1　引　言
　　
　　在电气传动中，遍及应用脉宽调制（PWM－Pulse Width Modulation）控制技能。随着电气传动体系对其控制性能的请求不绝进步，人们对PWM控制技能展开了深入研究：从最初寻求电压波形正弦，到电流波形正弦，再到磁通的正弦，PWM控制技能不绝创新和美满。本文所采取的电压空间矢量（SVPWM－Space Vector PWM）便是一种优化的PWM要领，能明显减小逆变器输出电流的谐波因素和电机的谐波斲丧，低落脉动转矩，由于其控制大略，数字化实现方便，如今已有更换传统SPWM（SinusoidalPWM）的趋势。微机技能的不绝生长使得数字化PWM有了实现的大概和广阔的应用远景。本文采取美国德州仪器（TI）公司专为电机控制而推出的数字信号处理惩罚器（DPS）TMS320C24x系列中的TMS320F240实现SVPWM变频调速^〔1，2〕。本文先容由TMS320F240实现SVPWM的两种要领。一种用TMS320F240的老例比较成果实现。称为SWSVPWM（软件SVPWM）；另一种用TMS320F240固有的天生SVPWM的硬件电路实现，称为HWSVWM（硬件SVPWM）^〔3〕。

2　SVPWM的基源头根本理及特点
　　
　　电压空间矢量法（SVPWM，称磁通正弦PWM）是从电动机的角度出发，着眼于使电机得到幅值恒定的圆形磁场，即正弦磁通。它以三相对称正弦波电压供电时交换电动机的抱负圆形磁通轨迹为基准，用逆变器差别的开关模式孕育产生的实际磁通去逼近基准磁通圆，从而到达较高的控制性能。三相电压源型逆变桥的上桥臂和下桥臂开关状态互补，故可用3个上桥臂的功率器件的开关状态形貌逆变器的事景况态，记功率器件开通状态为“1”，关断状态为“0”，则上桥臂的开关状态有8种组合，可用矢量［a，b，c］^t表现，分别为［0 0 0］^t，［0 0 1］^t，…，［1 1 1］^t。

　　得到相电压矢量后，再应用电机同一理论和abc－dq坐标转换：

　　可以将abc坐标的8种开关状态矢量转换为dq坐标的8种电压矢量，分别记为U₀，U₆₀，U₁₂₀，U₁₈₀，U₂₄₀，U₃₀₀，U₀₀₀，U₁₁₁，称为根本电压空间矢量，此中U₀₀₀，U₁₁₁为零矢量，如图1所示。

　　SVPWM控制技能的目标便是要通过控制开关状态组合，将空间电压矢量U_out控制为按设置的参数作圆形旋转。在某个时候，U_out旋转在某个地区中，可由构成这个地区的两个非零矢量U_x和分别按映射的作用时间T₁、T₂组合得到所请求的U_out输出。从一个空间电压矢量旋转到另一个矢量的进程中，应当依照功率器件的开关状态变革最小的原则，即应当只有一个功率器件的开关状态产生变革。基于这一原则，可以选定各根本空间电压矢量之间的旋转方向，先作用的U_x被称为主矢量，后作用的被称为辅矢量。于是U_out可以表现为

　　由于T₁、T₂之和小于T_P之和小于T_P（载波周期），必要用零矢量U_{0 0 0}或U_{1 1 1}插入，插入时间为T₀，T₁＋T₂＋T₀＝T_P。零矢量对U_out的大小无影响，仅对设置的频率起到补偿作用。在很高的开关频率下，每个转换周期中U_out可以当作是常数，由上式可写成：

用该式可以在dq平面中，分别求出T₁，T₂。
　　电压空间矢量U_out的大小代表三相电机线电压的有效值，其频率也是三相电机的频率，控制U_out的大小、旋转速率和方向就能实现变频调速。图1所示由根本电压空间矢量构成的六边形的内切圆是U_out所能到达最大轨迹，以是U_out的最大值为相应的电机的线电压和相电压为和V_dc／，这是平凡SPWM最大值的倍，因此SVPWM的直流电压利用率也是最高的^〔4〕。

3　基于TMS320F240天生SVPWM
　　
　　TMS320F24x是美国TI公司新开辟的专门用于电机控制的DSP芯片，除了DSP所固有的高速谋略特性（50ns的指令周期）、硬件乘法器以外，还内部集成了三相PWM波形产生器，两者的连合，使我们完全能通过及时谋略来孕育产生恣意频率的SVPWM波。
　　
　　TMS320C24x系列产品为电机控制计划了专门的PWM天生电路，如图2所示。
　　
　　从片内天生PWM的硬件布局图2中可以看到PWM天生由特定的寄存器分别控制：

　　（1）COMCON［12］控制PWM输出是老例比较控制PWM方法（SWSVPWM），还是硬件SVPWM方法（HWSVPWM）。
　　（2）ACTR［12－15］中是当前矢量，根据U_out的位置写入相应的值，采取HWSVPWM时利用。
　　（3）T1CON［11－13］控制天生对称或不同错误称的PWM波形，去世区时间设置DBTCON，在时钟为50ns时，设置的去世区时间范畴是0～102．4μs。
　　（4）COMCON控制PWM输出或高阻态输出，可用于体系出现妨碍时及时掩护。
　　（5）CMPRx（x＝1，2，3）3个比较寄存器分别映射何时开通a、b、c三相，其值的大小由主、辅矢量和零矢量的作用时间决定，采取SWSVPWM时利用。

3．1　SWSVPWM天生要领

　　采取软件天生SVPWM的进程是，当定时器的计数器累加到便是CMPRx＝1，2，3）的值时，就会变化空间矢量映射的控制信号输出。比方在CMPR1中写入0．25T₀，CMPR2中写入0．25T₀＋0．5T₁，CMPR3中写入0．25T₀＋0．5T₁＋0．5T₂，定时器的计数器值逐一与CMPRx相立室，就会输出图3a所示的PWM波形。因此，天生SVPWM的步伐——定时器停止子步伐要完成的任务已经非常明白了。在主步伐中根据控制战略谋略出必要的频率，等待停止的孕育产生。在定时器停止子步伐中，根据此时的f和U_out确当前位置确定出下一个载波周期中U_out的位置，确定主矢量和辅矢量，并谋略出它们分别作出的时间T₁、T₂，得到产生区配的时间值，写入到CMPRx中。如图3所示，Ⅰ区主矢量是U₀，辅矢量是U_±60，Ⅱ区主矢量是U₁₂₀，辅矢量是U₆₀，别的地区类推。

3．2　HWSVPWM天生要领
　　
　　在每一个PWM周期中，将完成举措：周期一开始，就根据ACTR［14－12］中定义的矢量设置PWM输出；在向上记数进程中，在0．5T₁时候产生第一次比较立室（计数器中值与CMPR1中值相称），根据ACTR［15］（0表现逆时针旋转，1表现顺时针旋转）定义的旋转方向，将PWM输出转换成辅矢量，在0．5T₁＋0．5T₂时候，产生第二次比较立室时（计数器中值与CMPR2中值相称），将PWM输出转换成两种零矢量中的一种；在向下记数进程中，与前半周对称输出。图4所示是Ⅰ区和Ⅱ区的SVPWM波形图，别的地区类推。

3．3　SWSVPWM和HWSVPWM的比较
　　
　　通过阐发可以看出，在每个PWM周期，SWSVPWM波形以零矢量U₀₀₀开始和结束，每个逆变桥臂状态均变化，以是参加去世区后三相电压仍旧均衡，并不影响逆变器线电压；而HWSVPWM波形因此ACTR［14－12］中设置的矢量开始的，并以它结束，有一个桥臂状态始终不变化，开关次数淘汰了，从而淘汰了开关斲丧，去世区只影响两个桥臂，以是引起线电压波形谐波分量，当开关频率较高（如20kHz）、去世区时间较小时，谐波分量较小。别的HWSVPWM谋略量少，占用CPU时间少。表1是HWSVPWM和SWSVPWM的比较。

4　实行阐发
　　
　　利用TMS320F240芯片，加上须要的外围电路，构成最小DSP体系。智能功率模块采取了西门子的P221，最高开关频率可高达20kHz，去世区时间只有2μs，再加上进线滤波、整流电路，就可以做成一个大略实用的变频调速体系。实行电机1台为750W三相鼠笼电动机，1台100W三相绕线式电动机，负载为1台180W并励式直流发电机带滑线式变阻器。实行采取SWSVPWM要领，并与平凡SPWM要领做了比较。
　　
　　实行结果如图5、6、7所示，从实行观察到的输出电压波形，电流波形正弦性好；通过FFT更改，发明SVPWM的谐波消除结果明显，尤其6k±1次谐波在0～1．22kHz范畴内根本上都被消除，其谐波幅值均比基波幅值小30dB以上。

5　结　论
　　
　　本文研究了用DSP芯片TMS320F240实现SVPWM的要领。颠末阐发和实行，结果表明：
　　（1）SVPWM谐波优化程度高，消除谐波结果比SPWM要好，实现容易，并且大概进步电压利用率。
　　（2）SVPWM比较得当于数字化控制体系，以微控制器为内核的数字化控制体系是生长趋势，以是SVPWM应是优先的选择。
　　（3）以TI公司的TMS320F240为内核，构玉成数字控制体系，可以以两种方法孕育产生SVPWM，在一样平常的中小功率变频调速体系中，采取该芯片实现SVPWM控制技能黑白常得当的。

参考文献：

［1］　TMS320C24X DSP Controllers－peripheral Library and Specific Devices〔J〕．1997，2．
［2］　TMS320C24X DSP Controllers－CPU System，and Instruction Set〔J〕．1997，1．
［3］　Zhenyu Yu．Space－Vector PWM Technique WithTMS320C24x／F24x Using Hardware and Software Determined Switching Patterns〔J〕．1999．
［4］　Zhenyu Yu，Figoli，David．AC Induction Motor ControlUsing ConstantV／HzPrinciple and Space- Vector PWM Technique With TMS320C240〔J〕．1998.