电机控制系统及svpwm的死区插入方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种空间矢量脉宽调制SVPWM的死区插 入方法以及一种电机控制系统。
【背景技术】
[0002] 在电机控制的脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM)中，最常用的调制方法是 空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)。当控制器的输出电 压工作在电压空间内部时，采用三相调制方式输出的各相电平均为调制电平（上下桥臂均 为调制电平称为调制状态）。当控制器的输出电压到达电压空间边界时，至少有一相电平为 恒定电平（上桥臂为恒定高电平称为恒高状态，上桥臂为恒定低电平称为恒低状态）。
[0003] 也就是说，在采用三相调制方式时，当输出电压工作在电压空间内部时，各相电平 只有调制状态；当输出电压从电压空间边界不同区间切换，或者从电压空间边界到电压空 间内部切换时，各相电平会出现恒高状态与恒低状态之间、恒高状态与调制状态之间或者 恒低状态与调制状态之间的切换，这种直接切换可能造成功率开关管因短暂直通而损坏。
[0004] 相关技术中，通过限制输出电压的幅值使其不工作在电压空间边界，或者限制各 相电平的PWM波形的占空比使其不出现恒高状态或者恒低状态来避免上述情况的发生， 但是该方法减小了实际的电压空间，造成了实际输出电压与期望输出电压之间存在较大偏 差，降低了系统的控制性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0006] 为此，本发明的一个目的在于提出一种SVPWM的死区插入方法，能够避免功率开 关管出现短暂直通的危险，保证不同PWM周期输出状态之间切换的可靠性，减小了实际输 出电压与期望输出电压之间的偏差。
[0007] 本发明的另一个目的在于提出一种电机控制系统。
[0008] 为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种SVPWM的死区插入方法，包括 以下步骤：获取控制器的当前PWM周期输出状态；判断所述当前PWM周期输出状态是否与 所述控制器的下一个PWM周期期望输出状态相同；如果所述当前PWM周期输出状态与所述 下一个PWM周期期望输出状态不同，则根据所述当前PWM周期输出状态与所述下一个PWM 周期期望输出状态进一步判断是否在下一个PWM周期开始前插入死区时间。
[0009] 根据本发明实施例的SVPWM的死区插入方法，获取控制器的当前PWM周期输出状 态，并判断当前PWM周期输出状态是否与控制器的下一个PWM周期期望输出状态相同，如 果当前PWM周期输出状态与下一个PWM周期期望输出状态不同，则根据当前PWM周期输出 状态与下一个PWM周期期望输出状态进一步判断是否在下一个PWM周期开始前插入死区时 间。因此，本发明实施例的SVPWM的死区插入方法通过插入死区时间来避免功率开关管出 现短暂直通的危险，从而能够有效地避免功率开关管因短暂直通而损坏，同时扩展了实际 输出的电压空间，保证了不同PWM周期输出状态之间切换的可靠性，减小了实际输出电压 与期望输出电压之间的偏差，提高了系统的控制性能。
[0010] 根据本发明的一个实施例，上述的死区插入方法，还包括：如果所述当前PWM周期 输出状态与所述下一个PWM周期期望输出状态相同，则无需插入所述死区时间。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述死区时间为所述控制器的过渡PWM周期，所述过 渡PWM周期包括过渡恒高状态、过渡恒低状态和过渡调制状态。
[0012] 根据本发明的一个实施例，所述控制器的PWM周期输出状态包括恒高状态、恒低 状态和调制状态，其中，根据所述当前PWM周期输出状态与所述下一个PWM周期期望输出状 态进一步判断是否在下一个PWM周期开始前插入死区时间，具体包括：如果所述下一个PWM 周期期望输出状态为调制状态，并且所述当前PWM周期输出状态为所述恒低状态或者所述 过渡恒低状态，则无需插入所述死区时间；如果所述下一个PWM周期期望输出状态为所述 调制状态，并且所述当前PWM周期输出状态为所述恒高状态或者所述过渡恒高状态，则在 下一个PWM周期开始前插入所述死区时间，以使所述下一个PWM周期输出状态为所述过渡 调制状态；如果所述下一个PWM周期期望输出状态为所述调制状态，并且所述当前PWM周期 输出状态为所述过渡调制状态，则所述下一个PWM周期输出状态为所述调制状态。
[0013] 根据本发明的一个实施例，根据所述当前PWM周期输出状态与所述下一个PWM周 期期望输出状态进一步判断是否在下一个PWM周期开始前插入死区时间，还包括：如果所 述下一个PWM周期期望输出状态为所述恒高状态，并且所述当前PWM周期输出状态为所述 调制状态或者所述过渡调制状态，则在下一个PWM周期开始前插入所述死区时间，以使所 述下一个PWM周期输出状态为所述过渡恒高状态；如果所述下一个PWM周期期望输出状 态为所述恒高状态，并且所述当前PWM周期输出状态为所述恒低状态或者所述过渡恒低状 态，则在下一个PWM周期开始前插入所述死区时间，以使所述下一个PWM周期输出状态为所 述过渡恒高状态；如果所述下一个PWM周期期望输出状态为所述恒高状态，并且所述当前 PWM周期输出状态为所述过渡恒高状态，则所述下一个PWM周期输出状态为所述恒高状态。
[0014] 根据本发明的一个实施例，根据所述当前PWM周期输出状态与所述下一个PWM周 期期望输出状态进一步判断是否在下一个PWM周期开始前插入死区时间，还包括：如果所 述下一个PWM周期期望输出状态为所述恒低状态，并且所述当前PWM周期输出状态为所述 调制状态或者所述过渡调制状态，则无需插入所述死区时间；如果所述下一个PWM周期期 望输出状态为所述恒低状态，并且所述当前PWM周期输出状态为所述恒高状态或者所述过 渡恒高状态，则在下一个PWM周期开始前插入所述死区时间，以使所述下一个PWM周期输出 状态为所述过渡恒低状态；如果所述下一个PWM周期期望输出状态为所述恒低状态，并且 所述当前PWM周期输出状态为所述过渡恒低状态，则所述下一个PWM周期输出状态为所述 恒低状态。
[0015] 根据本发明的一个实施例，所述过渡PWM周期根据PWM波形的发生方式以及所述 PWM波形的实际输出电压与期望输出电压之间的最小差值来确定。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述PWM波形的发生方式包括以下几种：（1)互补对称 PWM波形发生方式；（2)不互补但对称PWM波形发生方式；（3)互补但不对称PWM波形发生 方式；以及（4)不互补且不对称PWM波形发生方式。
[0017] 此外，本发明的实施例还提出了一种电机控制系统，其包括上述的SVPWM的死区 插入方法。
[0018] 该电机控制系统通过上述的SVPWM的死区插入方法，能够有效地避免功率开关管 因短暂直通而损坏，同时扩展了实际输出的电压空间，保证了不同PWM周期输出状态之间 切换的可靠性，减小了实际输出电压与期望输出电压之间的偏差，提高了系统的控制性能。
[0019] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0020] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0021] 图1为根据本发明实施例的SVPWM的死区插入方法的流程图；
[0022] 图2为根据本发明一个实施例的在三相调制方式中基本电压矢量与内部电压矢 量之间切换的电平状态分析图；
[0023] 图3为根据本发明一个实施例的基本电压矢量与边界电压矢量之间切换的电平 状态分析图；
[0024] 图4为根据本发明一个实施例的基本电压矢量之间切换的电平状态分析图；
[0025] 图5为根据本发明一个实施例的所有PWM周期输出状态切换情况分析图；
[0026] 图6为根据本发明一个实施例的PWM周期输出状态切换时死区时间插入的不意 图；
[0027] 图7为根据本发明一个实施例的所有PWM周期输出状态切换的有限状态机；
[0028] 图8为根据本发明一个实施例的互补对称PWM波形发生方式的过渡PWM周期的示 意图；
[0029] 图9为根据本发明另一个实施例的不互补但对称PWM波形发生方式的过渡PWM周 期的示意图；
[0030] 图10为根据本发明又一个实施例的不对称PWM波形发生方式的过渡PWM周期的 示意图；
[0031] 图11为根据本发明另一个实施例的在两相调制方式1中基本电压矢量与内部电 压矢量之间切换的电平状态分析图；
[0032] 图12为根据本发明另一个实施例的不同区间的内部电压矢量切换的电平状态分 析图；
[0033] 图13为根据本发明又