[发明专利]一种基于FPGA的SVPWM过调制系统和方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的SVPWM过调制系统和方法，属于电机控制技术领域；现有技术中的调制方法都是基于MCU或DSP的，计算复杂，时间长；本发明提供的过调制系统包括输入处理模块、幅值相角计算模块、过调制系数计算模块、过调制Ⅰ区计算模块、过调制Ⅱ区计算模块、输出修正幅值相角模块、正余弦计算模块、计算电压分量模块、输出处理模块；简化了算法的计算过程，便于在FPGA中实现。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机的驱动方法，特别是涉及一种永磁同步电机 的SVPWM过调制系统和方法。

背景技术

随着电力电子技术与电机控制理论的不断深入研究与发展，交流伺服控制 技术取得较大的进步，从而广泛应用在数控机床、工业机器人、新能源车、武 器装备、航空航天等领域。数控的发展趋势是高速加工技术，为了提高生产效 率和改善加工质量，对伺服驱动系统的高速高转矩提出了更高的要求。

在基于矢量控制的交流伺服系统中，脉宽调制技术控制电压源型逆变器输 出三相电压，经过电机定子绕组形成三相正弦电流，从而产生旋转圆形磁场驱 使电机转子转动。正弦脉宽调制(SPWM，Sinual Pluse Width Modulation)技 术的控制目标是让逆变器的输出电压尽可能接近正弦波，但没有考虑电流波形 的控制，相电压基波幅值最大可以到达到V_dc/2。空间电压矢量调制(SVPWM， Space-Vector Pluse Width Modulation)技术将逆变器和交流电机视为一体， 通过控制逆变器使电机产生旋转圆形磁场，相电压基波幅值最大可以达到 比SPWM技术提高约15％。SVPWM调制技术由于直流母线电压利用率较高、谐波含量较小、数字化实现较简单等优点被广泛应用。但SVPWM调制技术 只适用于参考电压矢量在正六边形以内的情况，超过正六边形后需要采用SVPWM 过调制算法进行修正，该算法可以使输出相电压基波幅值最大达到2V_dc/π，可 进一步提高母线电压利用率约10％。这对提高电机的瞬间过载能力，加快动态响 应速度以及弱磁升速都意义重大。

SVPWM过调制算法可以提高直流母线电压利用率，从而获得更大转矩转速和 改善电机性能，所以成为国内外众多学者重点关注的研究问题。Joachim Holtz 提出了一种将过调制区域划分为Ⅰ区和Ⅱ区的双模式过调制策略：过调制Ⅰ区 只修正电压矢量幅值，而相位保持与参考电压矢量一致；过调制Ⅱ区需要修正 电压矢量的相位和幅值，确保输出电压矢量的连续性。该策略在过调制Ⅰ区引 入的谐波较小，但由于过调制Ⅱ区不断的修正相角导致实现比较繁琐。为了降 低计算难度，不少学者提出对过调制Ⅱ区进行简化，但输出的电压会有跳变。 Dong-Choon Lee等根据傅里叶展开得到相电压基波幅值与控制角的函数关系， 结合电压幅值与过调制系数关系得到不同过调制系数对应的交叉角和保持角， 并对其进行了分段线性处理，便于计算和数字化实现。

目前国内外学者提出的SVPWM过调制算法主要从简化计算、提高控制精度 和降低谐波等方面进行优化，几乎都是在MCU或者DSP中实现，其中双模式过 调制策略由于综合性能优越被众多学者采用和改进。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明一种基于FPGA的SVPWM过调制系 统，所述过调制系统包括：输入处理模块、幅值相角计算模块、过调制系数计 算模块、过调制Ⅰ区计算模块、过调制Ⅱ区计算模块、输出修正幅值相角模块、 正余弦计算模块、计算电压分量模块、输出处理模块；

所述过调制模块以V_α和V_β作为输入信号，处理后输出到所述幅值相角计算模 块，由所述幅值相角计算模块输出参考电压矢量V_ref和相角θ；

由所述和过调制系数计算模块根据所述参考电压矢量V_ref计算过调制系数m；