基于DSP的SVPWM调制技术的研究

svpwm过调制算法研究与实现 [MELP声码器的算法研究及实现]

[摘要]为了满足数字通信及其它商业应用的需求,语音压缩编码技术得到了迅速发展。特别是低码率语音编码的研究具有十分重要的现实意义。在现有的语音编码研究中,混合激励线性预测编码(MELP)是一种比较好的方法。对MELP编解码算法的原理进行简要分析,讨论如何在MATLAB上实现该算法,并研究其关键技术,最后对测试结果进行分析和比较。 [关键词]MELP语音编码混合激励线谱频率 中图分类号:TJ8文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210021-02 一、引言 随着通信技术以及互联网语音实时传输技术的迅速发展,对语音的传输速率和存储容量都提出了很高的要求,解决这些问题的主要途径之一就是语音编码。因此,语音编码的研究,特别是低码率语音编码的研究具有十分重要的现实意义。 在现有的语音编码研究中,混合激励线性预测编码(MELP)是一种比较好的方法,它结合了二元激励、码激励和多带激励的优点,将短时语音段划分为若干子带,在每个子带中分别进行清浊音判断;在合成端,采用周期性脉冲序列和随机噪声的混合序列去激励语音合成滤波器,能在较低的码率下得到较好的再生语音。4kb/s混合激励线性预测语音编码(MELP)的编码方法已经被确立为美国新的联邦语音编码标准。 二、MELP编解码算法 MELP算法声码器作为美军声码器技术的重要类型,在各国及各领域有广泛的应用。整个算法分为三个部分:语音参数提取、参数量化、解码。 (一)语音特征参数提取 模拟输入语音首先经过低通滤波器,然后转化成数字语音。采样率为8KHz,按180个样点(25ms)为一帧提取语音参数。MELP编码技术将语音分为清音、浊音和抖动浊音三种状态。一帧语音信号经过一个4阶切比雪夫高通滤波器,滤除50Hz的工频干扰,经过滤波之后的语音信号称为输入语音信号。这一帧语音信号再做以下处理: 基音分析:首先经过1KHz的巴特沃思低通滤波器,用归一化互相关法进行基音粗估,得到整数基音值T,然后进行分数基音分析,采用内插方法,求得分数基音估计的小数部分,此时分数基音值P为整数基音T与分数基音小数部分之和。采用6阶巴特沃思带通滤波器将一帧语音信号分为五个带,分别是[0,500Hz],[500,1000Hz],[1000,2000Hz],[2000,3000Hz],[3000,4000Hz]五个频带,利用[0,500Hz]子带信号与残差信号在分数基音值P前后5个样点进行精细基音搜索,从而得到精确基音值。 带通分析:在五个频带中分别计算语音强度Vi。最低频带确定非周期标志位,如果最低频带语音强度低于门限值,则非周期标志设为1,否则即为0。其余频带的语音强度由该频带与其时域包络围绕分数基音值P进行精细搜索时的归一化互相关值来决定。

一种新颖的SVPWM过调制方法(翻译)

一种新颖的SVPWM逆变器过调制技术原文：A novel overmodulation technique for space-vector pwm inverters 有问题请联系：翻译作者：buffalo3813@https://www.wendangku.net/doc/9a3638328.html, DFIG实验室 摘要： 本文提出了一种新的空间矢量脉宽调制（PWM ）逆变器过调制技术。根 据调制指数（MI），过调制范围被分成两种模式。在模式I ，参考角 度是从对应MI的参考电压的傅立叶级数展开式中取得的。在模式二中， 保持角度也从相同的方式取得。从图形上容易理解，该策略产生输出电 压与MI是线性关系的，最大电压为6拍阶梯波的基波电压。角度与MI 的关系可查表或实时计算来分段线性化。此外，分析了输出电压的谐波 成分和总谐波失真系数THD。该方法被应用到感应电动机的V / f控制，实验证明了从线性控制范围到到6拍阶梯波模式的平稳过渡运行。 关键词： 傅里叶级数，变频器利用率，过调制，空间矢量PWM。

1 介绍 三相电压型脉宽调制（PWM）逆变器已被广泛地用于DC / AC功率变换，因为它可以产生一个可变电压，及变频电源。然而，它们需要一个死区时间来避免桥臂短路，缓冲电路来抑制开关尖峰。除了在这些辅助方面，PWM 逆变器还有一个重要的问题，它不能产生与6拍阶梯波一样大的电压。也就是说，直流母线电压不能被利用到最大。 为了提高正弦波PWM逆变器的电压利用率，提出了另外一个方法，在参考电压中加入3次谐波，通过这种方法基波分量可以提高15.5％[1]。被广泛使用的空间矢量PWM逆变器，电压利用率可提高到0.906，并可调制到6拍阶梯波[2]。另一方面，文献【3】分析了不同的不连续的PWM策略，其中a相位的调制波形一个基本周期中有一段至少60度，最多120，其逆变器桥臂开关没有发生动作，被钳位在正/或负直流母线电压。最近，有人表明，可以通过适当地加入了零序电压到调制波形得到不连续的PWM方案和空间矢量PWM[4]。通过注入零序电压，调制指数可以提高到0.906。 另一方面，提出了一些离线PWM方法来优化性能指标。使用这些策略，不仅任一特定的谐波分量可以被消除[5]和总谐波可以被最小化[6]，而且还可以得到逆变器的最大利用率。然而，由于它们的瞬态响应是缓慢的，所以它们很难被应用于高性能的电动机驱动器。增加逆变器的利用率没有引起极大的兴趣，直到最近文献【7】--【11】一些过调制方法被提出。Kerkman使用描述函数模拟变换器增益作为调制指数（MI）函数，加入到希望取得的基波电压的补偿调制系数从实际操作中近似取得。然而，近似逆变器模型给出了逆变器的非线性增益。在文献[8]和[9]，这种非线性特性通过一个简单的查找表抵消掉了。其结果是一个由PWM到6拍阶梯波操作的线性输入输出电压的传递函数。 文献【10】霍尔茨提出了在过调制范围的PWM逆变器连续控制。在这个方案中，根据调制系数有两种过调制模式。在模式I，但是，基本电压不能产生为恰好等于基准电压，因为六边形每个角附近的电压增量对基波电压贡献不同于六边

SVPWM,PWM调制技术

第四章 PWM 调制技术 4.1 PWM 控制技术分类 PWM 控制技术：即利用功率器件不断的关断和开通把直流电压转变成某一形状的电压脉冲序列，以实现变压、变频并能有效地控制和消除谐波的一门技术。 由于我们使用的电机反电动势为正弦波，因此我们不再考虑120度直流方波控制，而考虑正弦波控制技术，目前光正弦控制技术就有，电压型正弦，电流型正弦，磁通型正弦。这三种的控制技术的比较依次有控制效率优->转矩脉动小->消除噪声。 性能指标： 1、电流谐波：影响电机的铜损； ()2 2 2 1 1/1 I Lcu n n h I THD P n U U I I THD ∝= =∑∞ = (4-l) 2、最大调制率：调制信号峰值U1m 与三角载波信号峰值之比，体现直流母 线电压的利用率； tm m U U m 1= 1~0:m (4-2) 3、谐波转矩：由谐波电流引起； N AV T T T T -= ?max (4-3) 4、开关频率和开关损耗； 开关频率增加—>谐波电流减小—>系统性能改善—>开关损耗增大，干扰增加。 4.2 PWM 波形调制原理

关于120度直流方波调制原理，可参考文献[2] 第238页的矩形波控制部分，还可以参考文献[7]-[10] ，理解它们对加深理解正弦波控制会更容易些，因本论文重点在正弦波控制，因此这里不作累述，只针对其它类型更先进的调制方式进行介绍。 所谓100%调制指的是PWM 可以达到100%的调制，也就是全周期导通，而50%调制指的是半周期导通。如以正弦电压调制为例，在波峰时全导通就是100%调制率，在波峰时半周期导通就是50%调制率。为直观的理解参考图4.1PWM 波形调制原理。 图4.1 PWM 波形调制原理 关于调制率因为涉及到最大电压的利用率问题，所以这里给出两个不同调制率下对比波形，三角波为载波，三角波下面的波形为PWM 调制波。 4.3 电压正弦PWM 调制技术 正弦波形的数学函数为： )sin()(t m t F ω= (4-4) 相电压和线电压均为正弦波PWM ，参考图4.2； 最大输出线电压小于最大输入线电压max out V ； in out V V 2 3 max .= (4-5)

SVPWM详解

一直以来对SVPWM 原理和实现方法困惑颇多，无奈现有资料或是模糊不清，或是错误 百出。 经查阅众多书籍论文，长期积累总结，去伪存真，总算对其略窥门径。未敢私藏，故公之于众。其中难免有误，请大家指正，谢谢！ 1 空间电压矢量调制 SVPWM 技术 SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。 SVPWM 技术与SPWM 相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。下面将对该算法进行详细分析阐述。 1.1 SVPWM 基本原理 SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以 组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。逆变电路如图 2-8 示。 设直流母线侧电压为Udc ，逆变器输出的三相相电压为UA 、UB 、UC ，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。假设Um 为相电压有效值，f 为电源频率，则有： ?????+=-==) 3/2cos()()3/2cos()()cos()(πθπθθm C m B m A U t U U t U U t U （2-27） 其中，ft πθ2=，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量 U(t)就可以表示为： θππj m j C j B A e U e t U e t U t U t U 2 3 )()()()(3/43/2=++= （2-28） 可见 U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，Um 为相电压峰值，且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴（a ，

5 7段式SVPWM调制法

2.3.1 5段式SVPWM调制法 对于5段式SVPWM调制法，只需在PWM周期中间插入零矢量u0，u7，具体采用哪一个值由硬件根据旋转方向和开关动作次数最少的原则自行决定。 例如，在第Ⅲ扇区内，如果旋转方向为逆时针，则u4先动作，u6后动作。以此类推，动作时间可以采用表2中的数据，之后选择零矢量（硬件决定）即可 减少开关次数。而零矢量的作用时间可以表示为： 2.3.2 7段式SVPWM调制法 7段式SVPWM调制法与5段式SVPWM调制法的区别在于基本矢量作 用顺序的不同。7段式SVPWM调制法是以零矢量u0开始，将u7作为中间矢量。为了保证每次切换只有1个开关动作，必须人为改变作用顺序。以第Ⅰ区 间为例，u2对应的开关状态为（010），u6对应的开关状态为（110）。由于初始状态为u0（000），所以，首先动作的为u2（010），然后为u6（110），之后为零矢量u7（111），这样就实现了整个过程中每次只有1个 开关动作。动作顺序改变，相应的时间表也发生了改变，以满足7段式SVPWM调制法的要求。 由于每个PWM周期被分为7段，因此，每个矢量的动作时间也应当有所调整。至此，零矢量的动作时间为： T0=T7=（T-T1-T2）/2. （12） 在每个扇区内，7段式SVPWM调制法的开关动作如图3所示。 5段式SVPWM调制法和7段式SVPWM调制法是城际动车组最常使用 的2种空间矢量调制法。在电机的低频域，由于5段式SVPWM调制法产生的电机输入电流谐波相对较多，转矩脉动较大，所以，多采用7段式SVPWM调制法的输出方式；在电机的高频域，由于5段式SVPWM调制法开关动作次数较少，与7段式调制法相比，其开关损耗小，并且控制相对简单，因此，在高 频域多使用5段式SVPWM调制法。 使用5段式SVPWM调制法和7段式SVPWM调制法可以得到相对较为 平滑的电机相电流。但是，采用5段式SVPWM调制法时，直流侧电流会产生尖峰，最大数值可达到50 000 A，所以，需要采用相应的保护措施，而7段式SVPWM调制法则不需要。 4 结论 总体来说，2种空间矢量调制法都可以产生较小的谐波，在减小转矩脉动 上有很好的表现。虽然使用5段式SVPWM调制法可以降低开关损耗，但是，对比5段式仿真与7段式仿真的结果可知，7段式仿真在减少谐波等方面的表

SVPWM空间矢量脉宽调制

SVPWM 空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation) SVPWM的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。 普通的三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥。这六个开关器件组合起来（同一个桥臂的上下半桥的信号相反）共有8种安全的开关状态. 其中000、111（这里是表示三个上桥臂的开关状态）这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。因此称其为零矢量。另外6种开关状态分别是六个有效矢量。它们将360度的电压空间分为60度一个扇区，共六个扇区，利用这六个基本有效矢量和两个零量，可以合成360度内的任何矢量。 当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，而后用这两个基本矢量矢量去表示，而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。用电压矢量按照不同的时间比例去合成所需要的电压矢量。从而保证生成电压波形近似于正弦波。 在变频电机驱动时，矢量方向是连续变化的，因此我们需要不断的计算矢量作用时间。为了计算机处理的方便，在合成时一般是定时去计算（如每0.1ms计算一次）。这样我们只要算出在0.1ms内两个基本矢量作用的时间就可以了。由于计算出的两个时间的总合可能并不是0.1ms(比这小)，而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量。由于在这样的处量时，合成的驱动波形和PWM很类似。因此我们还叫它PWM，又因这种PWM是基于电压空间矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。 需要明白的是，SVPWM本身的产生原理与PWM没有任何关系，只是像罢了。SVPWM的合成原理是个很重要的东东，它并不只用在SVPWM，在其它一些应用中也很有用的。当你见到时就明白了。具体可以参看IEEE的很多论文。 当然，SVPWM与SPWM的原理和来源有很大不同，但是他们确实殊途同归的。SPWM由三角波与正弦波调制而成，而SVPWM却可以看作由三角波与有一定三次谐波含量的正弦基波调制而成，这点可以从数学上证明。 SVPWM特点： 1.在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉及一个器件，所以开关损耗小。 2.利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简单。 3.逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM逆变器输出电压高15%

SVPWM控制算法详解

SVPWM 1 空间电压矢量调制 SVPWM 技术 SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。 SVPWM 技术与SPWM 相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。下面将对该算法进行详细分析阐述。 1.1 SVPWM 基本原理 SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组 合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。逆变电路如图 2-8 示。 设直流母线侧电压为Udc ，逆变器输出的三相相电压为UA 、UB 、UC ，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。假设Um 为相电压有效值，f 为电源频率，则有： ?????+=-==) 3/2cos()()3/2cos()()cos()(πθπθθm C m B m A U t U U t U U t U （2-27） 其中，ft πθ2=，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量 U(t)就可以表示为： θ ππj m j C j B A e U e t U e t U t U t U 2 3)()()()(3 /43 /2= ++= （2-28） 可见 U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，Um 为相电压峰值，且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴（a ，b ，c ）上的投影就是对称的三相正弦量。

SVPWM的控制算法详解2014

空间电压矢量调制SVPWM 技术2014 SVPWM是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。下面将对该算法进行详细分析阐述。 1.1SVPWM基本原理 SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。逆变电路如图1-1 示。 设直流母线侧电压为U dc，逆变器输出的三相相电压为U A、U B、U C，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量U A(t)、U B(t)、U C(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。

假设U m 为相电压有效值，f 为电源频率，则有： ()cos()()cos(2/3)()cos(2/3) A m B m C m U t U U t U U t U θθπθπ=?? =-??=+? (1-1) 其中，2ft θπ=，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量U(t)就可以表示为： 2/34/33 ()()()()2 j j j A B C m U t U t U t e U t e U e ππθ=++= (1-2) 可见 U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，U m 为相电压峰值，且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴(a ，b ，c)上的投影就是对称的三相正弦量。 图 1-1 逆变电路 由于逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究各相上下桥臂不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量，特定义开关函数 (,,)x S x a b c =为： 10x s ?=? ?上桥臂导通下桥臂导通 (1-3) (S a 、S b 、S c )的全部可能组合共有八个，包括6个非零矢量 U l (001)、

SVPWM 过调制中控制角算法的分析与应用

第14卷第12期 2010年12月 电机与控制学报 ELECTRI C MACHINES AND CONTROL Vol.14No.12Dec．2010 SVPWM 过调制中控制角算法的分析与应用 王旭东，张思艳，余腾伟 （哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，黑龙江哈尔滨150080） 摘 要：针对高速弱磁下低压电动机的高功率输出时由于电源内阻的影响，母线电压会随着输出功率的上升而下降的问题，提出了一种基于面积等效原理的空间矢量脉宽过调制中控制角的算法， 算法简单、准确，占用内存小，程序执行时间短，移植性强，能够完成调制比从0至1的线性调制到过调制中六阶梯波工作状态的平滑过渡，并具有良好的线性增益。仿真及实验结果表明，该算法控制下的低压电动机运行稳定，提高了直流母线电压利用率，此应用是扩展电机转速范围、增加最大输出转矩的一种有效方法。 关键词：过调制；控制角；电压利用率 中图分类号：TM921 文献标志码：A 文章编号：1007－449X （2010）12－0063－05 Control angle algorithm of SVPWM over modulation analysis and application WANG Xu-dong ，ZHANG Si-yan ，YU Teng-wei （School of Electrical ＆Electric Engineering ，Harbin University of Science and Technology ，Harbin 150080，China ） Abstract ：For low voltage motor applications ，due to the impact of power supply resistance ，bus voltage will decline with the rise of power output which is bad for high-power output under the high-speed．A new algo-rithm about the control angle of the space vector PWM over modulation based on the principle of area e-quivalence was proposed．The advantages were easy-to-compute ，accurate ，easy-to-programmed ，with short program execution time ，and small memory ，strong transplantation．Modulation ratio from 0to 1smooth transition corresponding linear modulation to the six-step stage in over-modulation and good linear gain were achieved．The simulation and experimental results show that the control angle algorithm can make the low-voltage motor work stable and improve the DC bus voltage utilization．It can be concluded that this applica-tion is an effective method to extend the scope of the motor speed and the maximum output torque．Key words ：over modulation ；control angle ；voltage utilization 收稿日期：2010－01－16 基金项目：黑龙江省教育厅科技研究项目（11551075）作者简介：王旭东（1958—），男，教授，博士生导师，研究方向为汽车电子产品研发； 张恩艳（1985—），女，硕士研究生，研究方向为电机驱动控制器； 余腾伟（1981—），女，博士研究生，讲师，研究方向为汽车电子产品研发。 0引言 空间矢量脉宽调制（SVPWM ）技术，由于具有简便、实用、可靠的优点，而被广泛应用于电力拖动领域。但是在低压电机驱动控制系统中，由于电机 的转速范围和动态性能直接取决于逆变器输出电压 ［1］ 的范围和品质，因此为了提高电机的性能，通 常采用过调制［2－3］ 方式以提高电源电压利用率。 传统的空间矢量脉宽过调制中，控制角的计算 往往不够准确，而且满足不了调制比0 1的变化范

经典的SVPWM理论及Simulink仿真搭建

1 SVPWM 技术原理 1.1 SVPWM 调制技术原理 空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)，实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合，这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。实践和理论证明，与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比，SVPWM 的优点主要有： (1) SVPWM 优化谐波程度比较高，消除谐波效果要比SPWM 好，实现容易，并且可以提高电压利用率。 (2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。 目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势，所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。 对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为： a m b m c m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ? ?=? ? =-?? ? =+?? (2-23) 其中U m 为相电压的幅值，ω=2πf 为相电压的角频率。图2.11为三相电压的向量图，在该平面上形成一个复平面，复平面的实轴与A 相电压向量重合，虚轴超前实轴 90，分别标识为Re 、Im 。在这个复平面上，定义三相相电压u a 、u b 、u c 合成的电压空间矢量out U 为： 22 j j j()3 3out a b c m 2()3 t U u u e u e U e ππω-=++= (2-24) 图2.11 电压空间矢量 三相电压型逆变器电路原理图如图2.12所示。定义开关量a ，b ，c 和a '，b '，c '表示6个功率开关管的开关状态。当a ，b 或c 为1时，逆变桥的上桥臂开关管开通，其下桥臂开关管关断(即a '，b '或c '为0)；反之，当a ，b 或c 为0时，上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a '，b '或c '为1)。由于同一桥臂上下开关管不能同时导通，则上述的逆变器三路逆变桥的组态一共有8

不同调制比m下SVPWM算法研究

电网运维 Grid Operation 不同调制比m下SVPWM算法研究 河海大学能源与电气学院 张成龙 马翔匀 同济大学电子与信息工程学院 解大波 南京工业大学 袁东林 摘要：为提高两电平逆变器电压输出能力，提出一种适用全调制范围的空间电压矢量脉宽调制方法（SVPWM），该方法是对两电平逆变器线性调制区的扩展。采用MATLAB/Simulink对本文所提出的SVPWM各调制算法进行仿真分析，仿真结果表明，该调制技术在工程应用中具有一定的借鉴意义。 关键词：两电平逆变器；空间电压矢量脉宽调制；调制模式；过调制 0 引言 在脉宽调制技术发展过程中，空间电压 矢量调制技术（SVPWM，Space- Vector Pluse Width Modulation） 由于其较高的直流母线电压利用率、较小的谐波含量[1]以及利于数字化实现的特点，越来越多地应用在各种电气控制场合中。 正弦脉宽调制技术（SPWM，Sinusoidal Pulse Width Modulation）输出相电压基波幅值最大为Vdc/2，而SVPWM技术输出相电压基波幅值最大为Vdc/√3（线性调制区），输出电压提高了15%，进一步获得更高的输出电压，逆变器则必须工作在过调制区，直至达到方波状态[2]。进入过调制区后，输出电压将出现严重畸变，因此需要特殊的控制方法，在提高调制系数的同时，保证电能质量。 目前，国内外报道了多种过调制策略，文献[3]对整个调制区集中控制，属于单模式调制；文献[4]则将调制区分成两块，分别采用不同的方式调制，属于双模式调制。另外有文献提出基于最小幅值误差和最小相位误差的过调制方法[5]、基于叠加原理SVPWM 过调制[6]及基于空间矢量分类技术过调制[7]等。以上方法均能在一定程度上实现SVPWM 的非线性调制，但其理论比较复杂，本文提出一种过调制计算方法，既保证了SVPWM平滑的线性调制，又简单易于实现。 1 两电平SVPwm调制的基本原理 三相两电平电压型逆变器的主电路如图1所示。每一个开关器件由一个二极管和一个电力电子器件组成，并且按照1、3、5、4、6、2的顺序排列，根据桥臂开关的不同组合，共输出8种状态的电压，分别对应空间复平面的6个长度为 的基本电压矢量和两个零电压矢量。6个基本电压矢量将正6边形分为6个扇区，其在三相静止坐标系中如图2所示。 图1 逆变器主电路结构图 图2 两电平电压型逆变器的基本电压矢量 2 3 dc U 54 EPEM 2018.7

SVPWM逆变调制算法浅析

SVPWM逆变调制算法浅析 发表时间：2019-05-19T14:55:56.300Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：张蕊黄娟周文品王亮熊强 [导读] 仿真结果表明，所建立的仿真模型正确，所输出波形规律、整齐，说明了SVPWM调制算法原理简单，运算高效。 成都地铁运营有限公司四川成都 610000 摘要 SVPWM作为近年来发展得比较新颖的调制方法，由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成特定开关模式，产生脉宽调制波，能使输出的电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。本文主要对再生制动系统中所使用的SVPWM逆变调制算法进行简单探讨。 关键词逆变 SVPWM 矢量 1前言 SVPWM作为一种应用较多的调制方法，与SPWM比较，SVPWM直流电压利用率提高了15.4%。因为直流电压利用率的改善，在同样的直流电压下，可改善三相电压型变流器网侧电压构造，从而在一定程度上减小网侧电流，减小网侧与功率管导通时耗损，提高电压型变流器的运行效率。同样的波形质量前提下，SVPWM的开关频率更低，且平均大概减少 30%，从而有效地减小了功率管的开关耗损。 2电压源型两电平双IGBT并联拓扑 电压源型逆变器直流侧是用电容平波，具有结构简单、谐波含量少、直流电压比较稳定等优点。 电压源型逆变器直流侧所接电容的损耗较电流源逆变器直流侧所接电抗器损耗小；直流侧的大电容可以提供对功率半导体的过压保护，使其免受输出侧瞬态过压的冲击；当采用PWM方式时，电压源型逆变器的控制更加灵活，响应速度更快 而且，电压源型逆变器通用性强，适用于各种不同要求的负载，设计、生产技术也比较成熟。 电流源型逆变器直流环节用大电感平波，因而直流电流比较稳定。 电流源型逆变器的主要特点有，可以很好地限制输出短路电流，在故障状态下，故障电流的上升率可被直流侧的电感所限制，但电流源型逆变器所接电抗器比起电压源型逆变器直流侧所接电容的损耗大很多；此外，电压谐波及直流侧的电抗器易造成开关器件的过压。因此，电流源型逆变器只是在一些特殊的“逆变器”中采用，如有源滤波、有源补偿。 3 SVPWM调制算法 电压空间矢量法（Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM）又叫磁通正弦PWM法。是将三相电压型逆变器每种可能的开关状态（即000、001、010、011、100、101、110、111，其中0表示下桥臂导通，1表示上桥臂导通）用α、β两相坐标系下的一个点或者从原点出发的一个矢量来表示。 若U2>0，则B=1，否则B=0； 若U3>0，则C=1，否则C=0。 按以上定义可以得出，A、B、C可以构成8种排列，但是从判断扇区的式子可以得出A、B、C不会同时是0或1，所以实际构成6种排

空间矢量脉宽调制(SVPWM)的开环讲解

采用空间矢量脉宽调制（SVPWM ）的开环 VVVF 调速系统的综合实训 一、实验目的 1、理解电压空间矢量脉宽调制（SVPWM ）控制的基本原理。 2、熟悉MCKV 电机控制系统的CPU 模块、IPM 模块和机组各部分硬件模块，并确认工作正常。 3、了解SVPWM 变频器运行参数和特性。 二、实验内容： 1、熟悉CCS 编程环境，并在CCS 下编译、下载、运行DSP 软件工程。 2、观察并记录定子磁链周期和频率，并分析他们之间的关系。 3、观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形)(t f i v =与)(t f n =； 三、实验预习要求 1、阅读并掌握三相交流异步电机VVVF 调速系统工作原理。 2、了解电压空间矢量脉宽调制（SVPWM ）控制的基本原理。 3、阅读本次实验指导书和实验程序，写好实验预习报告。 4、在MATLAB/Simulinlk 环境中搭好仿真模型，结合本程序LEVEL1功能框图，完成电流速度双闭环系统交流异步电机矢量控制仿真。 四、实验原理 当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，并以恒速旋转，磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转矢量（磁链圆）。SVPWM 就是着眼于使形成的磁链轨迹跟踪由理想三相平衡正弦波电压源供电时所形成的基准磁链圆，使逆变电路能向交流电动机提供可变频电源，实现交流电动机的变频调速。 现在以实验系统中用的电压源型逆变器为例说明SVPWM 的工作原理。三相逆变器由直流电源和6个开关元件( MOSFET) 组成。图1是电压源型逆变器的示意图。 图1 电压源型逆变器示意图

对于每个桥臂而言，它的上下开关元件不能同时打开，否则会因短路而烧毁元器件。其中A 、B 、C 代表3 个桥臂的开关状态，当上桥臂开关元件为开而下桥臂开关元件为关时定义其状态为1 ,当下桥臂开关元件为开而上桥臂开关元件为关时定义其状态为0。这样A 、 B 、 C 有000 、001 、010 、011 、100 、101 、110 、111共 8种状态。逆变器每种开关状态对应不同的电压矢量，根据相位角不同分别命名为U 0（000）、U 1（100）、U 2（110）、U 3（010）、U 4（011）、U 5（001）、U 6（101）、U 7（111）如图2所示。 图2 基本电压空间矢量 其中U 0（000）和U 7（111）称为零矢量，位于坐标的原点，其他的称为非零矢量，它们幅值相等，相邻的矢量之间相隔60°。如果按照一定顺序选择这六个非零矢量的电压空间矢量进行输出，会形成正六边形的定子磁链，距离要求的圆形磁链还有很大差距，只有选择更多的非零矢量才会使磁链更接近圆形。 SVPWM 的关键在于用8个基本电压空间矢量的不同时间组合来逼近所给定的参考空间电压矢量。在图3中对于给定的输出电压U ，用它所在扇区的一对相邻基本电压x U 和60 x U 来等效。此外当逆变器单独输出零矢量时，电动机的定子磁链矢量是不动的。根据这个特点，可以在载波周期内插入零矢量，调整角频率，从而达到变频目的。 图3 电压空间的线性组合

SVPWM详解

一直以来对SVPWM 原理和实现方法困惑颇多，无奈现有资料或是模糊不清，或是错误 百出。 经查阅众多书籍论文，长期积累总结，去伪存真，总算对其略窥门径。未敢私藏，故公之于众。其中难免有误，请大家指正，谢谢！ 1 空间电压矢量调制 SVPWM 技术 SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。 SVPWM 技术与SPWM 相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。下面将对该算法进行详细分析阐述。 1.1 SVPWM 基本原理 SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以 组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。逆变电路如图 2-8 示。 设直流母线侧电压为Udc ，逆变器输出的三相相电压为UA 、UB 、UC ，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。假设Um 为相电压有效值，f 为电源频率，则有： ??? ??+=-==)3/2cos()()3/2cos( )()cos()(πθπθθm C m B m A U t U U t U U t U （2-27） 其中，ft πθ2=，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量 U(t)就可以表示为： θππj m j C j B A e U e t U e t U t U t U 2 3 )()()()(3/43/2=++= （2-28） 可见 U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，Um 为相电压峰值，且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴（a ，

SVPWM的调制波及等效

附录： SVPWM 调制波形式及其与SPWM 的等效关系 1、SVPWM 调制波的等效 图1：规则采样 设采样周期T c 足够小，这样在整个采样周期内，调制波u a ，b ，c 等于采样时刻 的幅值，于是在采样周期内，调制波对应的脉宽为 )1(2c ma c n V U T T += =δ （1） 由此，可以计算出c c c b ma V T U )12( ,,-=δ （2） 此处设dc c V V 5.0=，以此进行归一化处理，因此有[1] 12,,**,,-= c c b na c b a T T u （3） 如图2所示，T c =2T s ，A ，B ，C 桥臂上管的导通时间可以写为： 1200T T T k T a ++= （4） 200T T k T b += （5） 00c T k T = （6） 此处，T 00不等于T 07，分别增加了一个系数k 0，(1-k 0)，一般情况下k 0=0.5。 在第一扇区中还可以得到s bc dc s ab dc T V V T T V V T * 2*1,==，同样对此式进行归一化处理，即)5.0/(),5.0/(****dc bc bc dc ab ab V V v V V v ==，有[2] * * *1** *12 5.02 5.0bc s s dc bc dc s dc bc ab s s dc ab dc s dc ab v T T V v V T V V T v T T V v V T V V T = = = === （7）

t t t 图2：空间矢量和三角波比较（a ）空间矢量脉宽（b ）三角波比较的脉冲 对比图1与图2，又有c b Ta T T T c b na s c ,,2,2,,==因此（3）对应于图2 可以化为 12,,**,,-= s c b a c b a T T v （8） 同时21s 0--T T T T =，并且将（4）-（7）代入（8），即可得到在第一扇区调制波的表达式，以A 相为例： 由（7）有：)(2 * *21c a s v v T T T -=+，从而有 ])(2 )1([2))(2 )(1()1(0* *0* *0000002100k v v k T T v v T T k T T k T T T k T T T k T c a s s c a s s s s a +---= +---=+-=-+=++=

空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)

空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）在交流变频控制系统中的应用越来越广泛，提高SVPWM模块的可复用性、可靠性、并缩短其开发周期成为重要研究课题。 现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Arrays）具有简洁、经济、高速度、低功耗等优势，又具有全集成化、适用性强、开发周期短等优点，利用FPGA 实现SVPWM可以提高SVPWM的可复用性，有重要的现实意义。 本文给出了基于DSP和FPGA的交流变频控制系统的硬件设计方案，搭建了由DSP最小系统、FPGA最小系统、电流检测电路、转速和位置测量电路等组成的硬件平台，完成了印刷电路板的绘制，并对该系统进行了硬件调试。 文中介绍了电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理，并重点研究了基于FPGA 的SVPWM的实现方法。 根据其算法将SVPWM按功能划分为扇区计算模块、基本电压矢量作用时间计算模块、过调制控制模块、SVPWM时间生成模块、调制波生成模块和脉冲生成模块等六个子功能模块。 先对各个子模块进行设计、仿真、验证，再将整个系统组合起来进行仿真、验证，最后在设计的硬件平台上测试了PWM波形。 最后以电机为控制对象进行了开环变频试验，电机能够正常运行，且电机定子电流为正弦波，表明基于FPGA的SVPWM模块功能正确，达到了预期的目标。 本文利用FPGA实现SVPWM，开发周期短，可移植性好，能够以IP核的形式嵌入到其它系统中去，具有很强的应用价值..…… 基于FPGA 的SVPWM实现方法研究 SVPWM 从交流电机角度出发，控制开关，形成PWM 波，使电机中产生的实际磁链矢量逼近跟踪定子磁链给定的理想圆型磁链。这样它能明显减小逆变器输出电流的谐波成分及电动机的谐波损耗、降低脉动转矩。并且其控制简单，数字化方便，电压利用率高，已经成为现在电流调速中的主流发展方向。 目前实现SVPWM 的算法是使用电机控制专用DSP,例如TI 公司的TMS320F2812 或AD 公司的ADMC 系列，但这些控制器只能产生6 路或12 路得