇區(qū)PWM開關(guān)時(shí)間確定單元將轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)扇區(qū)的Uset進(jìn)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(gè)空間電壓向量的等效 作用時(shí)間。
PWM觸發(fā)單元根據(jù)得到的兩個(gè)空間電壓矢量的等效作用時(shí)間確定PWM
脈沖波形。
死區(qū)時(shí)間整定單元對(duì)PWM脈沖對(duì)進(jìn)行死區(qū)設(shè)定，以確保開關(guān)器件安全可
靠工作。該死區(qū)時(shí)間整定值可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的相關(guān)工作情況進(jìn)行設(shè)定。
以上六個(gè)單元實(shí)現(xiàn)PWM脈沖生成。
權(quán)利要求
1、一種基于三參數(shù)的空間矢量脈沖調(diào)制的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，控制依據(jù)為開關(guān)器件的開關(guān)頻率Tpwm，期望工作電壓Uset及其頻率Tset三個(gè)參數(shù)，根據(jù)這三個(gè)控制輸入?yún)?shù)，通過定標(biāo)單元、扇區(qū)確定單元、扇區(qū)轉(zhuǎn)換單元、單扇區(qū)PWM開關(guān)時(shí)間確定單元、PWM觸發(fā)單元和死區(qū)時(shí)間整定單元共六個(gè)單元來實(shí)現(xiàn)，該六個(gè)單元的功能以及工作順序?yàn)槎?biāo)單元以某一電壓空間矢量為基準(zhǔn)，通過對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，來確定Uset在扇區(qū)平面的旋轉(zhuǎn)角度；扇區(qū)確定單元通過Uset在扇區(qū)平面的旋轉(zhuǎn)角度來確定其所在的扇區(qū)；扇區(qū)轉(zhuǎn)換單元以六個(gè)扇區(qū)中的一個(gè)扇區(qū)為基準(zhǔn)，若Uset旋轉(zhuǎn)到其他的五個(gè)扇區(qū)，則根據(jù)扇區(qū)間的角度關(guān)系將其折算到該基準(zhǔn)扇區(qū)，以便進(jìn)行運(yùn)算；單扇區(qū)PWM開關(guān)時(shí)間確定單元將轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)扇區(qū)的Uset進(jìn)行矢量分解到相鄰的兩空間電壓矢量，即可得到該兩個(gè)空間電壓向量的等效作用時(shí)間；PWM觸發(fā)單元根據(jù)得到的兩個(gè)空間電壓矢量的等效作用時(shí)間確定PWM脈沖波形；死區(qū)時(shí)間整定單元對(duì)PWM脈沖對(duì)進(jìn)行死區(qū)設(shè)定，以確保開關(guān)器件安全可靠工作；以上六個(gè)單元實(shí)現(xiàn)PWM脈沖生成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三參數(shù)的空間矢量脈沖調(diào)制的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，其工作原理是將開關(guān)器件的開關(guān)頻率，期望工作電壓及其頻率三個(gè)參數(shù)作為輸入，即可進(jìn)行空間矢量脈沖調(diào)制，并且可控制相關(guān)脈沖對(duì)的死區(qū)時(shí)間。本發(fā)明采用此方法既可在機(jī)車變流領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用，也可在其它VVVF變頻電源控制系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。該方法利用FPGA進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其硬件的快速性及穩(wěn)定性得到了充分的利用，并且在實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制的同時(shí)，在硬件上實(shí)現(xiàn)相關(guān)脈沖對(duì)的任意時(shí)間的死區(qū)設(shè)置，保證開關(guān)器件的安全可靠動(dòng)作。利用該方法實(shí)現(xiàn)空間矢量脈沖調(diào)制所需的輸入?yún)?shù)物理意義簡單明了，可控性高，有其自身特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101388599SQ20081022864
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者亮 榮, 車向中, 馬惠春 申請(qǐng)人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心