基于分類算法的雙三相感應(yīng)電機(jī)SVPWM

摘要：傳統(tǒng)的SVPWM算法，因其涉及較多的扇區(qū)判斷、三角函數(shù)計(jì)算和平方根運(yùn)算，其算法較為復(fù)雜。在此首先分析了基于分類算法的SVPWM的基本原理及其在計(jì)算效率上的優(yōu)勢。針對雙三相感應(yīng)電機(jī)控制的特點(diǎn)，提出基于分類算法的六相逆變器SVPWM控制算法，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該控制算法的有效性。
關(guān)鍵詞：感應(yīng)電機(jī)；雙三相；分類算法；數(shù)字信號處理器

1 引言
多相感應(yīng)電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)具有可靠性高、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、同等電壓下功率更大等優(yōu)點(diǎn)，是大功率交流變頻調(diào)速的發(fā)展方向之一。雙三相感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)為其典型代表。傳統(tǒng)的雙三相感應(yīng)電機(jī)SVPWM算法，因涉及較多的扇區(qū)判斷、三角函數(shù)計(jì)算和平方根運(yùn)算，其計(jì)算與實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。為此，國內(nèi)外學(xué)者研究了大量改進(jìn)算法。其中，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類算法已經(jīng)應(yīng)用在控制系統(tǒng)中，并且取得了較好的效果。其思想是按照預(yù)先指定的分類標(biāo)準(zhǔn)，將輸入信號通過固定的訓(xùn)練模式進(jìn)行分類、比較，最終得到較理想的輸出特性。
此處首先分析了分類算法的SVPWM原理。其次，采用基于分類算法的SVPWM控制算法，搭建了六相逆變器的SVPWM模型，并對其進(jìn)行了基于DSP的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2 基于分類算法的SVPWM原理
傳統(tǒng)的三相VSR電壓的作用方式及合成原理如圖1所示。

定義調(diào)制度為：

式中：‖ur‖為參考相電壓幅值；Udc為逆變器直流母線電壓。
傳統(tǒng)的SVPWM算法較為復(fù)雜。分類算法的思想是按照一定的分類標(biāo)準(zhǔn)，將輸入?yún)⒖夹盘柾ㄟ^固定的訓(xùn)練模式進(jìn)行分類和比較，并得到較理想的輸出特性。由于所有進(jìn)行分類的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值都已知，因此無需對其進(jìn)行訓(xùn)練。
比較網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完成后，在輸入層輸入標(biāo)幺化的輸入?yún)⒖茧妷菏噶?，則該網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點(diǎn)的值為：
net=U·W=‖U‖W‖cosθ (2)
由于輸入矢量和權(quán)值矢量均為標(biāo)幺化，中間節(jié)點(diǎn)的值可由上述兩個(gè)矢量夾角的余弦決定。贏得比較的矢量是最靠近輸入矢量的，即比較結(jié)果最大的那個(gè)中間節(jié)點(diǎn)會(huì)贏得比較。
與傳統(tǒng)的SVPWM相比，基于分類算法的SVPWM算法簡單、精確。參考電壓矢量經(jīng)過6個(gè)線性單元計(jì)算后，其結(jié)果被送入比較網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處
理。其中第k個(gè)計(jì)算單元為：
nk=‖ur‖‖uk‖cos(∠ur，uk)，k=1，2…6 (3)
通過判斷計(jì)算比較單元的兩個(gè)最大輸出值ni與ni+1，即可確定出用來合成參考電壓矢量的基矢量ui與ui+1。式(3)計(jì)算ni的方法是非線性的，實(shí)際應(yīng)用中一般采用文獻(xiàn)的方法進(jìn)行線性化處理。綜上所述，可得基于分類算法的SVPWM原理框圖如圖2所示。

3 基于分類算法的六相逆變器SVPWM
針對雙繞組的中性點(diǎn)不連接的雙三相電機(jī)所需的六相逆變器，將其分成兩個(gè)獨(dú)立切換的三相逆變器，并將開關(guān)矢量映射到逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，如圖3所示。

這樣將簡化選擇開關(guān)矢量和計(jì)算作用時(shí)間。從這一角度出發(fā)，六相逆變器SVPWM控制就是要合成兩個(gè)幅值相同，相位相差30°的參考矢量。此時(shí)，可將同一個(gè)參考矢量應(yīng)用到兩個(gè)調(diào)制器中，只要將一個(gè)調(diào)制器的開關(guān)矢量順時(shí)針移30°，即可用到另一個(gè)調(diào)制器中，如圖4所示。由圖中的兩個(gè)六邊形可以看出，ABC繞組的矢量圖與abc繞組的矢量圖并不相同。故在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，兩個(gè)繞組的開關(guān)矢量選擇和作用時(shí)間也不同。通過分類算法的SVPWM可使ABC繞組運(yùn)行在過調(diào)制區(qū)域，同樣可對abc繞組作類似控制。

結(jié)合上述分析，可得基于分類算法的雙三相感應(yīng)電機(jī)SVPWM控制框圖如圖5所示。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
使用TMS320F2812型DSP實(shí)現(xiàn)所提出的雙三相SVPWM方法，圖6示出實(shí)驗(yàn)波形。

開關(guān)頻率5 kHz，電機(jī)額定功率3 kW，額定頻率50 Hz，額定轉(zhuǎn)速970 r·min-1。圖6a，b為CCS環(huán)境下觀察的相電壓調(diào)制波波形與電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，圖6c為雙三相電機(jī)線電壓和電流波形。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，所提出的基于分類算法雙三相電機(jī)SVPWM可使電機(jī)運(yùn)行較為平穩(wěn)。

5 結(jié)論
此處首先分析了分類算法的SVPWM原理。其次，采用了基于分類算法的SVPWM控制算法，搭建了六相逆變器的SVPWM模型，并對其進(jìn)行了基于DSP的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所使用多相電機(jī)分類算法SVPWM的有效性，其方法還可進(jìn)一步擴(kuò)展到更多相數(shù)的多相電機(jī)中。