基于SVPWM以及實際MCU定時器輸出脈沖的中心對齊模式

一、扇區(qū)矢量切換點確定

模型按七段式的三相橋臂切換時間搭建，如I扇區(qū)內(nèi)，確定逆變臂的開關(guān)順序為七段000-100-110-111-111-110-100-000；

（第I扇區(qū)）

由于其為三角波調(diào)制，其定時中心對稱、每個合成矢量的作用周期固定為Tpwm，則可定義：

（三相切換點）

同理在第Ⅱ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序為000-010-110-111-111-110-010-000：

（第2扇區(qū)）

在第Ⅲ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序為000-010-011-111-111-011-010-000：

（第3扇區(qū)）

在第Ⅳ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序為000-001-011-111-111-011-001-000：

（第4扇區(qū)）

在Ⅴ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序為000-001-101-111-111-101-001-000：

（第5扇區(qū)）

在Ⅵ扇區(qū)內(nèi)，逆變橋臂的開關(guān)順序為000-100-101-111-111-101-100-000：

（第6扇區(qū)）

三相電壓開關(guān)比較切換點Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3與各扇區(qū)的關(guān)系可列出如下表格方便查詢：

（扇區(qū)切換表）

綜上我們得到了各時刻所需的空間電壓矢量及持續(xù)時間，實際應(yīng)用中可在處理器中賦值對應(yīng)通道的定時器，捕獲比較寄存器產(chǎn)生PWM波形，控制逆變橋，進而產(chǎn)生期望的電壓、電流、力矩。

二、基于simulink仿真建模

基于以上的分析，為了驗證該算法是準確性，接下來我們就根據(jù)原理搭建相關(guān)模型：

搭建切換點定義模塊如下，輸入變量為過調(diào)制后的T1、T2及Tpwm；

（切換點定義）

搭建根據(jù)扇區(qū)自動選擇相應(yīng)的比較切換點模塊如下，輸入變量為扇區(qū)N及三相切換點Ta、Tb、Tc，此處我們需要留意，各扇區(qū)內(nèi)三相切換點相對于的載波比較點并不一致，這與馬鞍波密切相關(guān)；

（各扇區(qū)自動選擇切換點模塊）

搭建PWM互補輸出模塊，輸入變量為三角載波與比較點，差值比較輸出開關(guān)動作，由于此模型僅驗證其原理，所以并沒有依據(jù)實際應(yīng)用加入死區(qū)時間；

（互補PWM輸出模塊）

（Spwm匯總模塊）

綜上就是SVPWM算法的實現(xiàn)方式，其中主要包括參考電壓矢量的扇區(qū)判斷、零/非零矢量用時間計算以及切換時間點確定，最后利用三角載波與切換點比較輸出PWM。到這我們將SVPWM模塊匯總到單個模塊方便后續(xù)調(diào)用，后接的逆變橋與電機就直接使用simulink庫自帶的模型。

三、開環(huán)仿真運行驗證

到這我們搭建開環(huán)SVPWM模型驗證各項參數(shù)，將之前已經(jīng)搭建的功能模塊連接起來，逆變橋與電機選用simulink庫自帶模塊。具體參數(shù)設(shè)置為：直流側(cè)電壓Udc =96 V，PWM開關(guān)頻率16KHz，仿真算法采用變步長ode23 tb 算法，仿真步長設(shè)置為5e^-6，其余變量保持初始值不變。

仿真條件為：給定Ud、Uq值進行Park反變換為三相正弦，Clark正變換為α、β給到Svpwm模塊。電機給定轉(zhuǎn)速設(shè)定為600 r/ min ，初始時刻負載轉(zhuǎn)矩0.1N?m 。

（開環(huán)總體框架）

（逆變橋模塊）

（電機模塊）

設(shè)定Ud為0，Uq=24V，仿真運行首先我們看切換點前后的馬鞍波，從仿真波形來看到其實馬鞍波的來源是三相切換點時間的組合值，當(dāng)然網(wǎng)上很多資料推測是三相正弦疊加而來這個說法是有待商榷的。

（切換點前后馬鞍波）

根據(jù)仿真我們可以得出結(jié)論：其實馬鞍波是SVPWM算法的特點，計算得到的三相切換點時間波形就是如此，只是經(jīng)過了不同扇區(qū)的組合，才形成了馬鞍波,并不存在三次諧波。

如下為電機轉(zhuǎn)速波形，開環(huán)的效果比較理想，雖然啟動時有較大的超調(diào)量，但是轉(zhuǎn)速很快就能穩(wěn)定在600轉(zhuǎn)，但由于沒有引入閉環(huán)控制，所以還是有輕微的波動。

（轉(zhuǎn)速）

（Ud、Uq、角速度給定值）

（Id、Iq反饋值）

***四、七段式與五段式對比 ***

在SVPWM 方案中有基于軟件模式（七段式算法）和硬件模式（五段式算法)，其中零矢量的穿插是最具靈活性的。

五段式每個Tpwm僅在中間段插入零矢量，每個周期相比七段式減少了1/3的開關(guān)次數(shù)，減緩了開關(guān)器件在負載電流較大時開關(guān)動作損耗。

對于七段式SVPWM 算法而言，基本矢量作用順序為：在每次開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，只改變其中一相的開關(guān)狀態(tài)，且零矢量在時間上平均分配，產(chǎn)生的PWM 對稱，還能夠降低PWM的諧波分量。

（七段式三相驅(qū)動）

（五段式三相驅(qū)動）

（七段式相電流）

（五段式相電流）

（七段式諧波含量）

（五段式諧波含量）

從仿真數(shù)據(jù)中我們可以明顯對比出，五段式的驅(qū)動波形在每個扇區(qū)總有一相的開關(guān)管不動作得以休息，相比七段式可減少1/3的開關(guān)損耗。

但由于扇區(qū)間的銜接是不對稱的，所以相電流的波形相比七段式波動更明顯，從頻譜分析中我們也明顯可以對比出，七段式的3次諧波含量為3.45%，而五段式的3次諧波含量為4.12%。

從開環(huán)模型的仿真結(jié)果來看，五段式算法切合實際的應(yīng)用，七段式的算法受限于開關(guān)元件的性能但有利于更理想的電機運轉(zhuǎn)，可以按應(yīng)用場景進行選擇。

** 總結(jié)** ：本次開環(huán)仿真也是基于最基本的Svpwm算法搭建，所用的參數(shù)及模型均為理想值，對于實際應(yīng)用僅作為參考價值。