低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，可在大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)中完成在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制。本實(shí)用新型軟核主要包AD控制模塊01、基于FPGA的雙端口RAM02、雙端口RAM控制模塊03、扇區(qū)判斷模塊04、調(diào)制方式切換管理模塊05、異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、時(shí)間歸一化模塊08、PWM信號(hào)生成模塊09。本實(shí)用新型軟核不僅兼具硬件電路速度快、可靠性高等特點(diǎn)，具備良好的模塊復(fù)用性與可移植性，同時(shí)其穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能良好，作為電機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)同處理器，使核心控制器(浮點(diǎn)DSP)從大量正余弦計(jì)算以及對(duì)資源占用量較大的周期性事件中解放出來(lái)，更好地運(yùn)行電機(jī)核心控制算法，提高控制系統(tǒng)性能。
【專利說(shuō)明】低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及軌道交通、船舶制造等領(lǐng)域中由三相兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逆變器組成 的大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造。

【背景技術(shù)】
[0002] 兩電平牽引逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于交直交 電力機(jī)車（動(dòng)車組）牽引傳動(dòng)系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和交直交電力機(jī)車（動(dòng) 車組）的不斷普及，對(duì)牽引逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能要求越來(lái)越高。異步調(diào)制（SVPWM)技術(shù) 以其易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，電壓利用率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大功率三相交流異步電機(jī)控制 系統(tǒng)中完成逆變器的調(diào)制工作。對(duì)于大功率三相交流異步異步電機(jī)的控制而言，由于開(kāi)關(guān) 頻率較低，隨著逆變器輸出頻率逐漸提高，載波比減小，由異步SVPWM造成的逆變器輸出電 流正負(fù)半周不對(duì)稱情況將不能被忽略，此時(shí)逆變器輸出電流容易產(chǎn)生畸變，引發(fā)較大的轉(zhuǎn) 矩脈動(dòng)，難以保證系統(tǒng)具有良好的控制性能。為了克服以上缺點(diǎn)，一種多模式空間矢量脈寬 調(diào)制方法得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 隨著處理器制造技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)被廣泛用于大功率三相 交流異步電機(jī)的控制，針對(duì)基于單DSP的大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)而言，由于空 間矢量脈寬調(diào)制算法需要周期性地完成大量的三角函數(shù)計(jì)算，大部分芯片資源被用于空間 矢量脈寬調(diào)制相關(guān)計(jì)算、PWM門控信號(hào)的產(chǎn)生等周期性事件，導(dǎo)致留給核心控制算法的資源 非常有限；DSP作為順序處理器，會(huì)按照順序逐條執(zhí)行，會(huì)導(dǎo)致時(shí)間延遲的增加并造成控制 系統(tǒng)性能下降。
[0004] 為了克服單DSP控制系統(tǒng)的以上缺點(diǎn)，逐漸提出了基于浮點(diǎn)DSP和定點(diǎn)DSP的雙 DSP控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，此類大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)由一片浮點(diǎn)運(yùn)算 DSP和一片定點(diǎn)運(yùn)算DSP組成，兩者之間依靠一片雙端口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其特點(diǎn)在于利 用定點(diǎn)計(jì)算DSP完成PWM門控信號(hào)的產(chǎn)生，有效地減少了芯片資源的占用、減小了系統(tǒng)時(shí) 間延遲并提高了控制系統(tǒng)的性能；浮點(diǎn)DSP仍需要完成除核心控制算法以外的空間矢量脈 寬調(diào)制相關(guān)計(jì)算任務(wù)，使得核心控制算法性能受到限制且隨著調(diào)制算法的不斷改進(jìn)與復(fù)雜 化，該結(jié)構(gòu)中浮點(diǎn)DSP的工作量越來(lái)越大。雖然相比單DSP結(jié)構(gòu)有了改進(jìn)，但仍存在DSP的 引腳及10資源有限，不利于向多電平結(jié)構(gòu)擴(kuò)展；利用DSP完成SVPWM所產(chǎn)生的PWM信號(hào)不 易完全同步，同時(shí)存在軟硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性不足的問(wèn)題。
[0005] 隨著現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA)的不斷發(fā)展，其功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用也越來(lái)越廣 泛。在這樣的背景下，為了克服雙DSP結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)，逐漸提出了一種基于DSP和FPGA 的大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，此類結(jié)構(gòu)由一片浮點(diǎn)運(yùn)算DSP和一 片F(xiàn)PGA組成，兩者之間通過(guò)雙口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其特點(diǎn)在于利用FPGA完成PWM門控信 號(hào)的產(chǎn)生，不僅利于向多電平拓?fù)浒l(fā)展，能夠產(chǎn)生更加精確的PWM門控信號(hào)，同時(shí)將AD等外 部設(shè)備的控制放到FPGA中執(zhí)行，進(jìn)一步減輕了浮點(diǎn)DSP的工作任務(wù)。但該結(jié)構(gòu)中浮點(diǎn)DSP 仍需要完成空間矢量調(diào)制的相關(guān)計(jì)算工作。
[0006] 隨著調(diào)制算法復(fù)雜度不斷加大，對(duì)其性能要求越來(lái)越高，利用專用的軟核完成 SVPWM相關(guān)工作以及相關(guān)外部設(shè)備的控制，不僅兼具硬件電路速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，同 時(shí)將核心控制器（浮點(diǎn)DSP)從繁重的重復(fù)性計(jì)算中解放出來(lái)，使其更好地運(yùn)行核心控制程 序。同時(shí)隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)（EDA)的不斷發(fā)展，使得設(shè)計(jì)者能夠依托可編程邏輯器 件（FPGA)，在電力設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA)軟件平臺(tái)上利用硬件描述語(yǔ)言完成硬件電路的設(shè)計(jì)， 并向用戶提供完成設(shè)計(jì)后的硬件電路下載文件，即軟核，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和 可移植性，在硬件電路規(guī)模不斷加大的同時(shí)，使得產(chǎn)品的小型化逐步成為一種發(fā)展趨勢(shì)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 本實(shí)用新型的目的是提供一種適用于大功率三相交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)的低載 波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，用以克服控制程序開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、調(diào)制算法對(duì) 核心控制器資源占用量較大等技術(shù)缺點(diǎn)，并使之完成適用于大功率三相交流異步電機(jī)控制 系統(tǒng)的低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制，具有良好的調(diào)制性能，穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性 能良好，技術(shù)可移植性好，穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)其實(shí)用新型目的，所采用的方案是：
[0009] 低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，可在如下的調(diào)制方式下完成同 步調(diào)制：異步調(diào)制、九脈沖同步調(diào)制、七脈沖A同步調(diào)制、七脈沖B同步調(diào)制、五脈沖A同步 調(diào)制、五脈沖B同步調(diào)制和三脈沖同步調(diào)制；其特征在于，所述軟核中：AD控制模塊01與AD 轉(zhuǎn)換器、雙端口 RAM控制模塊03相連；基于FPGA的雙端口 RAM02與浮點(diǎn)DSP、雙端口 RAM控 制模塊03相連；雙端口 RAM控制模塊03與AD控制模塊01、基于FPGA的雙端口 RAM02、扇 區(qū)判斷模塊04、調(diào)制切換方式管理模塊05相連；扇區(qū)判斷模塊04與調(diào)制方式切換管理模 塊05、雙端口 RAM控制模塊03相連；調(diào)制方式切換管理模塊05與扇區(qū)判斷模塊04、雙端口 RAM控制模塊03、異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07相連；矢量作用角 度計(jì)算模塊07與調(diào)制方式切換管理模塊05、時(shí)間的歸一化模塊08相連；時(shí)間的歸一化模 塊08與異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、PWM信號(hào)生成模塊09相連； PWM信號(hào)生成模塊09與時(shí)間的歸一化模塊08相連。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)頻率下的空間矢量脈寬調(diào)制，適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境并且得到良好 的穩(wěn)態(tài)性能與動(dòng)態(tài)響應(yīng)，該軟核采用了一種低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制算 法，其調(diào)制方式具體包括：異步調(diào)制、九脈沖同步調(diào)制、七脈沖A同步調(diào)制、七脈沖B同步調(diào) 制、五脈沖A同步調(diào)制、五脈沖B同步調(diào)制和三脈沖同步調(diào)制。
[0011] 在本實(shí)用新型軟核中：
[0012] AD控制模塊01主要用于控制AD轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)逆變器、電機(jī)側(cè)的反饋電壓、電流 等模擬信號(hào)進(jìn)行由模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，為后續(xù)計(jì)算做準(zhǔn)備。
[0013] 雙端口 RAM控制模塊03主要用于輸出雙端口 RAM所需的控制信號(hào)，對(duì)雙端口 RAM 的讀寫(xiě)操作進(jìn)行控制，同時(shí)協(xié)調(diào)核心控制器與調(diào)制計(jì)算電路間的讀寫(xiě)規(guī)則。
[0014] 扇區(qū)判斷模塊04主要用于對(duì)參考空間電壓矢量UMf位置判斷，并通過(guò)簡(jiǎn)化定常數(shù) 乘法器等設(shè)計(jì)降低了硬件電路的復(fù)雜程度。
[0015] 調(diào)制方式切換管理模塊05主要用于根據(jù)逆變器的輸出頻率f和參考矢量Uief的 位置分別對(duì)切換時(shí)刻、切換點(diǎn)做出判斷，并選擇對(duì)應(yīng)的調(diào)制方式。
[0016] 異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06主要用于異步調(diào)制時(shí)參考空間電壓矢量UMf所在扇區(qū) 確定參考空間電壓矢量U Mf的合成方式，并利用參考空間電壓矢量UMf沿著α、β軸的分 解量Ua、U e、直流側(cè)電壓Ud。計(jì)算出兩個(gè)基本空間電壓矢量與零矢量的對(duì)應(yīng)作用時(shí)間。
[0017] 矢量作用角度計(jì)算模塊07主要用于同步調(diào)制時(shí)根據(jù)調(diào)制方式切換管理模塊選擇 的同步調(diào)制方式和參考空間電壓矢量u Mf所在扇區(qū)確定參考空間電壓矢量UMf的合成方 式，并利用參考空間電壓矢量UMf沿著α、β軸的分解量U a、Ue、直流側(cè)電壓Ud。、逆變器輸 出頻率f計(jì)算出主矢量、輔矢量和零矢量在對(duì)應(yīng)扇區(qū)的總作用角度。
[0018] 若為異步調(diào)制，則時(shí)間歸一化模塊08主要用于將異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊計(jì)算得 出的基本矢量作用時(shí)間根據(jù)7段式PWM信號(hào)產(chǎn)生原理轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生PWM信號(hào)所需的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通 時(shí)間；若為同步調(diào)制，則的時(shí)間歸一化模塊08主要用于將矢量作用角度計(jì)算模塊計(jì)算得出 的作用角度轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生PWM信號(hào)所需的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間；
[0019] PWM信號(hào)生成模塊09主要用于將開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)IGBT的PWM信號(hào)， 并對(duì)上、下橋臂的PWM信號(hào)添加死區(qū)時(shí)間。
[0020] 本實(shí)用新型軟核的工作過(guò)程和原理是：首先，由AD控制模塊01經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換器獲 得兩電平牽引逆變器輸出電壓、電流及電機(jī)轉(zhuǎn)速等反饋信號(hào)，并將反饋信號(hào)傳遞給雙端口 RAM控制模塊03 ;雙端口 RAM控制模塊03按照設(shè)定好的時(shí)間間隔，將從AD控制模塊01獲 得的反饋信號(hào)寫(xiě)入基于FPGA的雙端口 RAM02供浮點(diǎn)DSP讀取，同時(shí)將浮點(diǎn)DSP寫(xiě)入雙端口 RAM的參考空間電壓矢量UMf沿著α、β軸分解量仏、?以及逆變器輸出頻率f，讀出并且 開(kāi)始新一次的調(diào)制計(jì)算；經(jīng)過(guò)扇區(qū)判斷模塊04利用U a、Ue以及逆變器輸出頻率f進(jìn)行計(jì) 算即可得到參考空間電壓矢量UMf的位置信息；調(diào)制切換管理模塊05根據(jù)參考空間電壓矢 量U Mf的位置以及逆變器輸出頻率f選擇具體的同步調(diào)制方式并向矢量角度作用模塊發(fā)出 調(diào)制方式選擇信號(hào)state ;若為異步空間矢量脈寬調(diào)制，則由異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06計(jì) 算出兩個(gè)非零矢量與零矢量對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間；若為同步調(diào)制，則由矢量作用角度計(jì)算模塊 07根據(jù)調(diào)制方式選擇信號(hào)state選擇不同的同步調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的主矢量、輔矢量、零矢量 作用角度計(jì)算方法，計(jì)算得出主矢量、輔矢量和零矢量分別對(duì)應(yīng)的作用角度；若為異步空間 矢量脈寬調(diào)制，時(shí)間歸一化模塊08將兩個(gè)非零矢量與零矢量對(duì)應(yīng)作用時(shí)間根據(jù)七段式PWM 信號(hào)產(chǎn)生原理進(jìn)行分割；若為同步調(diào)制，時(shí)間歸一化模塊08根據(jù)特定的矢量作用序列對(duì)作 用角度進(jìn)行分配并將分配后的矢量作用角度信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)生成模塊09所需的時(shí)間 信號(hào)；PWM信號(hào)生成模塊09利用時(shí)間歸一化模塊08產(chǎn)生的矢量作用時(shí)間信號(hào)生成PWM信 號(hào)并完成一次調(diào)制計(jì)算。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0022] -、該軟核所采用的算法是一種在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制算法，能夠完 成實(shí)時(shí)計(jì)算，適應(yīng)各類不同的外部復(fù)雜條件。
[0023] 二、該軟核存在調(diào)制模式切換管理模塊05,通過(guò)對(duì)切換頻率點(diǎn)以及切換時(shí)參考空 間電壓矢量位置的選擇進(jìn)行優(yōu)化，使得該軟核具有良好的不同調(diào)制方式間平滑切換能力。
[0024] 三、該軟核不僅兼具硬件電路速度快、可靠性高等特點(diǎn)，同時(shí)具備良好的模塊復(fù)用 性與可移植性，當(dāng)需要改變硬件載體（FPGA)型號(hào)時(shí)，只需要在EDA軟件平臺(tái)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)?設(shè)置即可，由此可以極大提高設(shè)計(jì)效率并且有效避免因硬件載體制造技術(shù)革新所造成的重 復(fù)設(shè)計(jì)。
[0025] 四、相比于雙DSP結(jié)構(gòu)，利用FPGA裝載該軟核替代定點(diǎn)DSP，不僅使得可供使用的 10資源更加豐富，生成的PWM信號(hào)更容易同步，同時(shí)，將AD等外部設(shè)備的控制集成到該軟核 中，減小了浮點(diǎn)DSP的工作量，提高了控制系統(tǒng)的控制性能。
[0026] 五、相比于現(xiàn)有的DSP+FPGA結(jié)構(gòu)，將雙端口 RAM集成到該軟核中，有效減小了控制 系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時(shí)在保證計(jì)算精度的前提下，進(jìn)一步將整個(gè)調(diào) 制算法集成到該軟核中，不僅提高了調(diào)制算法的運(yùn)算速度，減小系統(tǒng)延時(shí)，同時(shí)通過(guò)直接使 用該軟核，減輕了浮點(diǎn)DSP中的程序復(fù)雜度，有效縮短了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期。
[0027] 六、該軟核作為電機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)同處理器，使核心控制器（浮點(diǎn)DSP)從大量正余 弦計(jì)算以及對(duì)資源占用量較大的周期性事件中解放出來(lái)，更好地運(yùn)行電機(jī)核心控制算法， 提高控制系統(tǒng)性能。
[0028] 可見(jiàn)，采用以上設(shè)計(jì)方案可以方便可靠地完成該低載波比在線計(jì)算多模式空間矢 量脈寬調(diào)直軟核的設(shè)計(jì)。
[0029] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)該軟核作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)雙DSP結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)DSP+FPGA結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖3為本實(shí)用新型的模塊劃分結(jié)構(gòu)框圖。
[0033] 圖4a為九脈沖同步調(diào)制A相上橋臂P麗信號(hào)示意圖。
[0034] 圖4b為七脈沖A同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號(hào)示意圖。
[0035] 圖4c為七脈沖B同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號(hào)示意圖。
[0036] 圖5a為異步空間矢量脈寬調(diào)制逆變器輸出線電壓Uab和相電流込波形圖。
[0037] 圖5b為九脈沖同步調(diào)制逆變器輸出線電壓Uab和相電流込波形圖。
[0038] 圖5c為七脈沖A同步調(diào)制逆變器輸出線電壓Uab和相電流込波形圖。
[0039] 圖5d為七脈沖B同步調(diào)制逆變器輸出線電壓Uab和相電流iA波形圖。
[0040] 圖6a為異步空間矢量脈寬調(diào)制切換九脈沖同步調(diào)制逆變器輸出三相電流。
[0041] 圖6b為九脈沖同步調(diào)制切換七脈沖A同步調(diào)制逆變器輸出三相電流。
[0042] 圖6c為七脈沖A同步調(diào)制切換七脈沖B同步調(diào)制逆變器輸出三相電流。
[0043] 圖6d為七脈沖B同步調(diào)制切換五脈沖A同步調(diào)制逆變器輸出三相電流。
[0044] 圖4、圖5和圖6所示波形主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：直流側(cè)電壓Udc=1500V ;電機(jī)極對(duì)數(shù) P=2;電機(jī)定子電阻Rs=0. 1065 Ω ;電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻艮=0.0663 Ω ;定子漏感1^=1.31111!1 ;轉(zhuǎn)子 漏感Lfl. 93mH ;定轉(zhuǎn)子互感Lm=53. 6mH ;死區(qū)時(shí)間為4 μ s。

【具體實(shí)施方式】
[0045] 圖1示出，現(xiàn)有技術(shù)雙DSP結(jié)構(gòu)電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，此類結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)主要由一 片浮點(diǎn)DSP、一片定點(diǎn)DSP和一片雙端口 RAM組成，其各部分主要工作為：浮點(diǎn)DSP主要運(yùn)行 電機(jī)核心控制程序、調(diào)制計(jì)算程序；雙端口 RAM用于浮點(diǎn)DSP與定點(diǎn)DSP之間的數(shù)據(jù)交換； 定點(diǎn)DSP用于PWM門控信號(hào)的產(chǎn)生。
[0046] 圖2示出，目前現(xiàn)有DSP+FPGA結(jié)構(gòu)電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，此類結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)主 要由一片浮點(diǎn)DSP、一片F(xiàn)PGA和一片雙端口 RAM組成，其各部分主要工作為：浮點(diǎn)DSP主要 運(yùn)行電機(jī)核心控制程序、調(diào)制計(jì)算程序；雙端口 RAM用于浮點(diǎn)DSP與定點(diǎn)DSP之間的數(shù)據(jù)交 換；FPGA用于PWM門控信號(hào)的產(chǎn)生以及AD等外部設(shè)備的控制和反饋信號(hào)的采集。
[0047] 圖3示出，低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，該軟核主要包括AD 控制模塊01、基于FPGA的雙端口 RAM02、雙端口 RAM控制模塊03、扇區(qū)判斷模塊04、調(diào)制方 式切換管理模塊05、異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、時(shí)間歸一化模 塊08、PWM信號(hào)生成模塊09,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：AD控制模塊01與AD轉(zhuǎn)換器、雙端口 RAM控制 模塊03相連；基于FPGA的雙端口 RAM02與浮點(diǎn)DSP、雙端口 RAM控制模塊03相連；雙端口 RAM控制模塊03與AD控制模塊01、基于FPGA的雙端口 RAM02、扇區(qū)判斷模塊04、調(diào)制切換 方式管理模塊05相連；扇區(qū)判斷模塊04與調(diào)制方式切換管理模塊05、雙端口 RAM控制模 塊03相連；調(diào)制方式切換管理模塊05與扇區(qū)判斷模塊04、雙端口 RAM控制模塊03、異步調(diào) 制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07相連；矢量作用角度計(jì)算模塊07與調(diào)制方 式切換管理模塊05、時(shí)間的歸一化模塊08相連；時(shí)間的歸一化模塊08與異步調(diào)制時(shí)間計(jì) 算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、PWM信號(hào)生成模塊09相連；PWM信號(hào)生成模塊09與 時(shí)間的歸一化模塊08相連。
[0048] 圖4示出，以該低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核中三種不同的同 步調(diào)制方式為例，給出其在穩(wěn)定工作狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的A相上橋臂PWM信號(hào)波形。圖4a、圖4b、 圖4c分為為九脈沖同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號(hào)、七脈沖A同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號(hào)、 七脈沖B同步調(diào)制A相上橋臂PWM信號(hào)。根據(jù)相關(guān)的理論可知，將A上橋臂PWM信號(hào)分別 滯后、超前120°即可得到對(duì)應(yīng)的B相、C相上橋臂PWM信號(hào)。又圖4可以看出，在一個(gè)調(diào)制 波周期內(nèi)，本實(shí)用新型中不同的調(diào)制方式均具有良好的對(duì)稱性。
[0049] 圖5示出，以該低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核中四種不同的調(diào) 制方式為例，給出其在穩(wěn)定工作狀態(tài)下對(duì)應(yīng)A、B兩相間的線電壓u AB波形及對(duì)應(yīng)的A相相電 流込波形。圖5a、圖5b、圖5c和圖5d分別為異步制線電壓Uab波形及對(duì)應(yīng)的A相相電流 iA波形、九脈沖同步調(diào)制線電壓1?波形及對(duì)應(yīng)的A相相電流iA波形、七脈沖A同步調(diào)制線 電壓u AB波形及對(duì)應(yīng)的A相相電流iA波形、七脈沖B同步調(diào)制線電壓uAB波形及對(duì)應(yīng)的A相 相電流i A波形。從圖5可以看出，無(wú)論是線電壓波形還是相電流波形，均證明該軟核工作在 幾種不同調(diào)制方式下輸出電壓、電流波形具有良好的三相對(duì)稱性（3PS)、半波對(duì)稱性（HWS) 和四分之一對(duì)稱性（QWS)。
[0050] 圖6示出，以該低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核中四種不同的調(diào) 制方式為例，給出其在不同調(diào)制方式間平滑切換時(shí)對(duì)應(yīng)逆變器輸出三相相相電流波形。圖 6a、圖6b、圖6c和圖6d分別為異步調(diào)制切換九脈沖同步調(diào)制對(duì)應(yīng)逆變器輸出三相相相電 流波形、九脈沖同步調(diào)制切換七脈沖A同步調(diào)制對(duì)應(yīng)逆變器輸出三相相相電流波形、七脈 沖A同步調(diào)制切換七脈沖B同步調(diào)制對(duì)應(yīng)逆變器輸出三相相相電流波形、七脈沖B同步調(diào) 制切換五脈沖A同步調(diào)制對(duì)應(yīng)逆變器輸出三相相相電流波形。從圖6可以看出，該軟核具 有良好的切換性能，且切換時(shí)刻前后對(duì)應(yīng)逆變器輸出三相相電流波形具有良好的三相對(duì)稱 性（3PS)、半波對(duì)稱性（HWS)和四分之一對(duì)稱性（QWS)。
[0051] 在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離本實(shí)用新 型的范圍和精神的情況下，對(duì)其進(jìn)行的關(guān)于形式和細(xì)節(jié)的種種顯而易見(jiàn)的修改或變化均應(yīng) 落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.低載波比在線計(jì)算多模式空間矢量脈寬調(diào)制軟核，可在大功率三相交流異步電機(jī)控 制系統(tǒng)中完成如下的調(diào)制方式：異步調(diào)制、九脈沖同步調(diào)制、七脈沖A同步調(diào)制、七脈沖B同 步調(diào)制、五脈沖A同步調(diào)制、五脈沖B同步調(diào)制和三脈沖同步調(diào)制；其特征在于，所述軟核 中：AD控制模塊01與AD轉(zhuǎn)換器、雙端口 RAM控制模塊03相連；基于FPGA的雙端口 RAM02 與浮點(diǎn)DSP、雙端口 RAM控制模塊03相連；雙端口 RAM控制模塊03與AD控制模塊01、基于 FPGA的雙端口 RAM02、扇區(qū)判斷模塊04、調(diào)制切換方式管理模塊05相連；扇區(qū)判斷模塊04 與調(diào)制方式切換管理模塊05、雙端口 RAM控制模塊03相連；調(diào)制方式切換管理模塊05與扇 區(qū)判斷模塊04、雙端口 RAM控制模塊03、異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊 07相連；矢量作用角度計(jì)算模塊07與調(diào)制方式切換管理模塊05、時(shí)間的歸一化模塊08相 連；時(shí)間的歸一化模塊08與異步調(diào)制時(shí)間計(jì)算模塊06、矢量作用角度計(jì)算模塊07、PWM信 號(hào)生成模塊09相連；PWM信號(hào)生成模塊09與時(shí)間的歸一化模塊08相連。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK203872098SQ201420175846
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】宋文勝, 吳瑕杰, 馮曉云, 王順亮, 葛興來(lái) 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)