專利名稱：針對變頻電機的控制算法在逆變器的電路實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制領(lǐng)域，特別涉及一種針對變頻電機的控制算法在逆變器控制電路實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著逆變器技術(shù)的發(fā)展，多電平逆變器逐漸成為高功率高電壓的最有效的解決方案。多電平拓撲結(jié)構(gòu)有一下幾個優(yōu)點(1)大大減小了功率器件的開關(guān)應力；(2)對交流電壓有較小的諧波失真；(3)與兩電平拓撲結(jié)構(gòu)相比，具有較小的開關(guān)損失。多電平逆變器主要有三種拓撲結(jié)構(gòu)=NPC結(jié)構(gòu)、級聯(lián)H-橋結(jié)構(gòu)、電容嵌位結(jié)構(gòu)。其中，NPC結(jié)構(gòu)應用最為廣泛，如圖I所示，其為NPC結(jié)構(gòu)的N電平逆變器包含的功率開關(guān)管結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，每一個橋臂上有N-I個功率開關(guān)管，相電壓輸出電平與每個功率開關(guān)管的開關(guān)關(guān)系如下當?shù)谝幌噍敵鲭妷簽镹-1、其他兩相輸出電壓為O時,功率開關(guān)管+Sll、+S12、…、+SI (N-I)、-S21、-S22、…、-S2 (N_l)、-S31、-S32、...、-S3(N_l)處于導通狀態(tài)，功率開關(guān)管-Sll、-S12、…、-SI (N-I)、+S21、+S22、…、+S2 (N_l)、+S31、+S32、—, +S3 (N-I)處于截止狀態(tài)；當?shù)谝幌噍敵鲭妷簽镹-2、其他兩相輸出電壓為O時,功率開關(guān)管+S12、+S13、…、+SI (N-I)、-Sll、-S21、-S22、…、-S2 (N_l)、-S31、-S32、-,-S3 (N-I)處于導通狀態(tài)，功率開關(guān)管+Sll、-S12、…、-SI (N-I)、+S21、+S22、…、+S2 (N_l)、+S31、+S32、—, +S3 (N-I)處于截止狀態(tài)；當?shù)谝幌噍敵鲭妷簽镹-3、其他兩相輸出電壓為O時,功率開關(guān)管+S13、+S14、…、+SI (N-I)、-Sll、-S12、-S21、-S22、…、-S2 (N_l)、-S31、-S32、—, -S3 (N-I)處于導通狀態(tài)，功率開關(guān)管 +S11、+S12、-S13...、-S1 (N-I)、+S21、+S22、…、+S2 (N_l)、+S31、+S32、...、+S3 (N-I)處于截止狀態(tài)；當?shù)谝幌噍敵鲭妷簽镮、其他兩相輸出電壓為O時，功率開關(guān)管+SI (N-I)、-Sll、-S12、...、-Sl(N-2)、-S21、-S22、...、_S2 (N_l)、_S31、_S32、—,-S3 (N-I)處于導通狀態(tài)，功率開關(guān)管 +Sll、+S12、…、+SI (N-2)、-SI (N-I)、+S21、+S22、...、+S2(N_l)、+S31、+S32、-,+S3 (N-I)處于截止狀態(tài)；當?shù)谝幌噍敵鲭妷簽镺、其他兩相輸出電壓也為O時,功率開關(guān)管-Sll、-S12、…、-SI (N-I)、-S12、-S21、-S22、...、-S2 (N-I)、-S31、-S32、...、-S3 (N-I)處于導通狀態(tài)，功率開關(guān)管+Sll、+S12、…、+SI (N-I)、+S21、+S22、…、+S2 (N_l)、+S31、+S32、...、+S3(N_l)處于截止狀態(tài)。由上可見，為了實現(xiàn)對電機的變頻調(diào)速控制，主要的控制算法有電壓調(diào)速的SPWM法、電流跟蹤法和空間矢量法。每一種算法都是控制逆變器按照一定順序和狀態(tài)來實現(xiàn)的?，F(xiàn)以“電壓空間矢量控制”為例，加以說明。在電壓空間矢量控制算法中，在定子三相繞組中，A、B、C分別表示在空間靜止不動的電機定子三相繞組的軸線，它們在空間互差120°角度，定子相電壓UA0、UB0、UC0分別加在三相繞組上，定義三個電壓空間矢量UA0、UBO和UC0，方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時間按正弦規(guī)律變化，時間、相位互差120°。與電機原理中三相脈動磁動勢相加產(chǎn)生合成的旋轉(zhuǎn)磁動勢相仿,三相電壓空間矢量相加的合成空間矢量u是一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，是每相電壓值的3/2倍；異步電機的三相對稱繞組由三相平衡正弦電壓供電時，對每一相都可以寫出它的電壓方程式。三相合起來，用合成空間矢量表示定子的電壓方程式為u = R1I^d Ψ Jdt (I)式中u為定子三相電壓合成空間矢量；11為定子相電流合成空間矢量；Ψ1為定子三相磁鏈合成空間矢量。當轉(zhuǎn)速不是很低時，定子電阻壓降較小，定子電壓與磁鏈的近似關(guān)系為u ^ Ψ/ (2)上式表明，電壓空間矢量的大小等于Ψ1的變化率,而且方向則與Ψ I的運動方向—致。在由三相平衡正弦電壓供電時，電機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)。磁鏈矢量頂端的運動軌跡形成圓形的空間旋轉(zhuǎn)磁場。表征定子磁鏈的矢量xF1 = vPmCw(3)式中，ΨΠ1為Ψ1的幅值；ω I為其旋轉(zhuǎn)角速度。由式(I)和式(3)得u = ^C￥meJ(U,yM =(4)由式(4)可見，當磁鏈幅值ΨΠ1 —定時，u的大小與ω I (或供電電壓頻率f I)成正比，方向為磁鏈圓形軌跡的切線方向。當磁鏈矢量在空間旋轉(zhuǎn)一周時，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運動2 31弧度，其軌跡與磁鏈圓重合。電機旋轉(zhuǎn)磁場的形狀問題就轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量運動軌跡的形狀問題。為使電機對稱工作，必須三相同時供電例如，對于圖2所不的2電平逆變器,在時刻處于不同橋臂下的三個功率開關(guān)管同時導通，而相應橋臂的另三個功率開關(guān)管則處于關(guān)斷狀態(tài)。從而，由2電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)看，功率開關(guān)管共有八種工作狀態(tài)，即V6、V1、V2導通、V2、V3、V5 截止；V1、V2、V3 導通、V4、V5、V6 截止；V2、V3、V4 導通、VI、V5、V6 截止；V3.V4.V5 導通、V1、V2、V6 截止;V4、V5、V6 導通、V2、V3、V1 截止;V5、V6、V1 導通、V2、V3、V4截止；以及V1、V3、V5導通、V2、V4、V6截止；V2、V4、V6導通、V1、V3、V5截止八種狀態(tài)；；如把橋臂上橋臂功率開關(guān)管導通用“ I ”表示，截止用“O”表示，并依ABC相依次排列，則八種工作狀態(tài)可表示為100、110、010、011、001、101與111、000八組數(shù)字，每個周期六個有效工作狀態(tài)都各出現(xiàn)一次。對于每一個有效的工作狀態(tài)，三相電壓都可用一個合成的空間矢量表示，S卩八種工作狀態(tài)可表示為100、110、010、011、001、101與111,000分別與電壓空間矢量ul、u2、u3、u4、u5、u6、u7與u8對應，各電壓空間矢量幅值相等，相位不同，隨著逆變器工作狀態(tài)的不斷切換，電機電壓空間矢量的相位跟著做相應的變化。到一個周期結(jié)束，電壓空間矢量u6的頂端恰好與電壓空間矢量Ul尾端銜接，如圖3所示，一個周期的六個電壓空間矢量共轉(zhuǎn)過2 角度，形成一個封閉的正六邊形。這樣一個電壓空間矢量運動所形成的六邊形軌跡可以認為是磁鏈矢量的運動軌跡。如果想獲得更多邊形或逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，就必須有更多的逆變器開關(guān)狀態(tài)，以形成更多的電壓空間矢量。2電平逆變器的電壓空間矢量雖然只有Ul u8個，但可以利用的線性組合，以獲得更多的與Ul u8相位不同的新的電壓空間矢量，最終構(gòu)成一組等幅不同相的電壓空間矢量，從而形成可能逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。例如，如圖4所示，對于2電平逆變器，當其6個非零開關(guān)狀態(tài)100、101、001、011、010、110在一個周期內(nèi)僅出現(xiàn)一次時，此種情形下的2電平逆變器在一個周期內(nèi)相當于向電機提供的電壓空間矢量ul、u2、u3、u4、u5、u6軌跡如圖3所示的正六邊形。根據(jù)數(shù)學理論可知，任何一二維空間矢量，均可是多個子矢量的合矢量，基于該數(shù)學理論，可預先將電壓空間矢量u2分解為矢
量ur21、ur22、......ur2m2,而每一個矢量又可再分解為兩個電壓空間矢量，即將矢量ur21
分解為電壓空間矢量ur21[l]與ur21[2];將矢量ur22分解為電壓空間矢量ur22 [I]與ur22[2]；……將矢量ur2m2分解為電壓空間矢量ur2m2[l]與ur2m2[2];而且，電壓空間矢量ur21[l]、ur22[l]、……ur2m2[l]與電壓空間矢量ul的方向相同、但長度不同；電壓空間矢量1^21[2]、1^22[2]、……ur2m2[2]與電壓空間矢量u2的方向相同、但長度不同，本
領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，電壓空間矢量的長度與該電壓空間矢量所對應的開關(guān)狀態(tài)的持續(xù)
時間有關(guān)，故通過預先的計算可確定電壓空間矢量ur21[l]、ur22[l]、......ur2m2[l]各自
所對應的第一開關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時間、以及電壓空間矢量ur21[2]、ur22[2]、……ur2m2[2]各自所對應的第二開關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時間。同樣，將電壓空間矢量ul、u3、u4、u5、u6進行與電壓空間矢量u2相同的處理，由此，采用該種改進型的電壓空間矢量算法所控制的電機，其所形成的磁場如圖4中包圍正六邊形的圖形，該圖形較正六邊形更接近圓形。同樣，SPWM和電流跟蹤法也是控制逆變器按照一定順序和狀態(tài)來實現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種針對變頻電機的控制算法在逆變器控制的電路方法，以實現(xiàn)對變頻電機的控制。為達上述目的及其他目的，本發(fā)明公開一種針對變頻電機的控制算法在逆變器控制的電路方法，其特征在于包括步驟a、基于用戶的設(shè)置來確定逆變器的類型并使能相應的輸出通道；b、基于所確定的逆變器的類型及預定的變頻電機的控制算法來確定初始開關(guān)狀態(tài)對應的逆變器的所有開關(guān)的開閉狀態(tài)，并輸出相應的信號以使逆變器的各開關(guān)開閉；C、基于當前的開關(guān)狀態(tài)及下一開關(guān)狀態(tài)來確定待改變狀態(tài)的開關(guān)；d、由逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)時開始計數(shù)、且所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時間時，輸出跳變信號以便使所述待改變狀態(tài)的開關(guān)改變開閉狀態(tài)。更進一步地，該逆變器控制方法還包括步驟e、多次重復步驟c及d，以使所述逆變器遍歷所有開關(guān)狀態(tài)。更進一步地，該步驟d包括步驟dl、基于當前的開關(guān)狀態(tài)的預定持續(xù)時間來設(shè)置比較單元的參考值；d2、當計數(shù)單元由逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)時開始計數(shù)、且所計數(shù)值與所述比較單元的參考值匹配時，輸出跳變信號以便使所述待改變狀態(tài)的開關(guān)改變開閉狀態(tài)。更進一步地，該步驟dl還包括基于預先確定的逆變器的類型來確定逆變器當前的開關(guān)狀態(tài)的預定持續(xù)時間。該計數(shù)單元包括定時器。該比較單元包括寄存器。該定時器包括增計數(shù)的定時器、減計數(shù)的定時器及增/減計數(shù)的定時器中的一種。更進一步地，該步驟a包括基于用戶的設(shè)置將逆變器的類型信息寫入電平選擇寄存器。更進一步地，該步驟b包括由所述電平選擇寄存器獲取逆變器的類型信息，并確定逆變器的開關(guān)數(shù)量，進而確定逆變器初始開關(guān)狀態(tài)時每一開關(guān)的開閉狀態(tài)，并輸出相應的電平信號以使所述逆變器的各開關(guān)開閉。更進一步地，該步驟b包括基于所確定的逆變器的類型及預定的變頻電機的控制算法來確定初始開關(guān)狀態(tài)對應的逆變器的所有開關(guān)的開閉狀態(tài)，并由6 (M-I)個輸出通道中選擇與所確定的逆變器的類型對應數(shù)量的輸出通道來輸出相應的信號以使逆變器的各開關(guān)開閉，其中，M為預定常數(shù)。更進一步地，該步驟c包括Cl、基于所述逆變器控制的電機的旋轉(zhuǎn)方向及當前的開關(guān)狀態(tài)來確定所述逆變器的下一開關(guān)狀態(tài)；c2、基于當前的開關(guān)狀態(tài)及所確定的下一開關(guān)狀態(tài)來確定待改變狀態(tài)的開關(guān)?；谠撊缟纤?，本發(fā)明的逆變器控制方法具有以下優(yōu)點能實現(xiàn)對任意電平逆變器的控制。


關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了解。圖I為N電平逆變器的功率開關(guān)管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為2電平逆變器的功率開關(guān)管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為基于電壓空間矢量算法的2電平逆變器的電壓空間矢量軌跡圖；圖4為基于改進型電壓空間矢量算法的2電平逆變器的電壓空間矢量軌跡圖；圖5為本發(fā)明的逆變器控制方法的流程圖；圖6為圖5中的步驟S4的一種優(yōu)選流程圖；圖7為2電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)變化圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。請參見圖5，在步驟SI中，基于用戶的設(shè)置來確定逆變器的類型。其中，所述逆變器的類型包括2電平逆變器、3電平逆變器、……N電平逆變器，N為大于等于2的常數(shù)。例如，基于用戶通過諸如鍵盤等人機交互設(shè)備在設(shè)置界面中輸入2，則確定逆變器的類型為2電平逆變器。接著，在步驟S2中，基于所確定的逆變器的類型及預定的變頻電機的控制算法來確定初始開關(guān)狀態(tài)對應的逆變器的所有開關(guān)的開閉狀態(tài)，并輸出相應的電平信號以使所述逆變器的各開關(guān)開閉。其中，預定的變頻電機的控制算法包括但不限于SPWM法、電流跟蹤法和電壓空
間矢量法等。例如，在步驟SI中，確定逆變器為2電平逆變器，預定的變頻電機的控制算法為電壓空間矢量法，則基于預定的電壓空間矢量法及逆變器類型與初始開關(guān)狀態(tài)對應關(guān)系，確定2電平逆變器的初始開關(guān)狀態(tài)為000，再基于該初始狀態(tài)輸出使2電平逆變器第一相(即a相)的功率開關(guān)管Vl為截止狀態(tài)、V4為導通狀態(tài)的信號、第二相(即b相)的功率開關(guān)管V3為截止狀態(tài)、V6為導通狀態(tài)的信號、第三相(即c相)的功率開關(guān)管V5為截止狀態(tài)、V3為導通狀態(tài)的信號，以便2電平逆變器進入初始開關(guān)狀態(tài)000，其中，2電平逆變器的功率開關(guān)管的結(jié)構(gòu)如圖2所示。接著，在步驟S3中，基于當前的開關(guān)狀態(tài)及下一開關(guān)狀態(tài)來確定待改變狀態(tài)的開關(guān)。具體地，由預存儲的狀態(tài)順序表查詢當前的開關(guān)狀態(tài)的下一開關(guān)狀態(tài)，再基于當前的開關(guān)狀態(tài)及下一開關(guān)狀態(tài)來確定待改變狀態(tài)的開關(guān)。例如，由預存儲的電壓空間矢量法所對應的狀態(tài)順序表查詢2電平逆變器的當前的開關(guān)狀態(tài)000的下一開關(guān)狀態(tài)為100，則再基于當前的開關(guān)狀態(tài)000及下一開關(guān)狀態(tài)為
100來確定2電平逆變器的待改變狀態(tài)的開關(guān)為第一相的功率開關(guān)管Vl與V4。在步驟S4中，由逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)時開始計數(shù)、且所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時間時，輸出跳變信號以便使所述待改變狀態(tài)的開關(guān)改變開閉狀態(tài)。例如，由逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)000時開始計數(shù)、且所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)000的預定持續(xù)時間(即等于電壓空間矢量u7的作用時間)時，輸出跳變信號以便使所述2電平逆變器的待改變狀態(tài)的功率開關(guān)管+Sll與-Sll改變開閉狀態(tài)，即功率開關(guān)管Vl由截止狀態(tài)變更為導通狀態(tài)、功率開關(guān)管V4由導通狀態(tài)變更為截止狀態(tài)。需要說明的是，步驟S3與S4的順序并非以所示為限，事實上，步驟S3與S4可同時開始進行等。作為一種優(yōu)選方式，前述步驟S3與S4重復進行，以使逆變器遍歷所有開關(guān)狀態(tài)。例如，在步驟S4第一次進行后，2電平逆變器進入開關(guān)狀態(tài)100，接著再進行步驟S3,即基于當前的開關(guān)狀態(tài)100及下一開關(guān)狀態(tài)101來確定待改變狀態(tài)的開關(guān)為第三相的功率開關(guān)管V5與V2，接著再進行步驟S4，即由逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)100時開始計數(shù)、且所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)100的持續(xù)時間(即等于電壓空間矢量ul的作用時間)時，輸出跳變信號以便使所述待改變狀態(tài)的功率開關(guān)管V5與V2改變開閉狀態(tài)，即使功率開關(guān)管V2由導通狀態(tài)變更為截止狀態(tài)、功率開關(guān)管V5由截止狀態(tài)變更為導通狀態(tài)的跳變信號；接著再多次進行步驟S3與S4，直至2電平逆變器遍歷000、100、101、001、011、010、110、111。完成對2電平逆變器一個周期的控制，即圖3所示的電壓空間矢量ul、u2、u3、u4、u5、u6旋轉(zhuǎn)一周后，可再重復步驟S2、S3及S4，以便對2電平逆變器進行多周期控制。作為另一種優(yōu)選方式，根據(jù)本發(fā)明的方法，前述步驟S4還包括步驟S41與S42，如圖6所示。在步驟S41中，基于當前的開關(guān)狀態(tài)的預定持續(xù)時間來設(shè)置比較單元的參考值。其中，所述比較單元包括任何能設(shè)置參考值的器件，優(yōu)選地，包括但不限于寄存
翌坐-nfr ο例如，將當前的開關(guān)狀態(tài)000的預定持續(xù)時間t0寫入寄存器al中。接著，在步驟S42中，當計數(shù)單元由逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)時開始計數(shù)、且所計數(shù)值與所述比較單元的參考值匹配時，輸出跳變信號以便使所述待改變狀態(tài)的開關(guān)改變開閉狀態(tài)。
其中，所述計數(shù)單元包括任何能計數(shù)的單元,優(yōu)選地,包括但不限于增計數(shù)的定時器、減計數(shù)的定時器或增/減計數(shù)的定時器等等。例如，當2電平逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)000時，增計數(shù)的計時器由O開始計時、且所計時間等于寄存器al的參考值tlO時，輸出跳變信號以便使所述待改變狀態(tài)的功率開關(guān)管Vl由截止變更為導通、功率開關(guān)管V4由導通變更為截止的跳變信號。優(yōu)選地，前述步驟S41還包括基于所確定的該逆變器的類型來確定逆變器當前的開關(guān)狀態(tài)的預定持續(xù)時間的步驟。具體地，基于所確定的逆變器的類型為N電平逆變器來確定該N電平逆變器當前的開關(guān)狀態(tài)的預定持續(xù)時間 =ΤΝ/23(Ν_ ，其中，TN為周期，也就是N電平逆變器遍歷所有開關(guān)狀態(tài)(即23^-1)個開關(guān)狀態(tài))所需要的時間，周期TN為預定常數(shù)，N為大于等于2的常數(shù)。例如，基于所確定的逆變器的類型為2電平逆變器來確定該2電平逆變器當前的
開關(guān)狀態(tài)的預定持續(xù)時間作為又一種優(yōu)選方式，根據(jù)本發(fā)明的方法，前述步驟SI還包括步驟Sll (未予圖示)、步驟S2還包括步驟S21 (未予圖示)。在步驟Sll中，基于用戶的設(shè)置將逆變器的類型信息寫入電平選擇寄存器。例如，基于用戶A設(shè)置的逆變器為3電平逆變器，將逆變器的類型信息3寫入電平選擇寄存器。在步驟S21中，由所述電平選擇寄存器獲取逆變器的類型信息，并基于預定的變頻電機的控制算法確定逆變器的開關(guān)數(shù)量，進而確定逆變器初始開關(guān)狀態(tài)時每一開關(guān)的開閉狀態(tài)，并輸出相應的電平信號以使所述逆變器的各開關(guān)開閉。例如，基于所讀取電平選擇寄存器所存儲的值為3，確定3電平逆變器的開關(guān)數(shù)量為12，并基于預定的變頻電機的控制算法確定該3電平逆變器初始開關(guān)狀態(tài)100000時第一相的功率開關(guān)管+Sll與-S12為導通狀態(tài)、-Sll與+S12為截止狀態(tài)、第二相的功率開關(guān)管+S21與+S22為截止狀態(tài)、-S21與-S22為導通狀態(tài)、第三相的功率開關(guān)管+S31與+S32為截止狀態(tài)、-S31與-S32為導通狀態(tài)，其中，圖I中的N=3時，所示的功率開關(guān)管結(jié)構(gòu)即為3電平逆變器的功率開關(guān)管結(jié)構(gòu)。作為再一種優(yōu)選方式，根據(jù)本發(fā)明的方法，前述步驟S2還包括步驟S22 (未予圖示)。在步驟S22中，基于所確定的逆變器的類型及預定的變頻電機的控制算法來確定初始開關(guān)狀態(tài)對應的逆變器的所有開關(guān)的開閉狀態(tài)，并由6 (M-I)個輸出通道中選擇與所確定的逆變器的類型對應數(shù)量的輸出通道來輸出相應的信號以使逆變器的各開關(guān)開閉，其中，M為預定常數(shù)。例如，基于所確定的逆變器的類型為3電平逆變器、預定的變頻電機的控制算法為改進型電壓空間矢量控制算法，則確定初始開關(guān)狀態(tài)對應的逆變器的所有開關(guān)的開閉狀態(tài)，并由6 (M-I)個輸出通道中選擇與3電平逆變器對應的12個輸出通道來輸出相應的信號以使3電平逆變器的12個開關(guān)開閉；若以包含3個2 (M-I)位的存儲器來輸出控制逆變器三相中各開關(guān)開閉的控制信號，則選擇每一個存儲器的(Γ3和Μ Μ+2位來輸出開關(guān)開閉的控制信號，存儲器其余各位為高阻態(tài)。又例如，由所述電平選擇寄存器獲取逆變器的類型信息為2電平逆變器，并基于預定的變頻電機的控制算法確定逆變器的開關(guān)數(shù)量為6個，進而確定逆變器初始開關(guān)狀態(tài)時每一開關(guān)的開閉狀態(tài)，并由6 (M-I)個輸出通道中選擇與2電平逆變器對應的6個輸出通道輸出相應的電平信號以使所述2電平逆變器的6個開關(guān)開閉。作為再一種優(yōu)選方式，根據(jù)本發(fā)明的方法，前述步驟S3還包括步驟S31 (未予圖示)與步驟S32 (未予圖示)。在步驟S31中，基于逆變器控制的電機的旋轉(zhuǎn)方向及當前的開關(guān)狀態(tài)來確定所述逆變器的下一開關(guān)狀態(tài)。例如，2電平逆變器控制的電機的旋轉(zhuǎn)方向為逆時針方向及順時針方向的開關(guān)狀態(tài)變化圖如圖7所示，即逆時針方向時，2電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)順序為000、100、101、001、011、010、110、111 ;順時針方向時，2電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)順序為:000、111、110、
010、011、001、101、100，由此，當2電平逆變器當前的開關(guān)狀態(tài)為101，則基于電機逆時針方
向確定下一開關(guān)狀態(tài)為001、基于電機順時針方向確定下一開關(guān)狀態(tài)為100。在步驟S32中，基于當前的開關(guān)狀態(tài)及所確定的下一開關(guān)狀態(tài)來確定待改變狀態(tài)的開關(guān)。本步驟與前述S3相同或相似，并以引用的方式包含于此，不再重述。為了能更為清楚描述本發(fā)明，以下將以2電平逆變器為例來再次詳述本發(fā)明。例如，當基于用戶的設(shè)置確定逆變器的類型為2電平逆變器后，接著，基于所確定的逆變器的類型及預定的電壓空間矢量算法與初始開關(guān)狀態(tài)對應關(guān)系來確定2電平逆變器的初始開關(guān)狀態(tài)為000，由此，輸出使2電平逆變器第一相的功率開關(guān)管Vl為截止狀態(tài)、V4為導通狀態(tài)的信號、第二相的功率開關(guān)管V3為截止狀態(tài)、V6為導通狀態(tài)的信號、第三相的功率開關(guān)管V5為截止狀態(tài)、V2為導通狀態(tài)的信號，以便2電平逆變器進入初始開關(guān)狀態(tài)000 ;隨后，由預存儲的狀態(tài)順序表查詢2電平逆變器的當前的開關(guān)狀態(tài)000的下一開關(guān)狀態(tài)為100，則再基于當前的開關(guān)狀態(tài)000及下一開關(guān)狀態(tài)為100來確定2電平逆變器的待改變狀態(tài)的開關(guān)為第一相的功率開關(guān)管Vl與V4，并當逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)000時開始計數(shù)、且所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)000的預定持續(xù)時間時，輸出跳變信號以便使所述2電平逆變器的待改變狀態(tài)的功率開關(guān)管Vl與V4改變開閉狀態(tài)，即功率開關(guān)管Vl由截止狀態(tài)變更為導通狀態(tài)、功率開關(guān)管V4由導通狀態(tài)變更為截止狀態(tài)；隨后，再由預存儲的狀態(tài)順序表查詢2電平逆變器的當前的開關(guān)狀態(tài)100的下一開關(guān)狀態(tài)為101，進而確定待改變狀態(tài)的開關(guān)為第三相的功率開關(guān)管V5與V2，并當所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)100的預定持續(xù)時間時，輸出跳變信號以便使所述2電平逆變器由開關(guān)狀態(tài)100變更為101，……如此不斷持續(xù)進行，直至2電平逆變器遍歷000、100、101、001、011、010、110、111。本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，所述2電平逆變器遍歷000、100、101、001、011、010、110、111，相當于依次向電機提供了電壓空間矢量ul、u2、……u6，該些電壓空間矢量ul、u2、……u6的軌跡圖如圖3所示，即經(jīng)過一個控制周期后，電壓空間矢量u6的頂端恰好與電壓空間矢量ul尾端銜接，形成正六邊形。又例如，當基于用戶的設(shè)置確定逆變器的類型為2電平逆變器后，接著，基于所確定的逆變器的類型及預定的改進型電壓空間矢量算法與初始開關(guān)狀態(tài)對應關(guān)系來確定2電平逆變器的初始開關(guān)狀態(tài)為000，由此，輸出使2電平逆變器第一相的功率開關(guān)管Vl為截止狀態(tài)、V4為導通狀態(tài)的信號、第二相的功率開關(guān)管V3為截止狀態(tài)、V6為導通狀態(tài)的信號、第三相的功率開關(guān)管V5為截止狀態(tài)、V2為導通狀態(tài)的信號，以便2電平逆變器進入初始開關(guān)狀態(tài)OOO ;隨后，由預存儲的狀態(tài)順序表查詢2電平逆變器的當前的開關(guān)狀態(tài)000的下一開關(guān)狀態(tài)為100，則再基于當前的開關(guān)狀態(tài)000及下一開關(guān)狀態(tài)為100來確定2電平逆變器的待改變狀態(tài)的開關(guān)為第一相的功率開關(guān)管Vl與V4，并當逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)000時開始計數(shù)、且所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)000的預定持續(xù)時間時，輸出跳變信號以便使所述2電平逆變器的待改變狀態(tài)的功率開關(guān)管Vl與V4改變開閉狀態(tài)，即功率開關(guān)管Vl由截止狀態(tài)變更為導通狀態(tài)、功率開關(guān)管V4由導通狀態(tài)變更為截止狀態(tài)；隨后，再由預存儲的狀態(tài)順序表查詢2電平逆變器的當前的開關(guān)狀態(tài)100的下一開關(guān)狀態(tài)為101，進而確定待改變狀態(tài)的開關(guān)為第三相的功率開關(guān)管V5與V2，并當所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)100的預定持續(xù)時間(即矢量urll的分矢量urll[l]的作用時間)時，輸出跳變信號以便使所述2電平逆變器由開關(guān)狀態(tài)100變更為101，隨后，再由預存儲的狀態(tài)順序表查詢2電平逆變器的當前的開關(guān)狀態(tài)101的下一開關(guān)狀態(tài)為100，進而確定待改變狀態(tài)的開關(guān)為 第三相的功率開關(guān)管V5與V2，并當所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)101的預定持續(xù)時間(即矢量urll的分矢量urll[2]的作用時間)時，輸出跳變信號以便使所述2電平逆變器由開關(guān)狀態(tài)101變更為100……如此不斷持續(xù)進行，直至2電平逆變器遍歷000、100、101、001、
011、010、110、111。本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，上述2電平逆變器遍歷000、100、101、001、011、010、
110、111,相當于依次向電機提供了電壓空間矢量urll、···rlml>ur21>ur22>…ur2m2、......
ur6m6,如圖4所不，該些電壓空間矢量urll、…rlml、ur21、ur22、…ur2m2、......ur6m6
的軌跡圖如圖4所示。綜上所述，本發(fā)明的逆變器控制方法不僅能實現(xiàn)對2電平逆變器的有效控制，更是能實現(xiàn)對任意電平逆變器的有效控制，方便用戶的使用。本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種針對變頻電機的控制算法在逆變器的電路實現(xiàn)方法，其特征在于包括步驟 a、基于用戶的設(shè)置來確定逆變器的類型，并使能相應的輸出通道； b、基于所確定的逆變器的類型及預定的變頻電機的控制算法來確定初始開關(guān)狀態(tài)對應的逆變器的所有開關(guān)的開閉狀態(tài)，并輸出相應的信號以使逆變器的各開關(guān)開閉； C、基于當前的開關(guān)狀態(tài)及下一開關(guān)狀態(tài)來確定待改變狀態(tài)的開關(guān)； d、由逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)時開始計數(shù)、且所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時間時，輸出跳變信號以便使所述待改變狀態(tài)的開關(guān)改變開閉狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于還包括步驟 e、多次重復步驟c及d，以使逆變器遍歷所有開關(guān)狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的逆變器控制方法，其特征在于，所述步驟d包括步驟 dl、基于當前的開關(guān)狀態(tài)的預定持續(xù)時間來設(shè)置比較單元的參考值； d2、當計數(shù)單元由逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)時開始計數(shù)、且所計數(shù)值與所述比較單元的參考值匹配時，輸出跳變信號以便使所述待改變狀態(tài)的開關(guān)改變開閉狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟dl還包括 基于所確定的逆變器的類型來確定該逆變器當前的開關(guān)狀態(tài)的預定持續(xù)時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于計數(shù)單元包括一個定時器；比較單元包括三個比較寄存器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述定時器包括增計數(shù)的定時器、減計數(shù)的定時器及增/減計數(shù)的定時器中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟a包括 基于用戶的設(shè)置將逆變器的類型信息寫入電平選擇寄存器。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述步驟b包括 由所述電平選擇寄存器獲取逆變器的類型信息，并確定逆變器的開關(guān)數(shù)量，進而確定逆變器初始開關(guān)狀態(tài)時每一開關(guān)的開閉狀態(tài)，并輸出相應的電平信號以使所述逆變器的各開關(guān)開閉。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或8所述的方法，其特征在于所述步驟b包括 基于所確定的逆變器的類型及預定的變頻電機的控制算法來確定初始開關(guān)狀態(tài)對應的逆變器的所有開關(guān)的開閉狀態(tài)，并由6 (M-I)個輸出通道中選擇與所確定的逆變器的類型對應數(shù)量的輸出通道來輸出相應的信號以使逆變器的各開關(guān)開閉，其中，M為預定常數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟C包括 Cl、基于逆變器控制的電機的旋轉(zhuǎn)方向及當前的開關(guān)狀態(tài)來確定所述逆變器的下一開關(guān)狀態(tài)； c2、基于當前的開關(guān)狀態(tài)及所確定的下一開關(guān)狀態(tài)來確定待改變狀態(tài)的開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種針對變頻電機的控制算法在逆變器的電路實現(xiàn)方法。根據(jù)本發(fā)明的方法，按照變頻電機控制的算法并基于用戶的設(shè)置來確定逆變器的類型，接著再基于所確定的逆變器的類型來確定初始開關(guān)狀態(tài)對應的逆變器的所有開關(guān)的開閉狀態(tài)，并輸出相應的信號以使逆變器的各開關(guān)開閉，隨后，基于當前的開關(guān)狀態(tài)及下一開關(guān)狀態(tài)來確定待改變狀態(tài)的開關(guān)，并由逆變器進入當前的開關(guān)狀態(tài)時開始計數(shù)、且所計數(shù)值等于當前的開關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時間時，輸出跳變信號以便使所述待改變狀態(tài)的開關(guān)改變開閉狀態(tài)。從而實現(xiàn)變頻電機的控制算法中SPWM法、電流跟蹤法和電壓空間矢量控制等幾種算法對變頻電機進行控制。
文檔編號H02M7/48GK102882399SQ201210195210
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者嚴偉, 馬占剛, 陸建, 張文榮 申請人:上海晟矽微電子有限公司, 北京大學軟件與微電子學院無錫產(chǎn)學研合作教育基地