空間矢量pwm零基本電壓矢量隨機(jī)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交流變頻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間矢量PffM零基本電壓矢量的隨 機(jī)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 兩電平三相逆變器可實(shí)現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)化為頻率與幅值可變的交流電，得到了廣泛 的應(yīng)用。例如，在電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，逆變器負(fù)責(zé)將電池輸出的直流電轉(zhuǎn)化為三相交流 電，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，如圖1所示。逆變器輸出的交流電是由電壓脈沖根據(jù)時(shí) 間平均的原理來等效的，即脈沖寬度調(diào)制（PWM)技術(shù)。在兩電平三相逆變器中普遍采用的 是空間矢量PWM(SVPffM)技術(shù)。輸出的電壓中除了要求的基波電壓之外，還包含著大量的諧 波，這些諧波帶來了能量損耗、電磁輻射等問題。尤其是確定性SVPffM策略的大幅值諧波主 要集中在開關(guān)頻率的整數(shù)倍附近，因此這些頻率附近的電磁輻射等不良效應(yīng)就顯得更加嚴(yán) 重。與之對應(yīng)的隨機(jī)SVPffM策略能極大地削弱這些集簇大幅值諧波的峰值、改善諧波特性， 具有重要的實(shí)用價(jià)值及理論意義。
[0003] 在兩電平三相逆變器中，采用SVPffM技術(shù)時(shí)功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)一共有8種，對 應(yīng)著8個(gè)基本電壓矢量，分別為6個(gè)非零基本電壓矢量)與2個(gè)零基本 電壓矢量如圖2所示。任何一個(gè)目標(biāo)電壓矢量都是在開關(guān)周期內(nèi)由這8個(gè)基本 的電壓矢量按照矢量和成的方法進(jìn)行等效。在矢量和成的過程中，零基本電壓矢量(ILij. )通常都是必須的。在隨機(jī)SVPffM策略中，兩個(gè)零基本電壓矢量（;?=:?)的作用時(shí)間分配 關(guān)系是一個(gè)很重要的隨機(jī)化的因素。
[0004] 逆變器與SVPffM策略都屬于高度非線性系統(tǒng)，尤其是隨機(jī)化使系統(tǒng)變得復(fù)雜，使 逆變器性能的全面分析變得更加困難，這就加大了設(shè)計(jì)、控制與性能評估的難度。隨機(jī)過程 的原理與技術(shù)可用于對隨機(jī)SVPffM策略進(jìn)行設(shè)計(jì)與性能評估；但是，兩個(gè)零基本電壓矢量 的隨機(jī)化等效于在隱含的調(diào)制波中引入了隨機(jī)性部分。而這個(gè)隨機(jī)性部分的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù) 隨著時(shí)間不斷變化，這就導(dǎo)致了基于平穩(wěn)隨機(jī)過程的很多研究方法與分析工具不能有效地 應(yīng)用，極大地限制了隨機(jī)SVPffM策略的設(shè)計(jì)、性能評估及新策略的開發(fā)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種空間矢量PffM(SVPffM)零基本 電壓矢量隨機(jī)化方法，能實(shí)現(xiàn)充分的隨機(jī)化，又能使隱含的調(diào)制波中的隨機(jī)性部分的統(tǒng)計(jì) 特征參數(shù)不隨隨著時(shí)間變化，方便基于平穩(wěn)隨機(jī)過程的很多研究方法與分析工具的有效應(yīng) 用。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下所描述： 一種空間矢量PWM零基本電壓矢量隨機(jī)化方法，相電壓隱含的調(diào)制波分解為確定性部 分與隨機(jī)性部分，所述隨機(jī)性部分的均值為0,所述隨機(jī)性部分的標(biāo)準(zhǔn)差在同一調(diào)制比下都 保持恒定。
[0007] 進(jìn)一步地，所述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍為一個(gè)完整的調(diào)制波周期內(nèi)所述零 基本電壓矢量最小的作用時(shí)間。
[0008] 進(jìn)一步地，在確定所述零基本電壓矢量及的作用時(shí)間時(shí)，具體步驟為： Sl :根據(jù)目標(biāo)電壓矢量計(jì)算非零基本電壓矢量的作用時(shí)間，以及所述零基本電壓矢量 1|及_總的作用時(shí)間&。； S2:計(jì)算所述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍rR; 53 :生成區(qū)間[-0. 5,0. 5]上代表隨機(jī)方法中體現(xiàn)隨機(jī)變量的隨機(jī)數(shù)R ; 54 :所述零基本電壓矢量:?的作用的時(shí)間&v。。及,的作用時(shí)間為
[0009] 進(jìn)一步地，當(dāng)用于7段對稱調(diào)制方式時(shí)，所述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍為每 個(gè)扇區(qū)中間對應(yīng)的所述零基本電壓矢量的作用時(shí)間。
[0010] 進(jìn)一步地，當(dāng)用于7段對稱調(diào)制方式時(shí)，所述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍為每 個(gè)扇區(qū)中間對應(yīng)的所述零基本電壓矢量的作用時(shí)間再減去電流測量中需要的最小保持時(shí) 間；當(dāng)所述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍小于〇時(shí)，將其設(shè)為0。
[0011] 在上述的方案中，不同開關(guān)周期中隨機(jī)變量相互獨(dú)立。
[0012] 更進(jìn)一步地，當(dāng)用于所有開關(guān)周期中相互獨(dú)立的隨機(jī)變量分布特征相同的情況 時(shí)，將這些所有的隨機(jī)變量綜合為一個(gè)隨機(jī)變量，以此生成隨機(jī)數(shù)。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和有益效果： (1)本發(fā)明提供的空間矢量PWM零基本電壓矢量隨機(jī)化方法中，相電壓隱含的調(diào)制波 中的隨機(jī)性部分的均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為恒定值。使調(diào)制波的隨機(jī)性部分可近似為平穩(wěn)隨機(jī) 過程，能夠充分利用隨機(jī)過程的研究方法與分析工具進(jìn)行隨機(jī)SVPffM策略的設(shè)計(jì)與性能評 估，可極大地促進(jìn)隨機(jī)SVPffM策略的應(yīng)用與新策略的開發(fā)。
[0014] (2)本發(fā)明提供的空間矢量PffM零基本電壓矢量隨機(jī)化方法中，零基本電壓矢量 隨機(jī)化的范圍為一個(gè)完整的調(diào)制波周期內(nèi)所述零基本電壓矢量最小的作用時(shí)間，這個(gè)時(shí)間 在一個(gè)調(diào)制波周期內(nèi)只與調(diào)制策略本身與目標(biāo)電壓矢量的幅值/調(diào)制比有關(guān)。當(dāng)調(diào)制策略 確定時(shí)，這個(gè)最小值時(shí)間為調(diào)制比的單值函數(shù)，容易確定。特別是7段對稱調(diào)制方式時(shí)，隨 機(jī)化范圍為每個(gè)扇區(qū)中間對應(yīng)的零基本電壓矢量的作用時(shí)間，其為調(diào)制比的線性函數(shù)，極 大地方便在數(shù)字控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0015] (3)本發(fā)明提供的空間矢量PffM零基本電壓矢量隨機(jī)化方法中，隨機(jī)化范圍中包 含了電流測量中需要的最小保持時(shí)間，充分利用了目前成熟的基于確定性SVPffM的電機(jī)閉 環(huán)控制的軟硬件系統(tǒng)。只需要修改程序中兩個(gè)零矢量作用時(shí)間的分配比例，硬件上不需要 做任何改動(dòng)，進(jìn)而保證了電機(jī)閉環(huán)控制中電流測量的精度及系統(tǒng)的性能。
【附圖說明】
[0016] 圖1為兩電平三相逆變器與電動(dòng)機(jī)連接方法示意圖； 圖2為基本電壓矢量及合成方法示意圖； 圖3為目標(biāo)電壓矢量合成的一種方法； 圖4為7段對稱SVPffM合成法示意圖； 圖5為7段對稱SVPffM隱含的調(diào)制波及零序分量示意圖； 圖6為7段對稱SVPffM隱含的調(diào)制波組成部分示意圖； 圖7為7段對稱SVPffM零序分量組成部分示意圖； 圖8為調(diào)制比為0. 8時(shí)7段對稱SVPffM隨機(jī)化范圍示意圖； 圖9為調(diào)制比為0. 8時(shí)7段對稱SVPffM恒定隨機(jī)化范圍示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明的目的在于提供一種空間矢量PffM零基本電壓矢量隨機(jī)化方法，使隨機(jī)空 間矢量PWM(SVPffM)策略下隱含的調(diào)制波中的隨機(jī)性部分的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)不隨時(shí)間變化， 解決了基于平穩(wěn)隨機(jī)過程的很多研究方法與分析工具不能有效地應(yīng)用、導(dǎo)致性能評估與特 性分析起來困難的技術(shù)問題。
[0018] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種空間矢量PffM零基本電壓矢量隨機(jī)化方 法，將相電壓隱含的調(diào)制波分解為確定性部分與隨機(jī)性部分，所述隨機(jī)性部分的均值為〇， 所述隨機(jī)性部分的標(biāo)準(zhǔn)差在同一調(diào)制比下都保持恒定。
[0019] 其中，所述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍為一個(gè)完整的調(diào)制波周期內(nèi)所述零基本 電壓矢量最小的作用時(shí)間。
[0020] 在確定所述零基本電壓矢量/\及|\的作用時(shí)間時(shí)，具體步驟為： Sl :根據(jù)目標(biāo)電壓矢量計(jì)算非零基本電壓矢量的作用時(shí)間，以及所述零基本電壓矢量 1|及_總的作用時(shí)間&。； S2:計(jì)算所述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍rR; 53 :生成區(qū)間[-0. 5,0. 5]上代表隨機(jī)化方法中體現(xiàn)隨機(jī)變量的隨機(jī)數(shù)R ; 54 :所述零基本電壓矢量:?的作用的時(shí)間&v。。及A的作用時(shí)間為
[0021] 7段對稱式SVPffM策略應(yīng)用最為廣泛，如圖2中給出的A、B、C三相上臂開關(guān)脈沖 的形式。此時(shí)，所述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍為每個(gè)扇區(qū)中間對應(yīng)的所述零基本電壓 矢量的作用的總時(shí)間。
[0022] 在基于SVPffM技術(shù)的電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)中，需要采集三相電流，通常情況下在PffM 開關(guān)周期的中間時(shí)刻測量。為了減小脈沖跳變的干擾與提高相電流的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高測 量的精度，當(dāng)用于7段對稱式SVPffM策略時(shí)，所述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍為每個(gè)扇區(qū) 中間對應(yīng)的所述零基本電壓矢量的作用時(shí)間再減去電流測量中需要的最小保持時(shí)間；當(dāng)所 述零基本電壓矢量的隨機(jī)化范圍小于〇時(shí)，將其設(shè)為〇。
[0023] 在上述的實(shí)施方式中，不同開關(guān)周期中隨機(jī)變量相互獨(dú)立，也就是說，它們可以服 從不同的概率分布。
[0024] 當(dāng)不同開關(guān)周期中隨機(jī)變量用于所有開關(guān)周期中相互獨(dú)立的隨機(jī)變量分布特征 相同的情況時(shí)，將這些所有的隨機(jī)變量綜合為一個(gè)隨機(jī)變量，以此生成隨機(jī)數(shù)。
[0025] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來對本發(fā)明進(jìn)行描述。
[0026] 本發(fā)明提供的空間矢量PffM零基本電壓矢量隨機(jī)化方法適用的兩電平三相逆變 器如圖1所示，圖中連接了 Y型電動(dòng)機(jī)負(fù)載。逆變器中每相上下兩個(gè)開關(guān)管成互補(bǔ)導(dǎo)通。不 同的開關(guān)狀態(tài)可以形成8個(gè)基本的電壓矢量，包括6個(gè)非零基本電壓矢量( )和2個(gè)零電壓矢量(||_s:)，如圖2所示。圖中：1表示上臂導(dǎo)通，0表示下臂導(dǎo)通。以6個(gè) 非零基本電壓矢量的端點(diǎn)為頂點(diǎn)的正六邊形可分為如圖2所示的6個(gè)區(qū)：1、II、III、IV、V、 VI0
[0027] 任何一個(gè)命令電壓矢量_都是由非零基本電壓矢量( If 1????!?? )中的若干 個(gè)以及零基本電壓矢量(fVU通過矢量合成得到，合成時(shí)需要在開關(guān)周期rs上