一种基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法

技术领域

本发明涉及脉宽调制技术领域，更具体的说是涉及一种基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法，适用于变频、逆变、变流等行业。

背景技术

空间矢量脉宽调制是较正弦波脉宽调制的另一种脉宽调制技术，由于其直流侧电压的利用率较高而得到了广泛的应用，在现代电能质量治理、电机驱动、变流器、变频器、光伏设备等领域应用较多。传统空间矢量脉宽调制技术需要进行Clark变换实现坐标变换，判断扇区位置计算每个基本矢量的作用时间，其调制波为一个分段函数，在调制过程中计算量大，不易实现。

因此，如何提供一种无需坐标变换、计算简单的基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法，无需坐标变换，只需简单的比较和取平均即可得到空间矢量脉宽调制的调制波，满足小型计算机系统的资源开销，适应性更强。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法，包括以下步骤：

步骤S1：获取三相电压信号U

步骤S2：分别获取三相电压信号U

其中，max()和min()分别表示最大值函数和最小值函数；

步骤S3：取最大值U

步骤S4：分别用三相电压信号U

步骤S5：利用调制波形U

可选的，在上述一种基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法中，步骤S1中三相电压信号U

其中，t为时间，且t∈[0,+∝)。

可选的，在上述一种基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法中，步骤S5中的载波信号为对称双极性三角波。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明方法首先通过获取的三相电压的最大值与最小值，并对最大值与最小值取平均值，进而计算出对应的调制波，其计算时约1.4毫秒。传统的空间矢量脉宽调制技术需要对三相电压进行Clark变换，参考矢量位置的判断及基本矢量的作用时间计算，同时考虑处理器性能，延时大于3毫秒。本发明较传统的空间矢量脉宽调制技术而言，能够明显的减小延时，提高实时性。

2、本发明计算空间只需6196字节，而传统空间矢量脉宽调制技术需要13732字节，相较而言，本发明能够减小硬件资源开销。

3、本发明的调制波为连续型函数，而传统的空间矢量脉宽调制的调制波为分段函数，相较而言，本发明在实现过程设置区间更为简单。

因此，本发明方法新颖，实现简单，灵活性高，无需坐标变换，只需简单的比较和取平均即可得到空间矢量脉宽调制的调制波，适应性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的计算流程图；

图2为本发明提供的计算流程波形图；

图3为本发明提供的基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法计算的A相调制波的结构示意图；

图4为本发明提供的基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法计算的B相调制波的结构示意图；

图5为本发明提供的基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法计算的C相调制波的结构示意图；

图6为本发明提供的基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法计算的A相控制信号的结构示意图；

图7为本发明提供的基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法计算的B相控制信号的结构示意图；

图8为本发明提供的基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法计算的C相控制信号的结构示意图；

图9为本发明提供的基于传统空间矢量脉宽调制算法计算的A相调制波的结构示意图；

图10为本发明提供的基于传统空间矢量脉宽调制算法计算的B相调制波的结构示意图；

图11为本发明提供的基于传统空间矢量脉宽调制算法计算的C相调制波的结构示意图；

图12为本发明提供的基于传统空间矢量脉宽调制算法计算的A相控制信号的结构示意图；

图13为本发明提供的基于传统空间矢量脉宽调制算法计算的B相控制信号的结构示意图；

图14为本发明提供的基于传统空间矢量脉宽调制算法计算的C相控制信号的结构示意图；

图15为本发明提供的基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法的计算结果；

图16本发明提供的基于传统空间矢量脉宽调制算法的计算结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开了一种基于最大最小平均法的空间矢量脉宽调制算法，包括以下步骤：

步骤S1：获取三相电压信号U

步骤S2：分别获取三相电压信号U

其中，max()和min()分别表示最大值函数和最小值函数；

步骤S3：取最大值U

步骤S4：分别用三相电压信号U

步骤S5：利用调制波形U

在一个具体实施例中，设三相电压幅值为1，相位相差120°，即三相电压信号U

其中，t为时间，且t∈[0,+∝)；高频载波信号为对称双极性三角波，调制波为1/0.8＝1.25。

传统空间矢量脉宽调制的调制波计算公式如下：

上式中，θ是参考矢量的位置，U

采用本发明计算方法，可以看出，1、本发明采用的是利用标准的正弦波信号源的最大值与最小值的平均值与标准正弦波信号源的差作为调制波，该调制波因此是连续的信号，不需要分段函数来表示；2、本发明计算过程中只涉及简单的加减运算，无需进行Clark变换，响应速度快，延时1.4毫秒，明显比传统的空间矢量脉宽调制算法快。

如图2-图8及图15所示，为通过MATLAB软件基于本发明的空间矢量脉宽调制算法计算得出的波形图和三相控制信号示意图。图9-图14、图16所示，为基于传统空间矢量脉宽调制算法计算得出的波形图和三相控制信号示意图。图2为图1过程所涉及的各步骤的计算波形；

①根据图2、图15、图16可知，基于本发明的空间矢量脉宽调制算法和基于传统的空间矢量脉宽调制算法的三相调制波均为马鞍形，均是标准正弦波加注了3次谐波的调制波；②根据图2可知，基于本发明的三相调制波计算过程采用简单的比较和计算即可获得，不通过Clark变换实现坐标变换。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。