【正文】 在驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)過(guò)程當(dāng)中，改變單片機(jī)發(fā)出的給定頻率 值，可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ，說(shuō)明了算法實(shí)現(xiàn)的可靠。 軟件 總 系統(tǒng) 通過(guò)將本章所提的所有模塊輸入輸出口連接，得到軟件總圖見(jiàn)附錄 ， 對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行仿真得到圖 中的仿真波形，呈現(xiàn)馬鞍波，即我們所需要的波形 。 if(X==1023) N_ST1=S0。 else X=X+1。 參考矢量位置判斷模塊 圖 扇區(qū)判斷模塊主要程序： case (N_ST1) S0:begin V=1。 程序中則主要是按照公式 ，其中的 小數(shù)化成 了 整數(shù)運(yùn)算。 仿真結(jié)果如圖： 圖 Ualfa、 Ubeta仿真圖 從仿真結(jié)果可以看到 Clark 變換后的三相余弦值合成兩相仍然為按正弦波變化，其中幅值是原 來(lái)的 倍。 仿真圖如下： 圖 10HZ以下電壓峰值圖 28 圖 50HZ以上電壓峰值圖 如圖所示輸入頻率滿足 2Um f??的公式運(yùn)算結(jié) 果 ， 10HZ 及以下恒定電壓 值恒定 ， 50HZ 以上電壓 值 恒定 。而參考電壓矢量在坐標(biāo)軸中按逆時(shí)針勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)， 按順序經(jīng)過(guò) 這 6個(gè)扇區(qū)，那么我們這里將其一個(gè)周期分成了 6段時(shí)間，每個(gè)時(shí)間段都對(duì)應(yīng)一個(gè)扇區(qū)。 如圖 把整個(gè)空間坐標(biāo)分成六個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)都使用相鄰的開(kāi)關(guān)矢量合成參考矢量 [2]。 六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 在常規(guī)的 PWM 變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 當(dāng) 中， 三相 異步電動(dòng)機(jī)由六拍階梯波逆變器供電 時(shí) ， 電壓并不是三相正弦電壓，那么，電壓空間矢 量 如圖 ： 28 Ψ3Ψ4Ψ5Ψ6Ψ1Ψ2u5u6u1u2u3u4Δ Ψ2Δ Ψ1O 圖 六拍階梯波逆變器供電電壓矢量 可 以 從圖中看到，六拍 的階梯波逆變器 電壓矢量在空間坐標(biāo)軸上所產(chǎn)生的磁鏈增量 將會(huì) 形成一個(gè)封閉的正六邊形，所以在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程 當(dāng) 中會(huì) 在空間中 產(chǎn)生脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。與電機(jī)原理中三相脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)相加后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相仿， 就 可以證明，三相定子電壓空間矢量相加的合成 得 空間矢 量 uref是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變， 其幅值 是每相電壓值的 3/2倍。 在軟件 編程 過(guò)程中，充分利用現(xiàn)有的軟件資源，通過(guò) 軟件 仿真驗(yàn)證等方法減少軟件開(kāi)發(fā)周期。但是， DSP 芯片實(shí)現(xiàn)空間矢量控制當(dāng)中仍然有它的不足之處。 其中最為主要的是第一和第二點(diǎn)，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)次數(shù)減少和電壓利用率增高就相當(dāng)于間接節(jié)能。 如果把各輸出波形 采 用傅里葉變換 來(lái) 分析， 那么 低頻段 的時(shí)候其輸出波形 是 非 常接近 的 ，只 在高頻段 范圍 有差異。 ) 參考文獻(xiàn) ......................................................... (23) 附 錄 ........................................... (錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 文中使用 Verilog HDL 編寫(xiě) FPGA 程序，采用語(yǔ)句和圖形編輯相結(jié)合的方式進(jìn)行編程以達(dá)到程序結(jié)構(gòu)清晰的目的。 SVPWM。 脈寬調(diào)制 （ PWM）控制技術(shù)的原理是 在采樣 理論中 ， 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性 環(huán)節(jié)上，其 作用 效果基本相同。如果 我們對(duì)準(zhǔn)這一目標(biāo)，把逆變器和交流電 機(jī) 看成一個(gè)整體 ， 那么按照形成 圓形磁場(chǎng) 的控制要求 來(lái)控制逆變器的 開(kāi)關(guān) 工作， 那么其效果應(yīng)該會(huì)更好。 其中 由基本門可構(gòu)成兩類數(shù)字電路：一類是組合電路 ； 另一類是時(shí)序電路，含有存儲(chǔ)元件，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn) 在數(shù)字電路當(dāng)中 并不是所有的基本門都是必需的， 其中， 用單一的基本門 —— 與非門 也 可 以 構(gòu)建成其它的基本門 ；任何的組合邏輯都是可以 通過(guò)“與或”這種邏輯關(guān)系 來(lái)組合 ，即任何組合電路都可用門 .或門 這種 二級(jí)電路實(shí)現(xiàn)；同樣，任何時(shí)序電路都可以由組合電路加上存儲(chǔ)元件（ RAM、 鎖存器、 觸發(fā)器 等）構(gòu)成。 圖 基本 PLD器件的原理結(jié)構(gòu)圖 “與 或”結(jié)構(gòu)組成的 PLD 器件功能比較簡(jiǎn)單，此后又從 ROM 的工作原理、地址信號(hào)與輸出數(shù)據(jù)間的關(guān)系以及 ASIC 的們陣列法中獲得啟發(fā)，構(gòu)造除了另一種可編輯的邏輯結(jié)構(gòu)，即 SRAM 查找表的可編程邏輯 構(gòu)建方式。 在 FPGA 的軟件編 程實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，在保證性能的前提下，盡可能地提高硬件資源的利用率。 空間矢量控制基本原理 空間矢量的定義 交流電 機(jī)繞組的電壓、 電流、磁鏈等物理量都是隨時(shí)間變化 ，但如果考慮到它們所在繞組的空間位置， 我們 建立一個(gè)空間坐標(biāo)軸則 可以 將電壓、電流磁鏈等定 義為空間矢量 [2]。這樣定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量可用下式表示 ： 1jtref me ???? () 其中， Ψ m是磁鏈 Ψ ref的幅值， ω 1為其旋轉(zhuǎn)角速度。為了能合成這樣的多個(gè) 磁鏈 增量，我們可以采取使用開(kāi)關(guān)電壓矢量的線性組合來(lái)完成，如圖 ，采用 u1矢量和 u2矢量的線性組合則能合成新的矢量 Tu，也就相當(dāng)于采用兩個(gè)磁鏈增量在空間中矢量合成一個(gè)新的磁鏈增量，當(dāng)每個(gè)扇區(qū)都采取相鄰的兩個(gè)開(kāi)關(guān)電壓矢量合成新的磁鏈， 我們可以得到一個(gè)逼近圓形的磁鏈，也就達(dá)到了我們電機(jī)旋轉(zhuǎn)的要求 [2]。 3 sdcUTX U ?? () 332 sU U TY Udc???? () 28 332 sdcU U TZ U???? () 通過(guò)整理可得每個(gè)扇區(qū)的每個(gè)矢量的導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間如下表 表 各扇區(qū)開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)間 說(shuō)明表 扇區(qū)號(hào) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ T1 Z Y X Z Y X T2 X Z Z X Z Y 扇區(qū)判斷 參考矢量所在扇區(qū)位置判斷有好幾種，其中， 比較常用的方法是先對(duì)每個(gè)扇區(qū)進(jìn)行編號(hào)，然后 用 Clark 變換后的 U? 和 U? 通過(guò)計(jì)算 可以算出當(dāng)前參考矢量所在扇區(qū)對(duì)應(yīng)的編號(hào) [7]。//超過(guò)基頻 50HZ 輸出峰值 310 else if(F10) Um=62。 //U? =61/2/3 (UAUB/2UC/2) U_beta=(UBUC)1+(UBUC)3+(UBUC)4+(UBUC)6。//(3U? +31/2*U? )Tpwm/2/Udc。 圖 X、 Y、 Z仿真圖 28 圖 T T2仿真圖 在每個(gè)扇區(qū) 當(dāng)中，參考矢量由相鄰兩個(gè)開(kāi)關(guān)矢量合成，隨著參考矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸遠(yuǎn)離參考矢量的開(kāi)關(guān)矢量的導(dǎo)通時(shí)間將 越來(lái)越短，靠近的開(kāi)關(guān)矢量反之。 else X=X+1。 if(X==853) N_ST1=S5。 28 圖 PWM信號(hào)仿真圖 仿真六路 PWM 如圖 ，在每一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)六個(gè)開(kāi)關(guān)電路都要導(dǎo)通一段時(shí)間 參與矢量合成 ，并且在 每 一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間對(duì)稱。其中濾波電路要滿足以下公式 [12]： 12RC f?? () 其中電阻與電容的乘積略小即可，本文以 R=20Ω ， C=1μ F 來(lái)搭建硬件測(cè)試電路，其示波器 測(cè)得 波形如圖： 28 圖 15HZ波形圖 圖 30HZ波形圖 圖 與 中分別為 15HZ 和 30HZ 時(shí)的輸出波形圖， 電源頻率由 15HZ 變化到 30HZ，其周期越來(lái)越短的同時(shí)，幅值也跟著上升，就滿足三相異步電機(jī)的在基頻以下調(diào)速需要保持電壓的有效值與頻率的比值恒定。所以，在 文中所提及的算法實(shí)現(xiàn)仍然有很大的改進(jìn)空間，在以后的工作當(dāng)中逐漸完善。 28 圖 軟件總系統(tǒng)仿真圖 圖 過(guò)調(diào)制 波形仿真圖 4 硬件與調(diào)試 本文通過(guò) StormⅢ FPGA 使用的硬件圖片見(jiàn)附錄 4，其中開(kāi)發(fā)板的核心 FPGA 芯片為 Altera 公司的 EP3C10E144C8 這一款芯片，其邏輯宏單 元 個(gè)數(shù) 10320，內(nèi)存容量 42 萬(wàn)位左右，完全滿足所編寫(xiě)程序所需要的硬件條件。 如圖 ，參考電壓矢量按 Ⅰ — Ⅱ — Ⅲ —Ⅳ — Ⅴ — Ⅵ 這樣的扇區(qū)順序旋轉(zhuǎn)輸出的扇區(qū)號(hào)同樣按這樣的順序呈現(xiàn)周期的階梯信號(hào)。 else X=X+1。 end//扇區(qū) Ⅰ S1:begin V=2。// T2 按 倍減少 end 當(dāng)導(dǎo)通的時(shí)間超過(guò)了范圍則進(jìn)行按比例縮減， 直到滿足要求，其中 Tpwm 為調(diào)制周期 100us，使用的時(shí)鐘頻率是 50MHZ 所以計(jì)數(shù) 50