一种逆变控制方法与流程

本发明实施例涉及电气
技术领域：
，更具体地，涉及一种用于控制逆变器工作的逆变控制方法。
背景技术：
：逆变器是一种将低压直流电能(如12v或24v的直流电压)转换为交流电能(如220v、50hz的交流电压)的电气设备，广泛应用于各类家用电器、电气工具、照明、电动汽车、无人机等，例如用于驱动电动汽车/无人机中的电机。目前国内外普遍采用矢量控制(foc)技术和直接转矩控制(dtc)技术实现对电机进行驱动控制。矢量控制理论是1968年由德国darmstader大学的hasse博士提出的，并在1971年由德国西门子公司的f.blaschke将矢量控制理论进行了系统化的总结和应用，以专利的形式发表，奠定了该理论在逆变控制领域的重要地位。直接转矩控制理论是1980年代中期德国学者depenbrock和日本学者takahashi相继提出的，是继矢量控制技术之后发展起来的一种高动态性能的交流电动机变压变频调速技术。新能源电动汽车作为本世纪最重要的引领技术之一，其中的驱动电机控制器，理论层次上采用的是上述的矢量控制(foc)和直接转矩控制(dtc)技术，实践层次上采用的是数字信号处理器(dsp)和实时计算算法程序，其中的具体算法例如各种坐标变换也是国外学者提出的，我国学者仅仅是对这些理论技术进行学习、跟踪和改良。目前，国内外市场上，无论是电动汽车还是无人机，主要用的电机是永磁同步电机和异步电机，且都是采用foc和dtc进行驱动控制。采用foc和dtc技术进行电机驱动控制时，可能存在以下不足：1、所配置的电机控制器难以进行离线工作，基本上只能进行在线工作；2、所配置的电机控制器只能一对一进行应用，因此对电机参数的变化非常敏感，难以自适应于同一类型的电机(额定电压、转速、功率相同的电机)，甚至连已驱动的电机参数的变化，都难以自适应优化控制；3、驱动电机时，电机内必须有一个传感器(异步电机需要速度传感器，同步电机需要位置/速度传感器)，而电机的正常工作温度大于100度，这对传感器的可靠性带来极大的挑战，因此电动车的故障率也会因传感器而增加大约10％(由某电动车制造商提供的数据)，目前foc和dtc很难提供通用可靠的方法解决这一难题；同时，业界的电机控制方案均为dsp结合实时计算，但商用dsp技术受制于国外，而且即便采用高速dsp结合实时计算方法，在高速(高频)或高变化率(速度或频率变化快，加速度大)场合仍无法去掉电机内的传感器。此外，foc技术用于驱动电机时，用于生成电机正向旋转驱动信号的公式与用于生成电机反向旋转驱动信号的公式不同，复杂性较高。技术实现要素：针对
背景技术：
中的问题，本发明提出了一种逆变控制方法，目的在于降低电机驱动的复杂性，提高电机驱动的可靠性。为此，本发明实施例提出了一种逆变控制方法，应用于三相逆变器，该方法包括：将三相逆变器各开关元件在逆变控制中的不同通断状态各编译为数字代码，每个所述数字代码依次包括对应u相、v相和w相开关元件组的通断状态的第一部分、第二部分和第三部分；将所述数字代码按照预定控制规则排列，形成第一数字代码序列，并将第一数字代码序列中的每个数字代码的第一部分、第二部分和第三部分中的约定的两个部分互换，形成第二数字代码序列；在第一工作模式下，使用第一数字代码序列对三相逆变器的各开关元件进行通断控制，在第二工作模式下，使用第二数字代码序列对三相逆变器的各开关元件进行通断控制。本发明的有益效果为：通过采用预处理和数码调制技术的结合，可以无需使用dsp结合实时计算的方式，就能够灵活便捷且高效地实现电机的正向旋转和反向旋转。附图说明为了更容易理解本发明，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本发明。这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，不应认为对本发明保护范围的限制。图1a为本发明一个实施例的逆变控制方法的示例性流程图；图1b为本发明一个实施例中三相逆变器各开关元件的编号示意图；图2a为本发明另一个实施例的逆变控制方法的示例性流程图；图2b为本发明另一个实施例中三相逆变器各开关元件的编号示意图。具体实施方式下面参照附图描述本发明的实施方式，其中相同的部件用相同的附图标记表示。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。图1a为本发明一个实施例的逆变控制方法的示例性流程图，图1b为本发明一个实施例中三相逆变器各开关元件的编号示意图。本发明实施例的逆变控制方法用在使用三相逆变器驱动电机的过程中。如图1a所示，本发明实施例的逆变控制方法包括：s01、将三相逆变器各开关元件在逆变控制中的不同通断状态各编译为数字代码，每个所述数字代码依次包括对应u相、v相和w相开关元件组的通断状态的第一部分、第二部分和第三部分；s02、将所述数字代码按照预定控制规则排列，形成第一数字代码序列；s03、将第一数字代码序列中的每个数字代码的第一部分、第二部分和第三部分中的约定的两个部分互换，形成第二数字代码序列；s04、在第一工作模式下，使用第一数字代码序列对三相逆变器的各开关元件进行通断控制；s05、在第二工作模式下，使用第二数字代码序列对三相逆变器的各开关元件进行通断控制。在本实施例中，首先将三相逆变器的各开关元件在逆变控制中呈现的不同通断状态编译为数字代码。如图1b所示，将三相逆变器的u、v、w三个桥臂的六个开关元件按照从下到上、从左到右的顺序依次命名为b0、b1、b2、b3、b4、b5，同时将开关元件的“开”状态定义为1，将开关元件的“关”状态定义为0。三相逆变器的六个开关元件在逆变工作过程中呈现的开关状态组合以及每个组合对应的数字代码b5b4b3b2b1b0的值如下表1所示。表1b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0关开关开关开010101关开关开开关010110开关关开关开100101开关关开开关100110关开开关关开011001关开开关开关011010开关开关关开101001开关开关开关101010每个数字代码b5b4b3b2b1b0中包括对应u相开关元件b1和b0的第一部分b1b0，对应v相开关元件b3和b2的第二部分b3b2，以及对应w相开关元件b5和b4的第三部分b5b4。然后，将上述各个数字代码按照预定的逆变控制规则进行排列，形成第一数字代码序列。例如，可以按照三相逆变器所要求输出的目标调制波形的每个状态变化点的顺序，将与各个状态变化点对应的数字代码进行排列，形成第一数字代码序列，同时计算每对相邻的状态变化点之间的时间间隔作为与各数字代码对应的开关元件状态持续时间(下文称为开关持续时间)。形成第一数字代码序列后，对第一数字代码序列进行转换形成第二数字代码序列，该转换包括将第一数字代码序列中的每个数字代码的第一部分、第二部分和第三部分中的任意两个部分互换，例如，将第一数字代码序列中每个数字代码的第一部分b1b0和第二部分b3b2互换，或者将第一数字代码序列中每个数字代码的第二部分b3b2和第三部分b5b4互换，又或者将第一数字代码序列中每个数字代码的第一部分b1b0和第三部分b5b4互换。第二数字代码序列中每个数字代码对应的开关持续时间可以与第一数字代码序列中相应的数字代码对应的开关持续时间相同。在本发明一些实施例中，可以在第一数字代码序列和第二数字代码序列均形成后，将第一数字代码序列和第二数字代码序列预置为三相逆变器的控制代码序列，完成预处理阶段。在本发明另一些实施例中，也可以在形成第一数字代码序列后，将第一数字代码序列预置为三相逆变器的控制代码序列，完成预处理阶段。在实际工作阶段，使用三相逆变器将直流电力逆变为交流电力输出给电机来驱动电机运转。根据电机的转动方向，可将电机的工作方式分为正转和反转这两种，相应的，三相逆变器也具有输出用于使得电机正转的驱动电力的第一工作模式和输出用于使得电机反转的驱动电力的第二工作模式。在三相逆变器的第一工作模式下，也即电机正转期间，使用第一数字代码序列和相应的开关持续时间对三相逆变器的各开关元件进行通断控制。在第二工作模式下，也即电机反转期间，使用第二数字代码序列和相应的开关持续时间对三相逆变器的各开关元件进行通断控制。在预处理阶段预置了第一和第二数字代码序列的实施例中，实际工作阶段在第一工作模式和第二工作模式下分别使用预置的第一数字代码序列和预置的第二数字代码序列进行控制；在预处理阶段仅预置了第一数字代码序列的实施例中，实际工作阶段在第一工作模式下使用预置的第一数字代码序列进行控制，在第二工作模式下，根据第一数字代码序列中的每个数字代码实时地生成第二数字代码序列中的每个数字代码，使用实时生成的每个数字代码进行控制。本发明实施例中，通过使用第一和第二数字代码序列对三相逆变器进行开关通断控制，能够实现在电机正转和反转时三相逆变器的调制度保持一致，从而在电机正转和反转时扭矩保持一致，实现了电机运转的高度稳定性。同时本发明实施例的方案不需要根据电机转子的旋转方位实时生成逆变控制命令，因此无需在电机中使用传感器即可实现使用三相逆变器对电机进行驱动控制。图2a为本发明另一个实施例的逆变控制方法的示例性流程图，图2b为本发明另一个实施例中三相逆变器各开关元件的编号示意图。如图2所示，本发明实施例的逆变控制方法包括：s11、将三相逆变器各开关元件在逆变控制中的不同通断状态各编译为数字代码，每个所述数字代码依次包括对应u相、v相、w相和v’相开关元件组的通断状态的第一部分、第二部分、第三部分和第四部分，每个数字代码的第一部分和第二部分共同构成该数字代码的半个字节，第三部分和第四部分共同构成该数字代码的另半个字节；s12、将所述数字代码按照预定控制规则排列，形成第一数字代码序列；s13、将第一数字代码序列中的每个数字代码的半个字节和另半个字节互换，形成第二数字代码序列；s14、在第一工作模式下，使用第一数字代码序列对三相逆变器的各开关元件进行通断控制；s15、在第二工作模式下，使用第二数字代码序列对三相逆变器的各开关元件进行通断控制。本实施例中，首先将三相逆变器的各开关元件在逆变控制中呈现的不同通断状态编译为数字代码。如图2b所示，将三相逆变器的u、v、w三个桥臂的六个开关元件按照从下到上、从左到右的顺序依次命名为b0、b1、b2、b3、b4、b5，同时，与图1a-1b所示实施例不同的是，本实施例中还在三相逆变器的等效电路图中增加了一相虚拟桥臂，该虚拟桥臂的开关状态与v相桥臂的开关状态保持一致，因而将该虚拟桥臂称为“v’相桥臂”，将v’相桥臂置于w相桥臂之后，并将v’相桥臂中的两个开关从上到下命名为b7和b6。需要说明的是，该虚拟的v’相桥臂在实际电路中并不存在，本实施例中是为了进行逆变控制而借用了该虚拟桥臂进行数字编码。同样，将开关元件的“开”状态定义为1，将开关元件的“关”状态定义为0。如此，图2b中所示的八个开关元件在逆变工作过程中呈现的开关状态组合以及每个组合对应的数字代码b7b6b5b4b3b2b1b0的值如下表2所示。表2b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b016进制关开关开关开关开0101010155关开关开关开开关0101011056关开开关关开关开0110010165关开开关关开开关0110011066开关关开开关关开1001100199开关关开开关开关100110109a开关开关开关关开10101001a9开关开关开关开关10101010aa每个数字代码b7b6b5b4b3b2b1b0中包括对应u相开关元件b1和b0的第一部分b1b0，对应v相开关元件b3和b2的第二部分b3b2，对应w相开关元件b5和b4的第三部分b5b4，以及对应v’相开关元件b7和b6的第四部分b7b6。每个数字代码的第一部分b1b0和第二部分b3b2共同构成该数字代码的半个字节b3b2b1b0，第三部分b5b4和第四部分b7b6共同构成该数字代码的另半个字节b7b6b5b4。然后，将上述各个数字代码按照预定的逆变控制规则进行排列，形成第一数字代码序列。例如，可以按照三相逆变器所要求输出的目标调制波形的每个状态变化点的顺序，将与各个状态变化点对应的数字代码进行排列，形成第一数字代码序列，同时计算每对相邻的状态变化点之间的时间间隔作为与各数字代码对应的开关元件状态持续时间(下文称为开关持续时间)。形成第一数字代码序列后，对第一数字代码序列进行转换形成第二数字代码序列。本实施例中，该转换具体为将第一数字代码序列中的每个数字代码的前半个字节b7b6b5b4和后半个字节b3b2b1b0互换，该转换过程可以在预置阶段进行，也可以在实际工作阶段实时进行。本实施例中第二数字代码序列中每个数字代码对应的开关持续时间也可以与第一数字代码序列中相应的数字代码对应的开关持续时间相同。本实施例中，与图1a所示实施例类似，可以在预处理阶段完成第一数字代码序列的预置或第一和第二数字代码序列的预置，在实际工作阶段实时生成第二数字代码序列或使用预置的第一和第二数字代码序列进行控制。本实施例中，由于每个数字代码中包括对应于v’相虚拟桥臂开关元件通断状态的第四编码部分，而v’相桥臂在三相逆变器中实际并不存在，因此，在使用第一/第二数字代码序列在第一/第二工作模式下对三相逆变器各开关元件进行实际的通断控制时，根据第一/第二数字代码序列中每个数字代码的第一、第二、第三部分分别对u相、v相和w相开关元件组进行通断控制，忽略每个数字代码中的第四部分。本发明实施例中，通过对三相逆变器的等效电路图增加一相与v相开关状态一致的虚拟桥臂v’，使得所形成的用于电机正转的控制用数字代码非常便于转换形成用于电机反转的控制用数字代码序列，同时也能够实现在电机正转和反转时三相逆变器的调制度保持一致，从而在电机正转和反转时扭矩保持一致，实现电机运转的高度稳定性。以上实施例中提及了在将各个数字代码按照预定的逆变控制规则进行排列时，可将各数字代码按照三相逆变器所要求输出的目标调制波形的状态变化点的顺序进行排列形成第一数字代码序列，具体可将目标调制波形上一个完整周期内各状态变化点在时间轴上的排序，将与各个状态变化点对应的各数字代码依次排列形成第一数字代码序列。确定目标调制波形上状态变化点的方式例如可包括通过已知的计算机程序进行运算得出不同的状态变化点组合，在此省略具体说明。本发明一个实施例中，提出了一种改进的目标调制波形上状态变化点的组合方式，以下给出将各个数字代码按照该状态变化点的组合方式进行排列后得到的阵列(其中为了简明起见，以下各实施例中的数字代码均采用16进制表示)：其中，n为预定的开关角个数，具体可按照实际需要进行设定。将该阵列中的数字代码整体按照从左到右、从上到下的顺序排列即可形成第一数字代码序列。例如，当n＝7时，j＝2，上述阵列可写为：也即，标有j的阵列部分重复出现了一次。已经从式(1)展开的式(1.1)也可以表示为下表3-1的形式：表3-1s15666aa665655656656556566aa6665s26665556566aaa96566aaa9655565a9s365a9aaa9655599a9655599a9aaa999s4a9995599a9aa9a99a9aa9a9955999as5999aaa9a9955569a9955569aaa9a56s69a5655569aaa66569aaa6656555666表3-1中s1-s6表示360°域内的6个扇区(每60°域为一个扇区)。将该阵列整体按照从左到右、从上到下的顺序排列即可形成第一数字代码序列：(56，66，aa，66，56，55，65，66，56，55，65，66，aa，66，65，66，65，55，65，…，aa，9a，56，9a，56，55，56，9a，aa，66，56，9a，aa，66，56，55，56，66)，第二数字代码序列则可通过将第一数字代码序列中每个数字代码的前后两部分互换来形成，或者第二数字代码序列也可以通过先将上式(1.1)或上表3-1中的数码阵列中的每个数字代码先进行前后半部分互换后再整体按照从左到右、从上到下的顺序排列形成第二数字代码序列，其形成方式与先形成第一数字代码序列后进行转换的方式实质是相同的。又例如，当n＝5时，j＝1，上述阵列可写为：也即，标有j的阵列部分仅出现一次。类似地，已经从式(1)展开的式(1.2)也可以表示为类似表3-1的表格形式，如下表3-2所示：表3-2s15666aa6656556566aa6665s26665556566aaa9655565a9s365a9aaa9655599a9aaa999s4a9995599a9aa9a9955999as5999aaa9a9955569aaa9a56s69a5655569aaa6656555666将该数字代码阵列整体按照从左到右、从上到下的顺序排列形成第一数字代码序列：(56，66，aa，66，56，55，65，66，aa，66，65，66，65，55，65，…，aa，9a，56，9a，56，55，56，9a，aa，66，56，55，56，66)，第二数字代码序列则可通过将第一数字代码序列中每个数字代码的前后两部分互换来形成。在本发明一个实施例中，可为上式(1)中每行的2n+1个数字代码设置n+1个持续时间以实现目标调制波形为正弦波。为每行的2n+1个数字代码设置的持续时间分别为：t1、t2、…、tn-1、tn、tn+1、tn、tn-1、…、t2、t1，其中，t1、t2、…tn和tn+1满足6×(2t1+2t2+……+2tn+tn+1)＝t，t为三相逆变器所要输出的正弦波的基波的周期，且该三相逆变器的开关频率为2(c-1)/t，c为需要保存的持续时间的个数，c＝n+1。例如，可为式(1.2)中每行数字代码对应地分配持续时间t1、t2、t3、t4、t5、t6、t5、t4、t3、t2、t1，得到下式(1.2.1)(每个数字代码对应的持续时间标记在其下方，并且式(1.2.1)也可表示为类似表3的表格形式)：其中，t1、t2、t3、t4、t5和t6满足6×(2t1+2t2+2t3+2t4+2t5+t6)＝t，t为三相逆变器所要输出的正弦波的基波的周期，且该三相逆变器的开关频率为2(c-1)/t，在该实施例中c＝6。在本发明另一个实施例中，还可通过开关角计算持续时间分配给数字代码序列中的相应数字代码来实现输出正弦波中高次谐波的消除。具体而言，首先，根据谐波消除法有如下公式：其中，αi为开关角，n为开关角的个数且，k＝1,2，…，(n-3)/2。当n为奇数，谐波幅值a6k-1和a6k+1为0，调制度m>0且m的上限<1(根据n取值的不同，当m的上限在0.94～0.99之间时为线性调制，例如n＝5时，0<m<0.99；n＝15时，0<m<0.96)，且开关角的分布是0<α1<α2<…<αn-2<60°<αn-1<αn<90°时，给定一组与调制度m无关的数字代码阵列(例如上式(1))，并根据给定的调制度m，使用谐波消除方程组(2.1)、(2.2)、(2.3)计算对应的n个开关角。根据该n个开关角，分别求出u相、v相和w相的开关角，将三相开关角的每相取前60度域内的开关角并共同按从小到大排列，从排列结果中取前n+1个开关角，根据该n+1个开关角和目标调制波形的频率计算出n+1个持续时间t，并分配给由上述给定的与调制度m无关的数字代码阵列得出的第一数字代码序列中的相应的数字代码，以及分配给由第一数字代码序列转换得到的第二数字代码序列中的相应的数字代码。具体而言，首先根据要求的目标调制波形给定调制度m，求解方程组(2.1)、(2.2)、(2.3)得到调制度m对应的n个开关角α1、α2、…、αn。然后，求解出u相360°域内的开关角如下：α1、α2、…、αn、180°-αn、180°-αn-1、…、180°-α1、180°+α1、180°+α2、…、180°+αn、360°-αn、360°-αn-1、…、360°-α1；将上述u相开关角前移240°转换得到v相开关角如下：αn-1-60°、αn-60°、120°-αn、120°-αn-1、…、120°-α1、120°+α1、120°+α2、…、120°+αn、300°-αn、300°-αn-1、…、300°-α1；再将上述u相开关角前移120°转换得到w相开关角如下：60°-αn、60°-αn-1、…、60°-α1、60°+α1、60°+α2、…、60°+αn、240°-αn、240°-αn-1、…、240°-α1、240°+α1、240°+α2、…、240°+αn。考虑到正弦波的对称性，对u、v、w每相的开关角只取前60°域内的开关角如下：u相：0<uα1、uα2、…、uαn1<60°，n1<n；v相：0<vα1、vα2、…、vαn2<60°，n2<n；w相：0<wα1、wα2、…、wαn3<60°，n3<n；将该三组60°域内的开关角统一按大小排列成一个uvw开关角β数列：0<β1<β2<…<βn1+n2+n3，取该数列的前n+1个uvw开关角，并根据要求输出的正弦波的周期t，按照下式计算n+1个持续时间t1、t2、…、tn、tn+1：下面给出一个具体示例：设调制度m＝0.5，开关角的个数n＝9，则求解方程组(2.1)、(2.2)、(2.3)得到调制度0.5对应的9个开关角为：α1＝2.43，α2＝13.07，α3＝21.36，α4＝25.58，α5＝33.23，α6＝38.03，α7＝45.23，α8＝62.64，α9＝69.61。然后求出u、v、w三相60°域内的开关角如下：u相：2.43，13.07，21.36，25.58，33.23，38.03，45.23；v相：2.64，9.61，50.39，57.36；w相：14.78，21.97，26.78，34.42，38.64，46.93，57.57。将该三组共18个开关角按大小排序后形成数列：(2.43，2.64，9.61，13.07，14.78，21.36，21.97，25.58，26.78，33.23，34.42，38.03，38.64，45.23，46.93，50.39，57.36，57.57)，取该数列的前n+1个也即前10个开关角：(2.43，2.64，9.61，13.07，14.78，21.36，21.97，25.58，26.78，33.23)，再设定三相逆变器要输出的正弦波的频率为100hz，则周期t为10000μs，根据上式(3)可计算出10个持续时间t1-t10分别为：67.6，5.8，193.6，96.0，47.5，182.8，17.1，100.3，33.1，179.2。同时以上式(1)的数字代码阵列为例，根据n＝9可计算得到j＝3，则上式(1)可写为：再将上述根据同一n值计算得到的10个持续时间t1-t10按照类似式(1.2.1)中的方式分配给式(1.3)中的各个数字代码(每个数字代码对应的持续时间标记在其下方)可以得到下表4中的配有持续时间的数字代码阵列：表4当将上表4中的数字代码阵列按照从左到右、从上到下的顺序排列时可得到第一数字代码序列，并且使用第一数字代码序列中的各数字代码按照表4中对应的持续时间进行对三相逆变器各开关元件的通断控制，即可输出调制度为0.5并且消除了前28次谐波的三相正弦波。类似地，通过将该第一数字代码序列中的每个数字代码的前后半部分互换即可得到第二数字代码序列，用于控制三相逆变器输出使电机反转的电力。本发明中将上述方案定义为“谐波消除数码调制”(hedm，harmoniceliminationdigitalcodemodulation)技术，申请人已经成功研制了基于该技术的不同频率(50hz，60hz，400hz，500hz，1000hz)的三相逆变芯片，并在不同行业得到了应用和客户认可。其中，14引脚三相50hz/60hz芯片ht3156ia可应用于互动式ups或eps中，调制度为0.58～1.13，消除谐波次数为2-250次/50hz、2-214次/60hz，输出基波电压稳压精度<2％，频率精度<0.1％，且具有软启动、过流、过压、欠压、故障关断等保护功能；14引脚三相400hz芯片ht3400m调制度为0.7～1.145，消除谐波次数在0.7～0.9调制度下为2～70次、在0.905～1.025调制度下为2～58次、在1.03～1.145调制度下为2～46次，输出电压调整率<1％，输出频率精度<0.1％，且具有软启动/变频启动选择、电流检测、故障控制、正反转选择等功能。尤其要说明的是以下两款变频芯片ht33400ym和ht33800sm，其输出基波频率分别是3hz-400hz和3hz-800hz，调制度为0.05-1.17，这两款芯片的共同特点是将上述的hedm技术集成于仅28引脚的芯片内，实现了4极异步电机无速度传感器和8极永磁同步电机无位置传感器自适应控制；这两款芯片输出的正弦波总数(同一频率不同调制度，同一调制度不同频率)均超过1万个，且20hz之后的基波频率均消除了10khz以内的谐波频率，大大地减少了电机的谐波发热，适用于任何一款4极异步/8极永磁同步变频电机，而与驱动控制的电机参数及该参数的变化无关，无论所驱动的电动汽车处于加速、减速、巡航或启动过程中，均可通过自适应控制使其处于最优驱动状态。特别是芯片ht33400ym已经应用于电动汽车，芯片33800sm已在电动汽车仿真测试平台进行设计验证。在本发明一些实施例中，可在第一数字代码序列中每对相邻的数字代码之间均设置死区控制代码，死区控制代码用于在预设的持续时间t内控制与每对相邻的数字代码之间的变化部分对应的开关元件组进行关断。相邻的数字代码之间的变化部分存在两种情况，一种情况是u、v、w三个桥臂中有一个桥臂的开关状态发生变化，另一种情况是u、v、w三个桥臂中有两个桥臂的开关状态发生变化。下面以图2a-2b所示实施例采用的16进制编码的数字代码为例(当采用图1a-1b所示实施例的二进制数字代码时的死区控制代码可以此类推)，三相桥臂一个桥臂的开关状态发生变化的相邻数字代码关系可见下表5-1，三相桥臂中两个桥臂的开关状态发生变化的相邻数字代码关系可见下表5-2：表5-1(单桥臂变化)表5-2(两个桥臂变化)为了保护开关元件，本实施例在桥臂开关状态要发生变化时，先将要变化的桥臂的两个开关元件均关断一定时间进行缓冲后，再将这两个开关元件切换为应变化的开关状态，以确保同一桥臂的两个开关元件不会同时导通。本实施例通过在两个相邻的数字代码之间加入死区控制代码并设定相应的死区时间来实现三相逆变器开关元件的死区保护。继续以包括对应u、v、w、v’相的四个部分的16进制形式的数字代码为例，根据死区控制代码的定义，u、v(v’同)、w相中有一相或两相桥臂的开关元件均为关闭状态，可确定一共18个死区控制代码，如下表5-3所示：表5-3二进制16进制二进制16进制二进制16进制0001001012000100011100000001010010000121001000102200000010020100011046010001014500010000100110010064010101005400100000201000100189100010108a0100010044100110009810101000a81000100088如表5-3所示，死区控制码的编码方式与前述的数字代码的编码方式一致，死区控制码也是一种数字编码，本发明中为了将两者进行区分，将用于死区控制的数字编码称为死区控制码，将用于电力能量的传递和续流的数字编码称为数字代码。将表5-3所示的各死区控制代码加入到如表5-1和表5-2所示的变化的相邻数字代码之间可如表5-4和表5-5所示：表5-4(单桥臂变化)表5-5(两个桥臂变化)下面以单个桥臂的状态发生变化为例进行具体示例，两个桥臂的状态发生变化的情况与之类似。参照表5-4中的相邻数字代码之间死区控制码的分配方式，在表3-2所示的数字代码阵列中每两个相邻的数字代码之间加入一个相应的死区控制码，如下表5-4-1所示(为了清楚起见，表中死区控制码使用了下划线进行标记)：表5-4-1s156466622aa2266465654554565646622aa2266646564s266646545554565646622aaa8a921654555456521a921s36521a9a8aaa8a921654555119989a9a8aaa8a9899989s4a989991155119989a9a8aa8a9a989911551199989a98s599989a8aaa8a9a989911555456129a8aaa8a9a125612s69a125654555456129a8aaa2266465654555456466646将上表5-4-1中的数字代码阵列按照从左到右、从上到下的顺序排列可得到第一数字代码序列，并通过对第一数字代码序列中的每个数字编码(包括死区控制码)进行前后半部分的互换得到第二数字代码序列。使用该第一/第二数字代码序列中的各数字代码对三相逆变器各开关元件的通断控制，即可实现对三相逆变器进行逆变控制期间进行死区控制。通过本实施例，不需要使用硬件电路来控制死区期间，可极大地提高逆变电路的可靠性。在进行具有死区控制的三相逆变控制时，可设定表5-4-1中每个死区控制码的持续时间均为δt，同时将每个数字代码原本的持续时间t减去δt作为该数字代码在具有死区控制的三相逆变控制中的实际持续时间。例如对于式(1.2.1)的数字代码而言，原持续时间t1、t2、t3、t4、t5、t6相应地变为t1-δt、t2-δt、t3-δt、t4-δt、t5-δt、t6-δt。在本发明一些实施例中，在第一数字代码序列中，当相邻的一对数字代码对应的一对状态变化点之间的时间间隔小于或等于死区控制码的持续时间δt时，可从第一数字代码序列中删除该对相邻的数字代码中的前一数字代码。换言之，为该相邻的一对数字代码中的前一数字代码所分配的持续时间非常短，甚至短于死区控制码的持续时间δt，在这种情况下，为了提高逆变控制的精确性，可将具有该较短持续时间的数字代码删除。在本发明的替代实施例中，在第一数字代码序列中，当相邻的一对数字代码对应的一对状态变化点之间的时间间隔小于或等于死区控制码的持续时间δt时，也可以不删除该对相邻的数字代码中的前一数字代码，而是取与该前一数字代码相邻的数字代码的持续时间的一部分补偿给该前一数字代码的持续时间，所取的部分时间长度只要与该前一数字代码的持续时间加起来后大于死区控制码的持续时间δt即可。仍以式(1.2.1)为例，假设6个持续时间t1、t2、t3、t4、t5、t6中的t2小于或等于死区控制码的持续时间δt，为了提高控制的精确性，可删除第一数字代码序列中对应于t2的数字代码，也即删除表5-4-1中第2列和倒数第2列的数字代码，同时根据表5-4中相邻数字代码之间死区控制码的分配方式调整原第1列和第3列之间以及原倒数第1列和原倒数第3列之间衔接的死区控制码(调整的死区控制码以加粗字体标识)后，得到如下表5-4-2所示的带死区控制码(以下划线标识)的数字代码阵列：表5-4-2同时，为了不影响要输出的正弦波的周期，可将所删除的数字代码的原持续时间加到该删除的数字代码的前一相邻数字代码的持续时间中。在本实施例中，删除的数字代码的原持续时间为t2，以表5-4-2中第一行也即s1扇区的18个数字编译为例，调整持续时间后为该18个数字编码分配的持续时间从左到右依次分别为：t1+t2-δt、δt、t3-δt、δt、t4-δt、δt、t5-δt、δt、t6-δt、δt、t5-δt、δt、t4-δt、δt、t3-δt、δt、t1+t2-δt、δt。以上实施例均以预定控制规则为根据目标调制波形上的状态变化点来排列数字代码形成第一数字代码序列为例，但本发明不限于此。在本发明另一些实施例中，预定控制规则还可以包括等面积法和电压空间矢量法等，下面对电压空间矢量法进行具体说明。利用电压空间矢量法作为预定控制规则是将所述数字代码按照电压空间矢量组合方式排列生成第一数字代码序列，其中，第一数字代码序列依次包括分别对应于6个空间矢量扇区的6组数字代码。根据电压空间矢量的定义(可参考《永磁同步电动机变频调速系统及其控制》，袁登科等编著)，共有8个电压空间矢量u0[000]、u1[001]、u2[010]、u3[011]、u4[100]、u5[101]、u6[110]、u7[111]，根据8个电压空间矢量对应的三相桥臂开关元件通断状态，可将8个电压空间矢量与表2所示的8个16进制数字代码一一对应地进行映射，如下表6所示。表6以下表7-1所示的常用的七段式电压空间矢量组合为例，并根据表6所示的电压空间矢量与数字代码之间的映射关系，可将表7-1所示的七段式电压空间矢量映射为数字代码形式，如下表7-2所示。表7-1扇区七段电压空间矢量扇区七段电压空间矢量s1u0u4u6u7u6u4u0s4u0u1u3u7u3u1u0s2u0u2u6u7u6u2u0s5u0u1u5u7u5u1u0s3u0u2u3u7u3u2u0s6u0u4u5u7u5u4u0表7-2为便于说明，将表7-1所示的电压空间矢量称为七段式第一电压空间矢量。通过将表7-2所示的数字代码组合按扇区顺序排列形成对应于电机正转的第一数字代码序列，以及将所形成的第一数字代码序列中每个数字代码的前后半部分互换(例如，将数字代码65转换为56)形成对应于电机反转的第二数字代码序列，使用该第一数字代码序列和第二数字代码序列对三相逆变器进行逆变控制，即可实现基于电压空间矢量控制规则的数字代码化三相逆变控制，本实施例极大地简化了基于电压空间矢量控制规则的三相逆变控制，特别是在电机反转期间的逆变控制方面，传统的电压空间矢量逆变控制在电机反转期间所采用的电压矢量计算公式甚至不同于电机正转期间所采用的电压矢量计算公式，造成极大的计算资源消耗，而本实施例中电机反转控制期间只需使用对第一数字代码序列进行转换生成的第二数字代码序列进行三相逆变控制，极大地简化了控制方法，很好地改进了基于电压空间矢量的逆变控制中尤其电机反转期间的逆变控制。此外，还可以将表7-2中的用于电机正转的数字代码组合先进行每个数字代码的前后半字节互换后形成表7-3中的用于电机反转的数字代码组合：表7-3本发明实施例中，还可以通过将表7-3的七段数字代码组合按照表6所示的对应关系反向映射为表7-4所示的电压空间矢量组合，可直接用于电机反转期间的电压矢量控制。为便于说明，将表7-4所示的电压空间矢量称为七段式第二电压空间矢量。表7-4在使用表7-1所示的七段式第一电压空间矢量与表7-4所示的七段式第二电压空间矢量分别控制电机运行期间，电机的运行方向相反，但输出的频率和转矩是相同的。下表7-5给出了一个具体的实施例进行说明，其中示出了每个扇区矢量的持续时间序列，时间单位为62.5ns，周期为0.333s，频率为3hz，调制度约为2x(230+250)/(2500+230+250+5000+250+230+2500)＝0.088。表7-5中的持续时间序列在极对数为2的三相异步电机上经过操作验证表明，电机在分别使用表7-1和7-4所示的第一和第二七段式电压空间矢量进行正反转控制期间输出的转矩和频率相同。表7-5在本发明一些实施例中，基于电压空间矢量控制规则的数字代码化三相逆变控制也可以结合死区控制。作为一个示例，可以参照表5-4中的相邻数字代码之间死区控制码的分配方式，在表7-2中的6个扇区的每个扇区中，在每对相邻的数字代码之间设置死区控制代码，用于在相邻的数字代码进行切换时，在预设的死区持续时间δt内控制与每对相邻的数字代码之间的变化部分对应的开关元件组进行关断。加入死区控制码后，表7-2所示的数字代码阵列转换为如下表7-6所示的形式(其中对死区控制码增加下划线以进行清楚地表示)：表7-6扇区七段数字代码及死区控制码s1555456129a8aaa8a9a12565455s2551199989a8aaa8a9a98991155s355119989a9a8aaa8a989991155s455456521a9a8aaa8a921654555s5554565646622aa226664654555s6555456466622aa226646565455通过将表7-6所示的数字编码组合按扇区顺序排列形成对应于电机正转的第一数字代码序列，以及将第一数字代码序列中每个数字编码的前后半部分互换(也即，第一数字代码序列中的每个死区控制码也需要进行前后半部分的互换)形成对应于电机反转的第二数字代码序列，使用该第一数字代码序列和第二数字代码序列对三相逆变器进行逆变控制，即可实现基于电压空间矢量控制规则的具有死区控制的数字代码化三相逆变控制。本实施例中，死区控制码的持续时间可任意设置，相应地，死区控制码前一个相邻的数字代码的原持续时间要减去死区控制码的持续时间得到可用的持续时间。通过本实施例，不需要使用硬件电路来控制死区期间，可极大地提高逆变电路的可靠性。以上给出了基于如表7-1所示的七段式第一电压空间矢量映射为数字代码阵列并按序排列形成第一数字代码序列以及转换形成第二数字代码序列的例子，但本发明不限于七段式电压空间矢量的映射，其他类型的电压空间矢量组合也可以参照上述方法进行映射为数字代码，以及进一步地设置死区控制码，例如前述参考文献中提及的五段式电压空间矢量组合的情形。此外，本发明同时还提出了几种改进的电压空间矢量组合，以进一步实现更好的技术效果。为了更好地理解本发明提出的改进的电压空间矢量组合的技术效果，在此先对传统的七段式和五段式电压空间矢量组合的特性进行简要说明。七段式和五段式电压空间矢量组合是目前业界主要使用的矢量组合，其中七段式电压空间矢量组合可参见表7-1，五段式电压空间矢量组合参见下表8-1。为便于说明，将8-1所示的电压空间矢量称为五段式第一电压空间矢量。表8-1扇区五段电压空间矢量扇区五段电压空间矢量s1u4u6u7u6u4s4u3u1u0u1u3s2u6u2u0u2u6s5u1u5u7u5u1s3u2u3u7u3u2s6u5u4u0u4u5可将表8-1所示的五段电压空间矢量映射为数字代码形式，如下表8-2所示：表8-2扇区五段数字代码扇区五段数字代码s1569aaa9a56s4a9655565a9s29a9955999as56566aa6665s399a9aaa999s66656555666通过将表8-2所示的数字代码组合按扇区顺序排列形成对应于电机正转的第一数字代码序列，以及将所形成的第一数字代码序列中每个数字代码的前后半部分互换(例如，将数字代码65转换为56)形成对应于电机反转的第二数字代码序列，使用该第一数字代码序列和第二数字代码序列对三相逆变器进行逆变控制，即可实现基于电压空间矢量控制规则的数字代码化三相逆变控制。此外，与七段式电压空间矢量组合的情况类似地，还可以将表8-2中的用于电机正转的数字代码组合先进行每个数字代码的前后半字节互换后形成表8-3中的用于电机反转的数字代码组合：表8-3扇区五段数字代码(反转)扇区五段数字代码(反转)s165a9aaa965s49a5655569as2a9995599a9s55666aa6656s3999aaa9a99s66665556566类似地，还可以通过将表8-3的五段数字代码组合按照表6所示的对应关系反向映射为表8-4所示的电压空间矢量组合，可直接用于电机反转期间的电压矢量控制。为便于说明，将8-4所示的电压空间矢量称为五段式第二电压空间矢量。表8-4扇区五段电压空间矢量扇区五段电压空间矢量s1u1u3u7u3u1s4u6u4u0u4u6s2u3u2u0u2u3s5u4u5u7u5u4s3u2u6u7u6u2s6u5u1u0u1u5上述例举的五段式和七段式电压空间矢量组合都是逆时针和顺时针交替运行。例如，七段式电压空间矢量组合的情况下，奇数扇区是逆时针运行为主(如先是u4→u6，再是u6→u4)，顺时针运行为辅；偶数扇区是顺时针运行为主(如先是u2→u6，再是u6→u2)，逆时针运行为辅。由于辅助运行期间回调幅度过大，容易造成电机转矩波动，尤其是当用于异步电机低速控制时。为此，在本发明一个实施例中，提出了一种改进的电压空间矢量组合，根据表6所示的电压空间矢量与数字代码之间的映射关系，可将上式(1)映射为下式(4.1)的电压空间矢量组合：同时，还可将上式(1)的数字代码阵列中的每个数字代码先进行前后半部分的互换后，再根据表6所示的电压空间矢量与数字代码之间的映射关系映射为下式(4.2)的电压空间矢量组合：其中，每行数字代码对应一个扇区，一共对应六个扇区。n为预定的开关角个数，当n取不同值时j的数值不同，可将式(4.1)和(4.2)根据j值的不同进行不同方式的展开。式(4.1)和(4.2)可以直接用于电压空间矢量控制方法中作为改进的电压空间矢量组合，其中式(4.1)用于电机正转期间的矢量控制，式(4.2)用于电机反转期间的矢量控制。或者也可以将式(4.1)和(4.2)的电压空间矢量映射回对应的数字代码并整体按照从左到右、从上到下的顺序分别形成第一数字代码序列和第二数字代码序列。在式(4.1)和(4.2)的矢量组合中均包括三个部分(每个部分用中括号标记)，可将三个部分中的前一个部分称为头矢量，中间部分称为主矢量，后一个部分称为尾矢量。当逆变控制中载频比(载波频率与基波频率之比)较高时，主要通过主矢量传递能量，这期间可将式(4.1)和(4.2)中的头尾矢量去除并简写为下表9-1和表9-2的形式，为便于说明，将表9-1所示的电压空间矢量称为四段式第一电压空间矢量，将表9-2所示的电压空间矢量称为四段式第二电压空间矢量：表9-1扇区四段式主矢量扇区四段式主矢量s1u1u0u4u5s4u6u7u3u2s2u5u7u6u4s5u2u0u1u3s3u4u0u2u6s6u3u7u5u1表9-2扇区四段式主矢量扇区四段式主矢量s1u4u0u1u5s4u3u7u6u2s2u5u7u3u1s5u2u0u4u6s3u1u0u2u3s6u6u7u5u4其中，表9-1的四段式第一电压空间矢量用于电机正转期间的矢量控制，表9-2的四段式第二电压空间矢量用于电机反转期间的矢量控制。以表9-1的四段式第一电压空间矢量(表9-2的四段式第二电压空间矢量以此类推)为例，在每个扇区内进行矢量的循环输出时均以逆时针为主，顺时针回调为辅，当在扇区之间进行转换时，即当以s1→s2→s3→s4→s5→s6→s1进行循环时，都是逆时针输出，没有顺时针输出，这样就使得控制电机运行时非常平稳。同时，采用表9-1和表9-2所示的四段式第一和第二电压空间矢量，相对于表7-1和表7-4所示的七段式第一和第二电压空间矢量以及表8-1和表8-4所示的五段式第一和第二电压空间矢量更容易实现控制，尤其是当进行电机运行方向的切换时，不需要使用另外的公式进行重新计算，而是只需在表9-1和表9-2所示的四段式主矢量之间切换即可。在本发明实施例中，表9-1和表9-2所示的四段式第一和第二电压空间矢量也可以结合前述实施例的死区控制码，具体为在对应6个扇区的6组数字代码的每组矢量(或与矢量对应的数字代码)中，每对相邻的矢量(或数字代码)之间均设置死区控制代码，用于在预设的持续时间内控制与每对相邻的矢量(或数字代码)之间的变化部分对应的开关元件组进行关断。添加死区控制码的方式可参照前述实施例。加入死区控制码后，表9-1和表9-2所示的四段式第一和第二电压空间矢量可表示为类似表7-3所示的全数字编码的形式(在此省略)，也可以表示为下表9-3和9-4的相邻矢量间增加死区控制码的形式(其中死区控制码加了下划线以进行区分显示)：表9-3扇区四段式主矢量扇区四段式主矢量s1u145u054u446u522s4u68au7a8u389u211s2u522u78au612u454s5u211u045u121u3a8s3u454u011u298u68as6u3a8u722u564u145表9-4扇区四段式主矢量扇区四段式主矢量s1u454u045u164u522s4u3a8u78au698u211s2u522u7a8u321u145s5u211u054u412u68as3u145u011u289u3a8s6u68au722u546u454除了上述的状态变化点规则和电压空间矢量规则，本发明的数字编码技术还可以接合其他的逆变控制规则来实现数码化逆变控制，例如永磁同步电机(pmsm)的磁场定向矢量控制技术(foc)和直接转矩控制技术(dtc)，这两种技术也可以接合到本发明的数字编码技术中，实现利用同样的数据表和算法实施同量度(频率、转矩相同)的电机正反转控制，使得控制软件的设计高度简化，并极大地提高可靠性。以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3