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摘要電壓空間矢量脈寬調制能提高直流側電壓利用率，其應用范圍已跨越變頻調速系統，進入各個領域。文中在分析SVPWM原理的基礎上，結合三相H橋逆變電路的特點，介紹了TMS320F28335的SVPWM信號發生器設計，并實現了逆變橋一相斷路情況下的SVPWM波。通過硬軟件結合，在DSP實驗平臺上進行了調試和實驗觀察，給出實驗結果波形。實驗證明，基于DSP的SVPWM信號發生器具有實現簡單方便、易于數字化的特點，能更好地滿足功率器件對驅動信號的不同要求，便于實現容錯控制。本文引用地址：http:www.eepw.com.cnarticle201610308193.htm電壓空間矢量脈寬調制技術(SpaceVectorPulseWidthModulate，SVPWM)是矢量控制技術實現的重要環節。在電機實現變頻調速的控制方法中，PWM的輸出是調速系統的最后一個環節，因此對整體系統的性能起到關鍵作用。SVPWM是PWM波產生技術的一種，具有電壓利用率高、諧波成分低、控制功率管開關次數少、功耗小等特點，可以結合矢量算法，最大限度地發揮設備性能，因此被越來越多的變頻調速系統所采用。現有容錯控制系統，由于控制器PWM引腳數量和運算能力限制，多采用電流滯環控制方法，而未能充分利用直流側電壓。TMS320F28335是32位浮點DSP控制器，是目前先進的控制器之一，運算能力強，可應用于電機實時控制系統中，具有18路PWM輸出，為容錯控制系統提供足夠的驅動信號。因而，文中介紹了基于TMS320F28335的SVPWM信號發生器的基本原理和方法實現，并對逆變橋故障時的電壓空間矢量進行了分析，實現了三相H橋逆變電路正常狀態下和一相故障時的驅動信號發生器設計，可應用于容錯電機矢量控制系統中。1三相SVPWM基本原理電壓空間矢量PWM控制把逆變器和交流電機視為一體，以三相對稱正弦波電源供電時交流電動機的理想磁鏈圓為基準，通過交替使用不同的電壓空間矢量來控制實際磁鏈軌跡，以追蹤基準磁鏈圓，由追蹤的結果決定變頻器的開關模式，形成PWM波。三相H橋逆變電路如圖1所示，同一橋臂的兩個開關管不能同時導通，每相的H橋具有3種開關狀態，用1表示T1和T4導通;0表示T2和T4導通，-1表示T2和T3導通，定義開關狀態S=(Sa，Sb，Sc)，則共組成27種開關矢量，-1-1-1～111。為達到良好的控制效果，選擇長度應該為最長且相等的電壓空間矢量作為基本矢量。最終正常狀態下選用U1～U6、U25、U26作為基本矢量，如圖2所示。以A相斷相故障為例分析，由于A相開路，此時只能選擇第一位是0的電壓空間矢量，因而故障狀態下選用U14、U16、U17、U19、U21、U24、U0作為電機故障狀態時基本矢量，同B、C相斷相時分析方法選擇基本電壓空間矢量。如圖3所示，在一個控制周期Ts內，按空間矢量的平行四邊形合成法則，選擇與期望輸出電壓矢量最接近的2個電壓矢量，控制其作用時間，使得各開關矢量在平均伏秒意義上與參考電壓矢量的控制效果等效，可得式(1)其中，T1、T2為相鄰兩電壓矢量作用時間;T0表示零矢量作用時間。設u、u表示參考電壓矢量Uout在、軸上的分量.可以令定義變量A、B、C，若Ua0，A=1，否則A=0;若Ub0，B=1，否則B=0;若Uc0，C=1，否則C=0。根據3個A、B、C的值計算扇區N的值：N=A+2B+4C，由式計算的N值對應如圖2所示。2仿真研究利用Matlabsimulink工具對所述方法仿真，為驗證其正確性和可行性，采用id=0的磁場定向方式，利用三相H橋控制電機。仿真時間為0.2s，在t=0.1s時A相斷開，在t=0.15s時采用容錯控制，逆變器輸出經低通濾波器后的仿真波形如圖4所示，低通濾波后B相控制信號的仿真波形如圖5所示。當t0.1s時，電機正常運行，A、B、C三相互差120，逆變橋輸出的電壓為馬鞍波，可提高直流測電壓的利用率;當0.131～50HZSVPWM信號發生器的實現TMS320F28335是TI公司最新推出的32位浮點DSP控制器，具有150MHz的高速處理能力，18路PWM輸出，16路12位80nsAD轉換器，3路SCI，與TI前幾代數字信號處理器相比，性能平均提高了50%，并可與定點C28x控制器軟件兼容。其浮點運算單元，可以顯著地提高控制系統的控制精度和處理器的運算速度，是目前控制領域最先進的處理器之一。軟件分為主程序部分和中斷程序部分，圖6給出了主程序、PWM中斷服務程序及AD中斷服務程序流程圖。主程序主要用于系統初始化，設置TMS320F28335的PWM、AD、IO引腳及CPU中斷等系統功能模塊的工作方式。PWM中斷服務子程序用于計算SVPWM占空比，AD中斷用于改變輸出SVPWM波的頻率。在DSP28335中，為了發出正確的PWM波，需對EPWM模塊的定時器模塊、計數比較模塊、比較方式模塊、死區模塊和事件觸發模塊相應的寄存器進行配置。系統硬件電路如圖7所示，包括：DSP主電路，AD端口接收電壓信號，改變SVPWM輸出的頻率，EPWM引腳輸出SVPWM波形，SCI串行口與單片機相連，發送當前SVPWM的頻率值;RC低通濾波電路，方便觀察程序是否正確執行，所產生的信號是否為SVPWM波;單片機最小系統，接收DSP傳送的信號，顯示SVPWM的頻率。4實驗結果分析為了驗證配置好相關寄存器后能否產生正確的1～50Hz的SVPWM，進行了以下的驗證實驗。在實驗中，設置開關頻率為10kHz，三路EPwm引腳的信號波形如圖8所示，調節AD轉換輸人電壓值，改變輸出頻率，使得SVPWM頻率為1Hz，將三路信號經低通濾波后的波形如圖9所示。在實驗中，EPwmxA配置為高有效，EPwmxB配置為低有效，可對其分別設置死區時間，由死區控制(DBCTL)寄存器實現，本程序中設置了EPwmxRegs.DBRED=50：EPwmxRegs.DBFED=50，對應上升延遲約0.67s，下降延遲約0.67s，EPwmxA和EPwmxB的波形如圖10所示，調節AD轉換器的輸入，使得輸出頻率為50Hz，EPwmxA和EPwmxB的波形經低通濾波后的波形如圖11(a)所示，改變AD轉換器的輸入，得頻率為2.274Hz的SVPWM波形如圖8(b)所示。A相斷開后，改變B相和C相的占空比計算，得斷相后的B相控制信號如圖12所示，與仿真波形相一致。實驗結果驗證理論分析的正確性，經簡單的寄存器設置，TMS320F28335就能產生PWM波，結合PWM中斷和AD中斷，就能實現1～50Hz的SVPWM信號發生器設計。5結束語介紹了SVPWM的三相H橋電路的基本原理，分析了三相H橋電路的電壓空間矢量，給出了正常狀態和故障狀態下電壓空間矢量如何選擇，進行了Matlab仿真，驗證了所提出矢量選擇的合理性，同時通過配置最新的浮點數字信號控制器TMS320F28335芯片的相應寄存器來實現正常和故障時三相H橋控制驅動信號。為電機容錯系統設計了一種新驅動信號矢量分配方法，在容錯系統設計中有一定的應用價值。

關鍵字標籤：AFG-3081 Arbitrary Function Generator