基于SVPWM以及實際MCU定時器輸出脈沖的中心對齊模式

一、扇區矢量切換點確定

模型按七段式的三相橋臂切換時間搭建，如I扇區內，確定逆變臂的開關順序為七段000-100-110-111-111-110-100-000；

（第I扇區）

由于其為三角波調制，其定時中心對稱、每個合成矢量的作用周期固定為Tpwm，則可定義：

（三相切換點）

同理在第Ⅱ扇區內，逆變橋臂的開關順序為000-010-110-111-111-110-010-000：

（第2扇區）

在第Ⅲ扇區內，逆變橋臂的開關順序為000-010-011-111-111-011-010-000：

（第3扇區）

在第Ⅳ扇區內，逆變橋臂的開關順序為000-001-011-111-111-011-001-000：

（第4扇區）

在Ⅴ扇區內，逆變橋臂的開關順序為000-001-101-111-111-101-001-000：

（第5扇區）

在Ⅵ扇區內，逆變橋臂的開關順序為000-100-101-111-111-101-100-000：

（第6扇區）

三相電壓開關比較切換點Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3與各扇區的關系可列出如下表格方便查詢：

（扇區切換表）

綜上我們得到了各時刻所需的空間電壓矢量及持續時間，實際應用中可在處理器中賦值對應通道的定時器，捕獲比較寄存器產生PWM波形，控制逆變橋，進而產生期望的電壓、電流、力矩。

二、基于simulink仿真建模

基于以上的分析，為了驗證該算法是準確性，接下來我們就根據原理搭建相關模型：

搭建切換點定義模塊如下，輸入變量為過調制后的T1、T2及Tpwm；

（切換點定義）

搭建根據扇區自動選擇相應的比較切換點模塊如下，輸入變量為扇區N及三相切換點Ta、Tb、Tc，此處我們需要留意，各扇區內三相切換點相對于的載波比較點并不一致，這與馬鞍波密切相關；

（各扇區自動選擇切換點模塊）

搭建PWM互補輸出模塊，輸入變量為三角載波與比較點，差值比較輸出開關動作，由于此模型僅驗證其原理，所以并沒有依據實際應用加入死區時間；

（互補PWM輸出模塊）

（Spwm匯總模塊）

綜上就是SVPWM算法的實現方式，其中主要包括參考電壓矢量的扇區判斷、零/非零矢量用時間計算以及切換時間點確定，最后利用三角載波與切換點比較輸出PWM。到這我們將SVPWM模塊匯總到單個模塊方便后續調用，后接的逆變橋與電機就直接使用simulink庫自帶的模型。

三、開環仿真運行驗證

到這我們搭建開環SVPWM模型驗證各項參數，將之前已經搭建的功能模塊連接起來，逆變橋與電機選用simulink庫自帶模塊。具體參數設置為：直流側電壓Udc =96 V，PWM開關頻率16KHz，仿真算法采用變步長ode23 tb 算法，仿真步長設置為5e^-6，其余變量保持初始值不變。

仿真條件為：給定Ud、Uq值進行Park反變換為三相正弦，Clark正變換為α、β給到Svpwm模塊。電機給定轉速設定為600 r/ min ，初始時刻負載轉矩0.1N?m 。

（開環總體框架）

（逆變橋模塊）

（電機模塊）

設定Ud為0，Uq=24V，仿真運行首先我們看切換點前后的馬鞍波，從仿真波形來看到其實馬鞍波的來源是三相切換點時間的組合值，當然網上很多資料推測是三相正弦疊加而來這個說法是有待商榷的。

（切換點前后馬鞍波）

根據仿真我們可以得出結論：其實馬鞍波是SVPWM算法的特點，計算得到的三相切換點時間波形就是如此，只是經過了不同扇區的組合，才形成了馬鞍波,并不存在三次諧波。

如下為電機轉速波形，開環的效果比較理想，雖然啟動時有較大的超調量，但是轉速很快就能穩定在600轉，但由于沒有引入閉環控制，所以還是有輕微的波動。

（轉速）

（Ud、Uq、角速度給定值）

（Id、Iq反饋值）

***四、七段式與五段式對比 ***

在SVPWM 方案中有基于軟件模式（七段式算法）和硬件模式（五段式算法)，其中零矢量的穿插是最具靈活性的。

五段式每個Tpwm僅在中間段插入零矢量，每個周期相比七段式減少了1/3的開關次數，減緩了開關器件在負載電流較大時開關動作損耗。

對于七段式SVPWM 算法而言，基本矢量作用順序為：在每次開關狀態轉換時，只改變其中一相的開關狀態，且零矢量在時間上平均分配，產生的PWM 對稱，還能夠降低PWM的諧波分量。

（七段式三相驅動）

（五段式三相驅動）

（七段式相電流）

（五段式相電流）

（七段式諧波含量）

（五段式諧波含量）

從仿真數據中我們可以明顯對比出，五段式的驅動波形在每個扇區總有一相的開關管不動作得以休息，相比七段式可減少1/3的開關損耗。

但由于扇區間的銜接是不對稱的，所以相電流的波形相比七段式波動更明顯，從頻譜分析中我們也明顯可以對比出，七段式的3次諧波含量為3.45%，而五段式的3次諧波含量為4.12%。

從開環模型的仿真結果來看，五段式算法切合實際的應用，七段式的算法受限于開關元件的性能但有利于更理想的電機運轉，可以按應用場景進行選擇。

** 總結** ：本次開環仿真也是基于最基本的Svpwm算法搭建，所用的參數及模型均為理想值，對于實際應用僅作為參考價值。