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  • 电压空间矢量脉宽调制能提高直流侧电压利用率,进入各个领域

    电压空间矢量脉宽调制可以提高直流侧电压的利用率,其应用范围已超越变频调速系统,进入各个领域。在分析SVPWM原理的基础上,结合三相H桥逆变电路的特点,介绍了TMS320F28335的SVPWM信号发生器的设计,以及单相开路条件下的SVPWM波逆变桥的实现。通过软硬件结合,在DSP实验平台上进行调试和实验观察,给出实验结果波形。实验表明,基于DSP的SVPWM信号发生器具有实现简单方便、易于数字化的特点,

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    电压空间矢量脉宽调制技术(Space Vector PulseWidth Modulate,SVPWM)是实现矢量控制技术的重要环节。在电机变频调速的控制方法中,PWM的输出是调速系统的最后一环,对整个系统的性能起着关键的作用。SVPWM是一种PWM波发生技术。具有电压利用率高、谐波分量低、控制功率管开关次数少、功耗低等特点。它可以与矢量算法相结合,最大限度地发挥设备的性能,因此越来越受欢迎。越来越多的变频调速系统被使用。

    在现有的容错控制系统中,受PWM管脚数量和控制器计算能力的限制,多采用电流迟滞控制方式,但直流侧电压不能得到充分利用。TMS320F28335是一款32位浮点DSP控制器,是目前最先进的控制器之一。它具有强大的计算能力,可用于实时电机控制系统。它有 18 个 PWM 输出,为容错控制系统提供足够的驱动信号。因此,本文介绍了基于TMS320F28335的SVPWM信号发生器的基本原理和方法实现,并分析了逆变桥故障时的电压空间矢量,实现了正常状态和单相下的三相H桥逆变电路。过错。

    1 三相SVPWM的基本原理

    电压空间矢量PWM控制将逆变器和交流电机视为一个整体。基于交流电机在三相对称正弦波供电时的理想磁链圆,通过交替使用不同的电压空间矢量来控制实际的磁链轨迹。通过跟踪参考磁通圆,根据跟踪结果确定逆变器的开关模式,形成PWM波。三相H桥逆变电路如图1所示,同一桥臂的两个开关不能同时导通。每相的 H 桥有 3 种开关状态。“1”表示T1和T4开启;”0″ “表示T2和T4导通,”-1″表示T2和T3导通。定义开关状态S=(Sa, Sb, Sc),

    为了达到良好的控制效果,应选择最长且等长的电压空间矢量作为基本矢量。在最终正常状态下,选择U1~U6、U25、U26作为基本向量,如图2所示。以A相断相故障为例,由于A相开路,此时只能选择第一位为0的电压空间矢量,故故障状态下选择U14、U16、U1<@。7、U19、U21、U24、U0作为电机故障状态下的基本矢量,采用分析方法选取基本电压空间矢量B 相和 C 相异相。

    如图3所示,在一个控制周期Ts内,根据空间矢量的平行四边形合成规则,选择最接近期望输出电压矢量的两个电压矢量,并控制它们的动作时间,使每个开关矢量有一个平均电压-第二个含义相当于参考电压矢量的控制效果,公式(1)

    其中,T1、T2为相邻两个电压矢量的作用时间;T0 是零向量的动作时间。

    令 uα 和 uβ 表示参考电压矢量 Uout 在 α 和 β 轴上的分量。可以做到

    定义变量A、B、C,如果Ua>0,A=1数字信号发生器与函数发生器的比较,否则A=0;如果Ub>0,B=1,否则B=0;如果 Uc>0,则 C=1,否则 C=0。根据A、B、C三个值计算扇区N的值:N=A+2B+4C,公式计算出的对应N值如图2所示。

    2 仿真研究

    信号发生ic_数字信号发生器与函数发生器的比较_正弦波信号发生电路

    该方法使用Matlab/simulink工具进行仿真。为验证其正确性和可行性,采用id=0的磁场定向方式,采用三相H桥控制电机。仿真时间0.2 s,t=0.1 s时A相断开,t=0.15 s时采用容错控制,逆变器输出低电平滤波后的仿真波形如图4所示,B相控制信号低通滤波后的仿真波形如图5所示。当t0.1 s时,电机运行正常情况下,A、B、C相距120°,逆变桥输出电压为鞍波,可提高直流电压测量的利用率;当 0.@ >1

    3 1~50 HZ SVPWM信号发生器实现

    TMS320F28335是TI最新推出的32位浮点DSP控制器,具有150 MHz高速处理能力,18个PWM输出,16个12位80 ns A/D转换器,3个SCI数字信号发生器与函数发生器的比较,与TI前几代数字比较使用信号处理器,性能平均提升 50%,并且兼容定点 C28x 控制器软件。其浮点运算单元可显着提高控制系统的控制精度和处理器的运算速度,是目前控制领域最先进的处理器之一。

    软件分为主程序部分和中断程序部分。图 6 显示了主程序、PWM 中断服务程序和 A/D 中断服务程序的流程图。主程序主要用于系统初始化,设置TMS320F28335的PWM、A/D、IO引脚、CPU中断等系统功能模块的工作模式。PWM中断服务子程序用于计算SVPWM占空比,A/D中断用于改变输出SVPWM波的频率。

    在DSP28335中,为了发出正确的PWM波,需要配置EPWM模块的定时器模块、计数比较模块、比较模式模块、死区模块和事件触发模块的相应寄存器。系统硬件电路如图7所示,包括:DSP主电路,A/D口接收电压信号,改变SVPWM输出频率,EPWM引脚输出SVPWM波形,SCI串口连接单片机,发送电流SVPWM频率值;RC低通滤波电路,方便观察程序是否正确执行,产生的信号是否为SVPWM波;单片机最小系统,接收DSP发送的信号,显示SVPWM的频率。

    620)this.width=620;” alt=”基于TMS320F28335的SVPWM信号发生器” src=”http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20160912/308193_1_8.jpg ” />

    4 实验结果分析

    为了验证配置相关寄存器后能否产生正确的1-50Hz SVPWM,进行以下验证实验。实验中,设置开关频率为10 kHz,三路EPwm引脚的信号波形如图8所示,调整A/D转换输入电压值,改变输出频率,使SVPWM频率为1 Hz,三路信号的低通滤波波形如图9所示。实验中,EPwm x A配置为高电平有效,EPwm x B配置为低电平有效,死区时间可以分别对它们进行设置,通过死区控制(DBCTL)寄存器实现。本程序中,EPwm x Regs.DBRED= 50:EPwm x Regs.DBFED=50,对应的上升延时约为0.67μs,下降延时约为< @0.67μs。EPwm x A 和 EPwm x B 的波形如图 10 所示。 调整 A/D 转换器的输入,使输出频率为 50 Hz,低通滤波后的 EPwm x A 和 EPwm x B 的波形如图 11(a) 所示,改变 A/D 转换器的输入,频率 2.274 Hz 的 SVPWM 波形如图 8(b) 所示。A相断线后,改变B相和C相的占空比计算,断相后的B相控制信号如图12所示,与仿真波形一致。实验结果验证了理论分析的正确性。TMS320F28335 可以通过简单的寄存器设置产生 PWM 波。结合PWM中断和A/D中断,可以实现1-50Hz的SVPWM信号发生器的设计。

    5 结论

    介绍了SVPWM三相H桥电路的基本原理,分析了三相H桥电路的电压空间矢量,正常状态和故障状态下电压空间矢量的选取为给定的。选型的合理性,同时通过配置最新的浮点数字信号控制器TMS320F28335芯片的相应寄存器来实现正常和故障三相H桥控制驱动信号。为电机容错系统设计了一种新的驱动信号矢量分配方法,在容错系统设计中具有一定的应用价值。

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