空间矢量pwm零基本电压矢量随机化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交流变频技术领域，具体涉及一种空间矢量PffM零基本电压矢量的随 机化方法。
【背景技术】
[0002] 两电平三相逆变器可实现将直流电转化为频率与幅值可变的交流电，得到了广泛 的应用。例如，在电动汽车的驱动系统中，逆变器负责将电池输出的直流电转化为三相交流 电，进而驱动三相永磁同步电动机，如图1所示。逆变器输出的交流电是由电压脉冲根据时 间平均的原理来等效的，即脉冲宽度调制（PWM)技术。在两电平三相逆变器中普遍采用的 是空间矢量PWM(SVPffM)技术。输出的电压中除了要求的基波电压之外，还包含着大量的谐 波，这些谐波带来了能量损耗、电磁辐射等问题。尤其是确定性SVPffM策略的大幅值谐波主 要集中在开关频率的整数倍附近，因此这些频率附近的电磁辐射等不良效应就显得更加严 重。与之对应的随机SVPffM策略能极大地削弱这些集簇大幅值谐波的峰值、改善谐波特性， 具有重要的实用价值及理论意义。
[0003] 在两电平三相逆变器中，采用SVPffM技术时功率开关管的开关状态一共有8种，对 应着8个基本电压矢量，分别为6个非零基本电压矢量)与2个零基本 电压矢量如图2所示。任何一个目标电压矢量都是在开关周期内由这8个基本 的电压矢量按照矢量和成的方法进行等效。在矢量和成的过程中，零基本电压矢量(ILij. )通常都是必须的。在随机SVPffM策略中，两个零基本电压矢量（;?=:?)的作用时间分配 关系是一个很重要的随机化的因素。
[0004] 逆变器与SVPffM策略都属于高度非线性系统，尤其是随机化使系统变得复杂，使 逆变器性能的全面分析变得更加困难，这就加大了设计、控制与性能评估的难度。随机过程 的原理与技术可用于对随机SVPffM策略进行设计与性能评估；但是，两个零基本电压矢量 的随机化等效于在隐含的调制波中引入了随机性部分。而这个随机性部分的统计特征参数 随着时间不断变化，这就导致了基于平稳随机过程的很多研究方法与分析工具不能有效地 应用，极大地限制了随机SVPffM策略的设计、性能评估及新策略的开发。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种空间矢量PffM(SVPffM)零基本 电压矢量随机化方法，能实现充分的随机化，又能使隐含的调制波中的随机性部分的统计 特征参数不随随着时间变化，方便基于平稳随机过程的很多研究方法与分析工具的有效应 用。
[0006] 本发明所采用的技术方案如下所描述： 一种空间矢量PWM零基本电压矢量随机化方法，相电压隐含的调制波分解为确定性部 分与随机性部分，所述随机性部分的均值为0,所述随机性部分的标准差在同一调制比下都 保持恒定。
[0007] 进一步地，所述零基本电压矢量的随机化范围为一个完整的调制波周期内所述零 基本电压矢量最小的作用时间。
[0008] 进一步地，在确定所述零基本电压矢量及的作用时间时，具体步骤为： Sl :根据目标电压矢量计算非零基本电压矢量的作用时间，以及所述零基本电压矢量 1|及_总的作用时间&。； S2:计算所述零基本电压矢量的随机化范围rR; 53 :生成区间[-0. 5,0. 5]上代表随机方法中体现随机变量的随机数R ; 54 :所述零基本电压矢量:?的作用的时间&v。。及,的作用时间为
[0009] 进一步地，当用于7段对称调制方式时，所述零基本电压矢量的随机化范围为每 个扇区中间对应的所述零基本电压矢量的作用时间。
[0010] 进一步地，当用于7段对称调制方式时，所述零基本电压矢量的随机化范围为每 个扇区中间对应的所述零基本电压矢量的作用时间再减去电流测量中需要的最小保持时 间；当所述零基本电压矢量的随机化范围小于〇时，将其设为0。
[0011] 在上述的方案中，不同开关周期中随机变量相互独立。
[0012] 更进一步地，当用于所有开关周期中相互独立的随机变量分布特征相同的情况 时，将这些所有的随机变量综合为一个随机变量，以此生成随机数。
[0013] 本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果： (1)本发明提供的空间矢量PWM零基本电压矢量随机化方法中，相电压隐含的调制波 中的随机性部分的均值为0、标准差为恒定值。使调制波的随机性部分可近似为平稳随机 过程，能够充分利用随机过程的研究方法与分析工具进行随机SVPffM策略的设计与性能评 估，可极大地促进随机SVPffM策略的应用与新策略的开发。
[0014] (2)本发明提供的空间矢量PffM零基本电压矢量随机化方法中，零基本电压矢量 随机化的范围为一个完整的调制波周期内所述零基本电压矢量最小的作用时间，这个时间 在一个调制波周期内只与调制策略本身与目标电压矢量的幅值/调制比有关。当调制策略 确定时，这个最小值时间为调制比的单值函数，容易确定。特别是7段对称调制方式时，随 机化范围为每个扇区中间对应的零基本电压矢量的作用时间，其为调制比的线性函数，极 大地方便在数字控制系统中的应用。
[0015] (3)本发明提供的空间矢量PffM零基本电压矢量随机化方法中，随机化范围中包 含了电流测量中需要的最小保持时间，充分利用了目前成熟的基于确定性SVPffM的电机闭 环控制的软硬件系统。只需要修改程序中两个零矢量作用时间的分配比例，硬件上不需要 做任何改动，进而保证了电机闭环控制中电流测量的精度及系统的性能。
【附图说明】
[0016] 图1为两电平三相逆变器与电动机连接方法示意图； 图2为基本电压矢量及合成方法示意图； 图3为目标电压矢量合成的一种方法； 图4为7段对称SVPffM合成法示意图； 图5为7段对称SVPffM隐含的调制波及零序分量示意图； 图6为7段对称SVPffM隐含的调制波组成部分示意图； 图7为7段对称SVPffM零序分量组成部分示意图； 图8为调制比为0. 8时7段对称SVPffM随机化范围示意图； 图9为调制比为0. 8时7段对称SVPffM恒定随机化范围示意图。
【具体实施方式】
[0017] 本发明的目的在于提供一种空间矢量PffM零基本电压矢量随机化方法，使随机空 间矢量PWM(SVPffM)策略下隐含的调制波中的随机性部分的统计特征参数不随时间变化， 解决了基于平稳随机过程的很多研究方法与分析工具不能有效地应用、导致性能评估与特 性分析起来困难的技术问题。
[0018] 为了达到上述目的，本发明提供了一种空间矢量PffM零基本电压矢量随机化方 法，将相电压隐含的调制波分解为确定性部分与随机性部分，所述随机性部分的均值为〇， 所述随机性部分的标准差在同一调制比下都保持恒定。
[0019] 其中，所述零基本电压矢量的随机化范围为一个完整的调制波周期内所述零基本 电压矢量最小的作用时间。
[0020] 在确定所述零基本电压矢量/\及|\的作用时间时，具体步骤为： Sl :根据目标电压矢量计算非零基本电压矢量的作用时间，以及所述零基本电压矢量 1|及_总的作用时间&。； S2:计算所述零基本电压矢量的随机化范围rR; 53 :生成区间[-0. 5,0. 5]上代表随机化方法中体现随机变量的随机数R ; 54 :所述零基本电压矢量:?的作用的时间&v。。及A的作用时间为
[0021] 7段对称式SVPffM策略应用最为广泛，如图2中给出的A、B、C三相上臂开关脉冲 的形式。此时，所述零基本电压矢量的随机化范围为每个扇区中间对应的所述零基本电压 矢量的作用的总时间。
[0022] 在基于SVPffM技术的电机闭环控制系统中，需要采集三相电流，通常情况下在PffM 开关周期的中间时刻测量。为了减小脉冲跳变的干扰与提高相电流的稳定性，进而提高测 量的精度，当用于7段对称式SVPffM策略时，所述零基本电压矢量的随机化范围为每个扇区 中间对应的所述零基本电压矢量的作用时间再减去电流测量中需要的最小保持时间；当所 述零基本电压矢量的随机化范围小于〇时，将其设为〇。
[0023] 在上述的实施方式中，不同开关周期中随机变量相互独立，也就是说，它们可以服 从不同的概率分布。
[0024] 当不同开关周期中随机变量用于所有开关周期中相互独立的随机变量分布特征 相同的情况时，将这些所有的随机变量综合为一个随机变量，以此生成随机数。
[0025] 下面结合附图和具体实施例来对本发明进行描述。
[0026] 本发明提供的空间矢量PffM零基本电压矢量随机化方法适用的两电平三相逆变 器如图1所示，图中连接了 Y型电动机负载。逆变器中每相上下两个开关管成互补导通。不 同的开关状态可以形成8个基本的电压矢量，包括6个非零基本电压矢量( )和2个零电压矢量(||_s:)，如图2所示。图中：1表示上臂导通，0表示下臂导通。以6个 非零基本电压矢量的端点为顶点的正六边形可分为如图2所示的6个区：1、II、III、IV、V、 VI0
[0027] 任何一个命令电压矢量_都是由非零基本电压矢量( If 1????!?? )中的若干 个以及零基本电压矢量(fVU通过矢量合成得到，合成时需要在开关周期rs上