 本发明涉及直流逆变成交流，尤其涉及一种两相步进电机等负载用二电平两相空间矢量脉冲宽度调制器及其SVPWM方法。 背景技术： ：直流变交流的两相逆变器，目前市场应用中比较常见的就是步进电机领域，性能要求满足中低端市场，需求量非常大。目前市场上对于步进电机的脉冲宽度调制技术包括PWM斩波、单极性SPWM、双极性SPWM。在三相逆变器领域，不管是理论还是实际应用中，SVPWM控制技术已经完全占主流，是一个非常成熟的技术，但是目前在两相逆变器领域中，由于SVPWM理论的缺失，无法应用到实际中去。PWM斩波控制技术，在目前市场上应用比较多的，例如开关电源、步进电机等领域。但依旧存在一些问题，会有较大的电磁噪音，加上所需的PWM调制频率非常高，这会增加MOS管开关次数，减少mos管的使用寿命；并且对于电路设计要求高，对电路抗干扰要求比较高，容易引起高频，烧坏驱动元件，对元件性能要求比较高，所以开始逐渐的被SPWM控制技术所取代。单极性SPWM调制方式同样出现致命缺点，电机高速时候，电流无法达到目标稳定状态，电流随速度衰减太快，导致步进电机无法高速和高速时大力矩输出。而且在电流过零点的时候，出现脉冲宽度太小，MOS管无法导通，导致过零点电流畸变。双极性SPWM则解决了单极性的问题，可以驱动电流到达目标稳定状态，解决了步进电机单极性SPWM控制时速度调制范围窄、力矩小及零点电流畸变难题，所以该技术在步进电机领域是目前应用最广泛的，成熟的。虽然如此受到欢迎，但是依旧存在一些缺点：电流纹波大，这会影响电机运行的平稳性，电磁噪音大，输出力矩波动大，细分精度降低等缺点。技术实现要素：针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供了一种二电平两相空间矢量脉冲宽度调制器及其SVPWM方法，以便解决两相直流变交流的逆变器电流纹波较大问题。实现上述目的的技术方案是：一种二电平两相空间矢量脉冲宽度调制器，包括：电压解耦模块，使用参数方程进行解耦，将usα与usβ进行分离处理，其中usα和usβ为两相的电压值；电压区间计算模块，使用查表法，计算出两相静态坐标中us对应与电压空间中的区间位置，即扇区号sus；矢量时间计算模块，根据伏秒平衡公式、零矢量插入法、两相静态坐标下的α分量usα和β分量usβ得到矢量时间；PWM占空比计算模块，根据矢量时间和扇区号，使用查表法得到PWM占空比值。所述解耦包括以下步骤：1)、两相静态坐标系中的us等于α分量usα和β分量usβ的矢量和，即us为两相电压的合成电压，也为旋转电压；2)、α分量usα与β分量usβ的矢量的夹角的是固定为表示的是一个圆，得到us2＝usα2+usβ2；3)、使用参数方程来表示圆，得到和其中为us与x轴的正半轴的夹角。所述电压区间计算模块中的查表法为：扇区号sus合成矢量us所在扇区的充分必要条件Ⅰusα≥0,且usβ≥0Ⅱusα<0,且usβ≥0Ⅲusα<0,且usβ<0Ⅳusα≥0,且usβ<0根据两相静态坐标下的α分量usα和β分量usβ极性，判断合成矢量us所在的扇区号sus。所述伏秒平衡公式为：其中，udc为逆变器的母线电压，Ts为逆变器载频周期，t1为usα的作用时间，t2为usβ的作用时间。所述零矢量插入法包括以下步骤：1)、矢量时间计算模块计算出的零矢量时间，得到tα0为usα的零电压矢量，tβ0为usβ的零电压矢量；2)、将tα0和tβ0分别等分为4份，即每一份分别为3)、将和分别插入到一个载频周期Ts下的usα和usβ的作用时间的首尾和中间。所述PWM占空比计算模块中的查表法为：根据计算的矢量时间和扇区号sus，判断逆变器PWM占空比。一种二电平两相的空间矢量脉冲宽度调制器的SVPWM方法，包括以下步骤：1)、两相静态坐标系中的us等于α分量usα和β分量usβ的矢量和，即2)、α分量usα与β分量usβ的矢量的夹角的是固定为表示的是一个圆，得到us2＝usα2+usβ2。3)、使用参数方程来表示圆，得到和其中的范围为[0,2π)，的值通过在其范围内进行不断的循环累加得到，控制精度由每次计数的增量值的大小决定。us的值根据负载的要求，由外部开关设置得到，其值大小必须小于母线电压udc值。4)、当usα≥0∪usβ≥0时，sus＝1；当usα＜0∪usβ≥0时，sus＝2；当usα＜0∪usβ＜0时，sus＝3；否则sus＝4。5)、根据伏秒平衡公式：其中，udc为逆变器的母线电压，Ts为逆变器载频周期，t1为usα的作用时间，t2为usβ的作用时间。Ts一般设置载频10KHz～30KHz的周期值。6)、由于us值大小必须小于udc值，通过t1和t2计算公式，得到t1≤Ts和t2≤Ts，需要添加零电压矢量控制，得到7)、将步骤5)中t1和t2公式，代入到步骤6)可以计算得到8)、将tα0和tβ0分别等分为4份，即每一份分别为和并且将和分别插入到一个载频周期Ts下的usα和usβ的作用时间的首尾和中间，可以计算出逆变器PWM控制的作用时间：其中，tA1和tA2为静态坐标下的α分量usα在一个载波周期内的作用时间,tB1和tB2为静态坐标下的β分量usβ在一个载波周期内的作用时间。9)、根据步骤8)中得到的计算公式，将TS载波周期替换为PWM周期寄存器值，可以计算出逆变器的PWM的占空比为：其中，τpwm为设置PWM周期寄存器值，τA1和τA2为静态坐标下的α分量usα的PWM占空比，τB1和τB2为静态坐标下的β分量usβ的PWM占空比。10)、根据步骤4)中得到的扇区号sus做出判断：当sus＝1时，TA＝τA2，TB＝τB2，当sus＝2时，TA＝τA1，TB＝τB2，当sus＝3时，TA＝τA1，TB＝τB1，否则TA＝τA2，TB＝τB1，本发明的有益效果：在实施中，通过将零电压矢量时间均匀的插入到一个开关周期的两边及中间的方式，来提高各自的频率上升一倍，根据电流纹波推导的公式：由于频率提升一倍，电流纹波降为原来的一半。在步进电机领域，电流纹波的减少，降低了输出转矩的波动，提高细分精度，减少电磁噪音，电机运行更加平稳，以及与电机纹波电流有关的磁损耗减少。附图说明图1为二电平两相空间矢量脉冲宽度调制器拓扑结构的示意图；图2为本发明的基本空间电压矢量示意图；图3为本发明的零电压矢量插入方式对电流纹波的影响示意图。具体实施方式下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰的描述。本发明采用附图说明中的图1拓扑结构来实现一种二电平两相的空间矢量脉冲宽度调制器。所述电压解耦模块1，使用参数方程进行解耦，将usα与usβ进行分离处理，具体方法如下：1)、两相静态坐标系中的us等于α分量usα和β分量usβ的矢量和，即2)、α分量usα与β分量usβ的矢量的夹角的是固定为表示的是一个圆，得到us2＝usα2+usβ2；3)、使用参数方程来表示圆，得到和其中为us与x轴的正半轴的夹角。所述电压区间计算模块2，从附图说明中的图2可以看出，可以根据两相静态坐标下的α分量usα和β分量uSβ极性，判断合成矢量us所在的扇区号sus,可以通过表格来查询，表格为：所述矢量时间计算模块3中，根据伏秒平衡公式、零矢量插入法、两相静态坐标下的α分量usα和β分量usβ计算出矢量时间tA1、tA2、tB1和tB2；所述伏秒平衡公式为：其中，udc为逆变器的母线电压，Ts为逆变器载频周期，t1为usα的作用时间，t2为usβ的作用时间。所述零矢量插入法方法如下：1)、矢量时间计算模块计算出的零矢量时间，得到tα0为usα的零电压矢量，tβ0为usβ的零电压矢量；2)、将tα0和tβ0分别等份为4份，即每一份分别为3)、将和分别插入到一个载频周期Ts下的usα和usβ的作用时间的首尾和中间。PWM占空比计算模块，根据矢量时间和扇区号，使用查表法得到PWM占空比值。其中查表法方法如下表所示：根据计算的矢量时间和扇区号sus，判断逆变器PWM占空比。此外，本实施例所述SVPWM方法具体步骤如下：1)、两相静态坐标系中的us等于α分量usα和β分量usβ的矢量和，即2)、α分量usα与β分量usβ的矢量的夹角的是固定为表示的是一个圆，得到us2＝usα2+usβ2；3)、使用参数方程来表示圆，得到和其中为us与x轴的正半轴的夹角。的范围为[0,2π)，的值通过在其范围内进行不断的循环累加得到，控制精度由每次计数的增量值的大小决定。us的值根据负载的要求，由外部开关设置得到，其值大小必须小于udc值。4)、当usα≥0∪usβ≥0时，sus＝1；当usα＜0∪usβ≥0时，sus＝2；当usα＜0∪usβ＜0时，sus＝3；否则sus＝4。5)、根据伏秒平衡公式：其中，udc为逆变器的母线电压，Ts为逆变器载频周期，t1为usα的作用时间，t2为usβ的作用时间。Ts一般设置载频10KHz～30KHz的周期值。6)、由于us值大小必须小于udc值，通过公式(1)，得到t1≤Ts和t2≤Ts，需要添加零电压矢量控制，得到：7)、将公式(1)代入到公式(2)中，可以计算得到8)、为了减少SVPWM的开关量，将零电压矢量作用时间等份的插入到开关周期的开头，结尾以及中间。可以计算出逆变器PWM控制的作用时间为：其中，tA1和tA2为静态坐标下的α分量usα在一个载波周期内的作用时间,tB1和tB2为静态坐标下的β分量uSβ在一个载波周期内的作用时间。从附图说明中的图3对比可以看出，插入零电压矢量后，频率增加一倍，电流波动减小一半。也可以通过电流纹波公式得到纹波电流大小，方程为：根据方程，可以看到，当插入零电压矢量后，Δt会缩短，则电流变化就会变小。9)、根据公式(3)计算出的作用时间，转换成PWM的占空比值，转换公式为：其中，t为公式(3)计算出的结果，τpwm为设置PWM周期寄存器值和τ为将要计算的PWM占空比，根据公式(3)和公式(4)，可以得到逆变器PWM的占空比公式为：其中，τpwm为设置PWM周期寄存器值，τA1和τA2为静态坐标下的α分量usα的PWM占空比，τB1和τB2为静态坐标下的β分量usβ的PWM占空比。10)、根据步骤4)中得到的扇区号sus做出判断：当sus＝1时，TA＝τA2，TB＝τB2，当sus＝2时，TA＝τA1，TB＝τB2，当sus＝3时，TA＝τA1，TB＝τB1，否则TA＝τA2，TB＝τB1，即得到PWM的占空比值。当前第1页1 2 3 |
|
|
