svpwm过调制算法研究与实现 [MELP声码器的算法研究及实现]

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基于叠加原理的svpwm过调制算法

基于叠加原理的svpwm过调制算法

基于叠加原理的svpwm过调制算法
基于叠加原理的svpwm过调制算法是一种用于控制电机的矢量调制技术,通过在正常svpwm算法的基础上添加过调制信号,在一定程度上提高了电机的性能。

svpwm算法是一种用于生成三相电压的控制方法,通过调节三相电压的大小和相位,实现对电机的转速和转矩的控制。

基于叠加原理的svpwm过调制算法在svpwm算法的基础上,增加了过调制信号。

过调制信号是一种高频信号,在svpwm算法中与正常的三相电压信号叠加,使得输出的电压具有更高的频率分量。

这样可以提高电机的输出效果,提高其响应速度和转矩响应能力,减少电机转速递减时的电流重构。

具体实现过程如下:
1. 根据电机的输入电压和频率,计算出正常的svpwm的三相电压波形。

2. 生成过调制信号,可以是一段高频正弦波或三角波。

3. 将过调制信号与svpwm的三相电压波形进行叠加。

4. 对叠加后的信号进行幅值限制,使得幅值在电机的输入电压范围内。

5. 将叠加后的信号送入电机的驱动器,实现对电机的控制。

通过添加过调制信号,可以改善电机的输出效果,提高其性能指标,但同时也会增加电机系统的复杂性和成本。

因此,在应用过调制算法时,需要综合考虑电机的性能需求和系统的可行性。

SVPWM的原理与法则推导和控制算法详解

SVPWM的原理与法则推导和控制算法详解

SVPWM的原理与法则推导和控制算法详解SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)是一种常用于电力电子系统中的调制技术,用于控制交流电机的转速和输出电压。

它通过在电机相电流中施加适当的电压向量来控制电机的输出。

SVPWM的原理基于矢量变换理论和电压空间矢量的概念。

在SVPWM中,通过合理地选择电机相电流的方向和幅值,可以实现各种输出电压波形。

具体来说,SVPWM通过将输入直流电压转化为三相交流电压,然后按照一定的时序开关三相电压源,最终实现对电机的控制。

对于输入直流电压Vin和电机的相电流ia,ib和ic,SVPWM的推导可以分为以下几个步骤:1.将三相电流转换为两相电流:α = ia - ib / √3β = (2*ic - ia - ib) / √6其中,α和β分别表示两个正交轴向的电流分量。

2.计算电机相电流的矢量和以及矢量角度:i=√(α^2+β^2)θ = arctan(β/α)其中,i表示电流的矢量和,θ表示电流矢量的角度。

3.通过计算矢量角度来确定电压空间矢量的方向:根据电流矢量角度的范围,将电流矢量所在的区域划分为6个扇区(S1-S6),每个扇区对应一个电压空间矢量的方向。

4.计算电压空间矢量的幅值:根据电流矢量的大小,计算得出在相应扇区内的电压空间矢量的幅值。

5.根据电压空间矢量的方向和幅值,计算各相电压的占空比:根据电压空间矢量的方向和幅值,可以得出控制电机的各相电压的占空比。

1.读取电机的输入参数,包括电流、速度和位置信号。

2.根据输入参数计算出电机相电流的矢量和和矢量角度。

3.根据矢量角度确定电压空间矢量的方向。

4.根据矢量角度和矢量幅值计算电压空间矢量的幅值。

5.根据电压空间矢量的方向和幅值,计算出各相电压的占空比。

6.将占空比参考信号与电机的PWM生成模块相结合,通过逆变器将控制信号转化为交流电压,并驱动电机运行。

7.循环执行以上步骤,并实时调整占空比,以实现对电机速度和输出电压的精确控制。

SPWM及SVPWM的研究与DSP实现

SPWM及SVPWM的研究与DSP实现

SPWM及SVPWM的研究与DSP实现潘高超(南通大学电气工程学院,江苏南通)摘要:基于异步电机矢量控制的变频调速系统因具有直流电机无可比拟的调速精度、调速范围和更快的响应速度,目前已成为国内外专家热学者们研究的热点。

本文会对异步电动机变频调速系统进行研究与探讨,并在全面理解SPWM与SVPWM控制原理的基础上,提出以TMS320F2812 DSP为核心的系统软、硬件设计方案,并分别结合SPWM和SVPWM技术实现开环VVVF调速系统。

关键词:异步电机,变频调速,SPWM,SVPWM,DSP实现,开环VVVF调速中图分类号TM464 中图分类号 A1 引言脉冲宽度调制技术(Pulse Width Modulation―PWM)是变频调速控制的核心技术之一,是实现所有控制算法和目标运算的重要途径。

PWM技术的基本思想是:通过控制逆变电路中电力电子器件的开通或者关断,输出电压为幅值相等、宽度按照一定规律变化的脉冲序列,用这种高频脉冲序列代替期望的输出电压。

这是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

SPWM就是在PWM的基础上改变调制脉冲方式,使得脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列,其输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。

它是一种比较成熟且使用比较广泛的PWM波控制方法。

该方法的实现有以下几种方案:(1)等面积法用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的。

由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点。

(2)硬件调制法硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。

SVPWM算法研究与试验应用

SVPWM算法研究与试验应用

SVPWM算法研究与试验应用SVPWM算法是一种针对空间矢量调制技术的高级控制算法,用于对三相交流电机进行精密控制。

该算法可以通过改变参考电压矢量的相位和大小,控制电机的电流和速度,并且具有较高的动态响应能力和控制精度。

SVPWM算法的基本原理是通过将三相交流电压转换为一个空间矢量,并将其控制在一个特定的方向和大小,从而实现电机驱动控制。

具体而言,该算法将三相电压看作一个三角形,通过通过调整参考电压的大小和相位,控制电机的电流和速度。

其中,电机的电流和速度与参考电压的相位差和大小有关。

SVPWM算法适用于多种交流电机驱动控制,如变频空调、电动汽车、电动机、风电等领域,广泛应用于工业自动化和控制系统中。

在实际应用中,为了提高算法的可靠性和灵活性,通常需要通过建立基于SVPWM算法的电机模型和控制系统,进行动态仿真和试验分析,以验证控制算法的性能和有效性。

在电机控制系统中,SVPWM算法通常与其他控制算法组合使用,如PID控制、电流矢量控制、位置控制等,实现更加稳定和高效的电机驱动控制。

同时,也需要针对不同应用场景和电机参数调整控制系统的参数和配置,以保证控制系统的效率和精度。

总之,SVPWM算法作为一种高级控制算法,在工业自动化和控制系统中具有广泛的应用前景。

通过建立电机模型和控制系统,可以实现SVPWM算法的实验验证和优化,同时也可以使控制系统更加灵活和智能,为电机控制和工业应用带来更大的价值和效益。

为了更好地了解市场变化和消费者需求,许多公司会收集大量的数据并进行分析。

以下是一些可能的相关数据,以及对其进行分析的例子。

1. 销售额数据:通过对销售额数据进行分析,公司可以了解销售趋势和产品受欢迎程度。

例如,如果一家服装公司发现一种特定的衣服款式最近的销售额增加了很多,那么他们可能会考虑生产更多这种衣服款式。

2. 消费者调研数据:消费者调研数据可以帮助公司了解消费者的喜好和需求,从而制定更好的营销策略和产品开发计划。

SVPWM的原理讲解以及应用过程中的推导与计算

SVPWM的原理讲解以及应用过程中的推导与计算

SVPWM的原理讲解以及应用过程中的推导与计算SVPWM(空间矢量调制技术),是一种电机调速技术,通过在三相电流中引入一个辅助电流,将三相电流分解为一个基础正弦波电流和一个辅助电流,然后根据基础正弦波电流和辅助电流的大小和相位关系,控制电机输出的磁场方向和大小。

SVPWM可以提高电机的效率和控制精度,并减小电机的振动和噪音。

1.电机模型分析:首先,对电机进行建模和分析。

通过将电机抽象为一个旋转矢量图,分析电机的磁场分布和电流控制。

2.空间矢量图:根据电机模型分析,可以得到电机的矢量图。

矢量图用于描述电机的磁场方向和大小,有助于理解电机的运行原理。

3.矢量控制:根据矢量图,可以控制电机的磁场方向和大小。

通过控制电流矢量的大小和相位关系,可以控制电机的输出磁场。

4.空间矢量调制:SVPWM通过将电流矢量分解为一个基础正弦波电流和一个辅助电流,再根据它们的大小和相位关系,控制电机的输出磁场。

辅助电流可以用来改变电机的输出磁场方向,基础正弦波电流用来控制电机的输出磁场大小。

5.SVPWM计算:为了实现SVPWM,需要对电流进行计算和控制。

首先,根据需要的输出磁场向量,计算出对应的辅助电流和基础正弦波电流。

然后,根据电机的控制策略,计算出实际的电流指令。

在计算辅助电流和基础正弦波电流时,可以采用矢量旋转和空间矢量分解的方法。

通过将输出磁场向量进行数学运算和变换,可以得到电流矢量的大小和相位。

具体的计算过程可以按照以下步骤进行:1.确定需要的输出磁场向量的大小和相位。

2.将输出磁场向量进行矢量旋转和变换,得到一个新的矢量。

矢量旋转和变换的具体方法可以根据电机的控制策略和转子位置来确定。

3.将新的矢量分解为一个基础正弦波电流和一个辅助电流。

辅助电流用于改变输出磁场的方向,基础正弦波电流用于控制输出磁场的大小。

4.根据基础正弦波电流和辅助电流的大小和相位关系,计算出实际的电流指令。

根据电机的控制策略,可以使用速度环、电流环等控制器来计算输出的电流指令。

SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解

SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解

SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解SVPWM全称为Space Vector Pulse Width Modulation,是一种用于交流电驱动的脉宽调制技术。

它通过对电压波形进行合适的调制,实现对交流电驱动变频器输出电压的精确控制。

以下是SVPWM的原理及法则推导和控制算法的详解。

1.原始正弦信号:首先,将三相交流电压信号转化为矢量信号表示。

当输入的三相正弦信号为:$$v_a=v_m\sin(\Omega t)$$$$v_b=v_m\sin(\Omega t - \frac{2\pi}{3})$$$$v_c=v_m\sin(\Omega t + \frac{2\pi}{3})$$其中,$v_m$为幅值,$\Omega$为频率,t为时间。

2.空间矢量表示:将交流信号的三相信号进行矩阵变换,转化为空间矢量表示,例如:$$V_s=\frac{2}{3}\begin{pmatrix} 1 & -\frac{1}{2} & -\frac{1}{2}\\ 0 & \sqrt{3}/2 & -\sqrt{3}/2\end{pmatrix}\begin{pmatrix} v_a\\ v_b\\ v_c \end{pmatrix}$$其中,$V_s$表示空间矢量表示。

3.空间矢量模量:空间矢量模量的大小表示输出电压的幅值,可以通过以下公式计算:$$V=\sqrt{V_s^2}=\sqrt{V_a^2 + V_b^2 + V_c^2}$$4.空间矢量相位:空间矢量相位表示输出电压的相位位置,可以通过以下公式计算:$$\theta=\tan^{-1}(\frac{V_b}{V_a})$$5.确定电压矢量分量:根据设定的输出电压幅值和相位,可以计算出两个主要输出电压分量$V_d$和$V_q$,分别代表感应电机电流的直流成分和交流成分。

6.电压矢量分解:通过将输出电压分解为两个主要分量$V_d$和$V_q$,可以表示为:$$V_d=V_s\cos(\theta - \gamma)$$$$V_q=V_s\sin(\theta - \gamma)$$其中,$V_s$为空间矢量模量,$\theta$为空间矢量相位,$\gamma$为极坐标相角,用来调整电压波形的对称性。

SVPWM过调制算法的理论分析与实验应用

SVPWM过调制算法的理论分析与实验应用

SVPWM过调制算法的理论分析与实验应用吕敬;张建文;王晗;蔡旭【摘要】过调制算法能够有效提高逆变器的输出基波电压,对缩短电动机的动态响应时间、扩大稳态运行区域是十分有意义的.研究了一种基于SVPWM的过调制算法,并对过调制区的谐波成分进行了分析.最后在Matlab/Simulink仿真软件和350 kW鼠笼式异步发电机全功率变换器实验平台上进行了验证.结果表明,该过调制策略可实现在整个调制范围内PWM逆变器输出基波电压的线性控制,最终达到逆变器的六阶梯波运行状态.%Overmodulation strategy can effectively raise the inverter output fundamental voltage. So it is very meaningful for reduing motor dynamic response time and extending the operation area of steady-state. An overmodulation algorithm based on SVPWM was studied < and harmonic components of the output voltage in overmodulation zones was analyzed. Finally, Matlab/Simulink software and 350 kW squirrel cage induction generator(SCIG) full-power converter experimental platform were using to validate the method. The results show that the overmodulation strategy can achieve the linear control of PWM inverters output fundamental voltage during the entire modulation range and finally reach six-step operation.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2011(041)008【总页数】5页(P7-11)【关键词】空间矢量PWM;过调制;电压源逆变器;电压利用率;线性控制【作者】吕敬;张建文;王晗;蔡旭【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院风力发电研究中心电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院风力发电研究中心电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院风力发电研究中心电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院风力发电研究中心电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM4641 引言三相电压源型PWM逆变器以其能够提供电压和频率可调的功率输出,在DC/AC功率变换中得到了广泛的应用。

新型SVPWM五电平控制算法及过调制研究

新型SVPWM五电平控制算法及过调制研究
第4 6卷 第 8期
21 0 2年 8月
电 力 电子 技 术
P w rE e t n c o e l cr is o
Vo .6,No8 1 4 . Au . 0 2 g 2 1
新型 S P V WM 五电平控制算法及过调制研究
杨 泰 朋 ,戴 鹏 ,李 高峰
( 国矿 业大 学 , 中 信息 与 电气 工程 学院 ,江 苏 徐 州 2 10 ) 20 8
中 图 分 类 号 :M4 4 T 6 文 献标 识 码 : A 文章 编 号 :0 0 10 2 1 )8 0 4 — 3 10 — 0 X(0 2 0— 0 6 0
A v lS W M g rt m o v - v lI v r e No e VP Alo ih f r Fie l e n e tr e Co sd rn e m o u a in Re i n n i e i g Ov r d lt go o
1 引 言 经 过 几 十 年 的研 究 发 展 .V WM 技 术 已广 泛 SP 应 用 于 工 业 领 域 的 中高 压 系 统 [ V WM 技术 具 1 ] P 。S 有 直 流 侧 电压 利 用 率 高 、 态 响应 快 、 出 电压 畸 动 输
平 逆 变 器 控 制 。在 大 功 率 场 合 对 直 流 侧 电 压 的利
c n r lsr tg f o e mo u ain r go s a a y e o e p n d l t n r n e D P T o t tae y o v r d l t e in i l z d t x a d mo u ai a g . S MS 2 F 8 3 a d F G a e o o n o 3 0 2 3 5 n P A r a o t d i e e p r n n h e u s p v e fa i i t ft e ag r h e e n t e o e o u ain r go . d p e n t x e me t a d t e r s h r e t e sb l y o o t m v n i h v r d l t e in h i o h i h l i m o
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[摘要]为了满足数字通信及其它商业应用的需求,语音压缩编码技术得到了迅速发展。

特别是低码率语音编码的研究具有十分重要的现实意义。

在现有的语音编码研究中,混合激励线性预测编码(MELP)是一种比较好的方法。

对MELP编解码算法的原理进行简要分析,讨论如何在MATLAB上实现该算法,并研究其关键技术,最后对测试结果进行分析和比较。

[关键词]MELP语音编码混合激励线谱频率
中图分类号:TJ8文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210021-02
一、引言
随着通信技术以及互联网语音实时传输技术的迅速发展,对语音的传输速率和存储容量都提出了很高的要求,解决这些问题的主要途径之一就是语音编码。

因此,语音编码的研究,特别是低码率语音编码的研究具有十分重要的现实意义。

在现有的语音编码研究中,混合激励线性预测编码(MELP)是一种比较好的方法,它结合了二元激励、码激励和多带激励的优点,将短时语音段划分为若干子带,在每个子带中分别进行清浊音判断;在合成端,采用周期性脉冲序列和随机噪声的混合序列去激励语音合成滤波器,能在较低的码率下得到较好的再生语音。

4kb/s混合激励线性预测语音编码(MELP)的编码方法已经被确立为美国新的联邦语音编码标准。

二、MELP编解码算法
MELP算法声码器作为美军声码器技术的重要类型,在各国及各领域有广泛的应用。

整个算法分为三个部分:语音参数提取、参数量化、解码。

(一)语音特征参数提取
模拟输入语音首先经过低通滤波器,然后转化成数字语音。

采样率为8KHz,按180个样点(25ms)为一帧提取语音参数。

MELP编码技术将语音分为清音、浊音和抖动浊音三种状态。

一帧语音信号经过一个4阶切比雪夫高通滤波器,滤除50Hz的工频干扰,经过滤波之后的语音信号称为输入语音信号。

这一帧语音信号再做以下处理:
基音分析:首先经过1KHz的巴特沃思低通滤波器,用归一化互相关法进行基音粗估,得到整数基音值T,然后进行分数基音分析,采用内插方法,求得分数基音估计的小数部分,此时分数基音值P为整数基音T与分数基音小数部分之和。

采用6阶巴特沃思带通滤波器将一帧语音信号分为五个带,分别是[0,500Hz],[500,1000Hz],[1000,2000Hz],[2000,3000Hz],[3000,4000Hz]五个频带,利用[0,500Hz]子带信号与残差信号在分数基音值P前后5个样点进行精细基音搜索,从而得到精确基音值。

带通分析:在五个频带中分别计算语音强度Vi。

最低频带确定非周期标志位,如果最低频带语音强度低于门限值,则非周期标志设为1,否则即为0。

其余频带的语音强度由该频带与其时域包络围绕分数基音值P进行精细搜索时的归一化互相关值来决定。

10阶线性预测(LPC)分析:LPC线性预测分析系数的计算采用Levinson-Durbin递归算法,计算时对输入语音信号加窗,窗长200个样点(25ms),窗的中心点位于当前帧的最后一个样点。

此外,对求得的10个预测系数Ai(i=1,2…10)均乘以带宽扩大系数K。

LPC系数化为适合量化的线谱对(LSF)系数。

增益计算:使用自适应窗长,每一帧计算两次基音值。

增益值是加窗信号的均方根值,以dB形式输出。

清浊音判决:利用由LPC系数决定的预测滤波器对输入语音信号进行滤波,得到残差信号,取残差信号的160个样点计算峰值,如果峰值大于门限值,则置最低频带的语音声强为1,如果峰值大于另一个门限值,则最低的三个频带语音声强置1。

(二)参数量化
参数提取结束,需要量化的参数有基音周期、子带清浊音判断、增益、线性预测系数、傅立叶系数、非周期标志。

一共量化为54bit。

具体量化包括如下:
基音量化:基音值和全局清浊音判断共同量化为7比特。

如果低频段语音声强小于或者等于门限值,则当前帧是清音帧,传送全零码。

否则为浊音帧,先将基音值取对数,再进行99级均匀量化,量化后的标号映射到7比特码本。

子带清浊音判决:当最低频带语音声强大于门限值时,如果其余四个子带声强值也大于门限值,则量化为0。

如果其余四个子带量化后的值为0001,那么高子带置0。

如果最低频带语音声强小于或者等于门限值,则该项参数量化为0。

增益:每一帧均传送两个增益参数。

第一个增益参数采用自适应算法量化为3比特。

第二个增益参数,在10.0到70范围内使用级均匀量化器量化为5比特。

线性预测系数量化:首先将LPC系数转化为易于量化的LSF系数。

采用多级矢量量化方法,码本设置四级,每级量化的比特数分别为7、6、6、6。

傅立叶系数:若当前帧为浊音帧,则10阶傅立叶系数采用矢量量化方法。

量化比特为8。

若当前帧是清音帧,则不进行量化。

(三)解码部分
整个解码过程包括对接收到的数据进行解包,生成混合激励信号,再对混合激励信号经过自适应谱增强,LPC合成滤波,增益调整,脉冲离散滤波等,最后合成语音输出。

总体编解码框图见图1。

图1MELP编解码原理框图
三、程序实现研究和测试结果
测试方法是这样的:采集了一段语音,采用8000bit/s采样速率,单声道,16位。

先用麦克风生成一个WAV文件;接着用该程序中的WAV数据提取函数取出数据,生成一个纯数据的语音文件;然后用MELP算法处理程序对语音文件进行处理并生成一个发送的数据包文件并通过一个模拟的信道进行传送;接收端对接收到的数据包进行解码,并合成语音生成一个纯数据的语音合成文件;接着WAV数据合成函数生成一个WAV文件格式的文件;在MATLAB中使用WAVREAD 命令,将原始语音读入,并用PLOT将其时域显示出来,显示波形如图2所示。

最后通过扬声器放出来,六个人比较它们的效果,比较原始语音和合成语音的有四个人认为合成语音质量不错,有二个人觉得一般。

结论:合成语音的质量还可以,达到了预期的效果。

图2原始语音信号时域波形
经过MELP编码后的合成语音,数据打包放在一个数组中。

然后在MATLAB环境下,用WAVWRITE命令,将其数据写出到一个WAV格式的音频文件中。

用PLOT命令观察其波形,如图3所示。

图3合成语音时域波形
四、MELP编码性能分析及仿真结果
图2和图3是经过MATLAB软件仿真后所得的原始语音信号和合成语音信号的波形比较图,仿真所用的采样频率为8KHz,每个采样点用8比特进行量化。

为便于观察选取其中的第100000个采样点进行观察比较,从显示结果中可以看出MELP编码算法在较低的编码比特率基础上较好的重构了原始语音信号,从听音测试的结果来看,采用MELP编码的合成语音也同样能够很好的满足现今通信系统对语音质量的要求。

参考文献:
[1]王洪、唐凯,低速率语音编码[M].北京:国防工业出版社,200
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[10]王都生、铁满霞、樊昌信,4kbit/s多带混合激励线性预测语音编码器的模拟[J].西安电子科技大学学报,2000,27(4):476-47
作者简介:
贾亮(1971-),男,汉族,辽宁大石桥人,硕士研究生导师,副教授,主要从事信号处理方面的研究工作,研究方向:信号与信息处理;赵鹏飞(1980-),男,汉族,内蒙古呼和浩特人,硕士研究生,研究方向:信号与信息处理;危国腾(1984-),男,汉族,江西南昌人,硕士研究生,汉族,研究方向:信号与信息处理。

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