新型无扇区空间矢量脉宽调制算法的研究概要
《2024年空间矢量脉宽调制方法的研究》范文

《空间矢量脉宽调制方法的研究》篇一一、引言随着电力电子技术的发展,空间矢量脉宽调制(SVPWM)作为一种先进的控制方法,在电机驱动、逆变器等电力电子设备中得到了广泛的应用。
SVPWM技术通过优化开关序列,减少谐波失真,提高系统效率,已成为现代电力电子技术的重要研究方向。
本文旨在研究空间矢量脉宽调制方法,探讨其原理、实现方法及优化策略。
二、空间矢量脉宽调制原理空间矢量脉宽调制(SVPWM)是一种基于空间矢量的调制方法,通过优化开关序列,使输出电压更接近理想波形,从而减小谐波失真。
SVPWM技术将三相电压源逆变器(VSI)的输出电压表示为空间矢量,通过合成这些空间矢量来逼近正弦波。
SVPWM具有较高的电压利用率和较低的谐波失真率,能够提高系统的效率和性能。
三、SVPWM实现方法SVPWM的实现方法主要包括以下步骤:1. 扇区判断:根据三相电压的幅值和相位,判断当前时刻所处的扇区。
2. 作用时间计算:根据扇区判断结果和正弦波的幅值,计算各基本空间矢量的作用时间。
3. 开关序列生成:根据作用时间和基本空间矢量的切换规则,生成开关序列。
4. 输出控制:将开关序列转换为PWM信号,控制逆变器的开关动作。
四、SVPWM优化策略为了提高SVPWM的性能,可以采取以下优化策略:1. 零矢量优化:通过合理安排零矢量的插入位置和作用时间,减小电流纹波和开关损耗。
2. 预测控制:利用预测算法预测下一时刻的电压和电流变化,优化开关序列,减小谐波失真。
3. 多电平SVPWM:采用多电平技术,将逆变器输出分为多个电平,提高输出电压的波形质量。
4. 智能控制:结合人工智能算法,实现SVPWM的智能优化和控制。
五、实验结果与分析为了验证SVPWM的性能,我们进行了实验研究。
实验结果表明,采用SVPWM技术能够有效减小谐波失真,提高系统效率。
与传统的SPWM技术相比,SVPWM具有更高的电压利用率和更低的谐波失真率。
此外,通过零矢量优化和预测控制等策略,可以进一步提高SVPWM的性能。
SVPWM新型算法的研究

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SP V WM 新 型 算 法 的研 究
王 明 令
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【 摘
要】 :在对传统 S P V WM 算法分析的基础上 , 本文提 出了一种新型 S P V WM 快速算法。这种方法
旋 转运行
31新 型 S P . V WM 算法 的理论 分析
压可 以表示 为 :
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计算量 . 真正 实 现 S P V WM 算 法 的在线 工 作 , 多新 型 很 的SP V WM算 法 不 断被提 出[ S 3[ H 。本 文提 出一 种减少 中 间运算 的一 种新 型 S P V WM 快速 算法 2 传 统 S P M 算法 、 V W
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新型改良流量控制器的原理及应用分析

新型改良流量控制器的原理及应用分析【摘要】本文分析了以dsp(tms320f2407)为核心,采用矢量控制策略,利用无流量传感器、空间矢量脉宽调制(svpwm)等技术有机融合成一个低成本、高性能的新型流量控制器。
【关健词】流量控制器变频器计量原理系统硬件系统软件传统流量控制器由流量传感器和对应的介质控制器构成,该仪器可以在化工企业工艺流程对流体物质进行流量控制,流量测量和精确调节等。
传统流量控制器的优点是,控制器中的精密仪表和传感探头,将流体计量的工作从人工操作转变成为了自动化计量,在一定程度上节约人力资源,该流量控制存在的问题是,化工工艺中流体对流量传感器的腐蚀和损坏严重,如果不定期的更换,流量控制的计量功能和准确度将会下降,从而导致化工流程生产出来的产品报废。
同时,流量传感器的成本较高,而且更换时则不能进行持续生产,使得企业生产效率效率下降。
新时期,变频技术在各类电子仪器中得到广泛的运用,在化工企业生产中,含有变频技术的变频器与计量泵结合起来,构成了流体的计量,配比等工作。
本文所要阐述的新型改良流量控制器就是将传感器与变频调速技术相结合,减少传感器的跟换频率和使用寿命,从而产生新型的、可靠性高的计量产品。
1 传感器计量原理(式2)式中:i(1、2、3、4)为单作用泵、双作用泵、三作用泵和四作用泵;a为活塞截面积;l为活塞行程;η为泵的容积效率;f为变频器频率;n为电机转速;p为电机极对数;s为转差率。
从(1)和(2)公式看到,排除压力、流体粘度等因素的影响,其他参数不变时,泵的平均流量q与变频器的输出频率f成正比。
1.2 流量补偿电动机在额定功率和额定电压下工作,能够稳定运行,存在着固定的转差,在理论上,泵的平均流量q与变频器的输出频率f成正比。
当电机启动和停止时,由于电流的波动,从而导致了转差的不稳定,从公式也可以看出q与f此时并非是正比关系,为了实现电机启动和停机的稳定,可以通过电容补偿电流来实现稳定控制。
空间电压矢量调制SVPWM 技术原理中文讲解(让初学者快速了解SVPWM控制方式)

或者等效成下式:
(2-31)
第 4 页 共 23 页
浙江海得新能源有限公司
Uref *T Ux *Tx Uy *Ty U0 *T0(2-32)
其中,Uref 为期望电压矢量;T 为采样周期;Tx、Ty、T0 分别 为对应两个非零电压矢量 Ux、Uy 和零电压矢量 U 0 在一个采样周 期内的作用时间;其中 U0 包括了 U0 和 U7 两个零矢量。式(2-32) 的意义是,矢量 Uref 在 T 时间内所产生的积分效果值和 Ux、Uy、 U 0 分别在时间 Tx、Ty、T0 内产生的积分效果相加总和值相同。
第 2 页 共 23 页
浙江海得新能源有限公司
U0(000)、U7(111),下面以其中一 种开关 组 合为 例分 析,假设 Sx ( x= a、b、c)= (100), 此 时
UUaaNb UUbdNc,UbUcdc,0U,UaNca UcNUdcUdc UaNUbNUcN 0
(2-30)
求解上述方程可得:Uan=2Ud /3、UbN=-U d/3、UcN=-Ud /3。同理可
1 空间电压矢量调制 SVPWM 技术 SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法,是由三相功率
逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波, 能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量 PWM 与传统的正弦 PWM 不同,它是从三相输出电压的整体效果出发, 着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。 SVPWM 技术与 SPWM 相比 较,绕组电流波形的谐波成分小,使得电机转矩脉动降低,旋转磁场 更逼近圆形,而且使直流母线电压的利用率有了很大提高,且更易于 实现数字化。下面将对该算法进行详细分析阐述。
1.1 SVPWM 基本原理 SVPWM 的理论基础是平均值等效原理,即在一个开关周期内通过
空间矢量脉宽调制原理及算法分析

第2卷 第 2 9 期
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式 中 为采 样 周 期 , 愚 当 一6时 , 愚 1 ; k 取 + —1 v 、 y + 的作 用 时 间 、 用下 式 表示 . 丁抖 可
6个 扇 区 内时 , 相邻 两个 有 效 电压 矢 量 y 和 的
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出 电压 和 电流 波形进 行 了仿 真 分析 .
空 间矢 量 脉 宽 调 制 原 理
图 1 a 所 示 三 相 电压 型逆 变 器 实 际上 只 有 8 () 种 开 关 模 式 , 应 的 8种 电 压 空 间 矢 量 可 用 相
y ( , , 表示 , 图 1b 所示 . S) 如 () 其 中 6个 有 效 电压 空 间 矢 量 V ( 0 ) V 10 ~ 6
7 — ・ /出 Tsv i ,, =a 6 f () 5
() 6 f Ti Te — s + i a, , = bf
【8 1 1 ・ o 0 1 一(一是 T ≤志 ) ≤1
取不 同 的 k 值 , 可得 不 同 的 S WM 方 式. VP 当 k一0或 1时 , 不 连续 低 开关 损 耗 调制 方 式 ; 为 当 0 1时 , 连 续 调 制 方 式. 别 地 , 取 <志 < 为 特 若 k 一1 2 则 T 一T。 /, 一T。2 可 获 得 常用 的准 优 化 /,
脉宽调制(PWM)技术

现代电力电子及变流技术第四章脉宽调制(PWM)技术脉宽调制技术:按同一比例改变在ur 和uc交点时刻控制IGBT 的通断u r 和uc的点时刻制IGBT 的通断控制公用三角波载波uc 三相的调制信号依次u c u rW单相逆变器结构特点电路结构特征:2个桥臂输出电压:ab ag bg V V V =−结构分析:�每个桥臂存在2个开关状态—桥臂上开关通(用S a =1描述);—桥臂下开关通(用S a =0描述)。
�逆变器共有4种开关状态—S a S b :00,01,10,11。
开关状态与电压的关系4.5 4.5 SVPWMSVPWM 的原理及实现结构特点�两个桥臂电压V ag 和V bg 分别独立可控——控制存在两个自由度;�由于连接了负载,输出电压V ab 具有唯一性——只有一个自由度。
如何分析两维的桥臂电压和一维的输出电压之间的联系?几何分析方法矢量空间�桥臂电压构成两维空间,两个自由度分别代表两个垂直方向——桥臂电压空间;�输出电压只有一个自由度,构成一维空间 ——输出电压空间。
4.5 4.5 SVPWMSVPWM 的原理及实现桥臂电压和输出电压的联系�采用投影方式建立联系;�开关状态(00),(11)形成的两个桥臂电压——对应一个输出电压(0V)。
这一投影具有唯一性投影关系ag ab bg 01111V V V V −⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦V 0是零序电压*11ag 22ab 11bg 220*V V V V ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥−⎣⎦⎣⎦⎣⎦逆变器控制方法V 0*为一定范围的任意数注:V 0*取常数(如V i )时,Vag 和Vbg 的驱动波形可以设计。
例:V ab *取0.5V i , V 0*取V iV ag 取0.75V i , V bg 取0.25V ia 桥臂上管b 桥臂下管b 桥臂上管a 桥臂下管4.5 4.5 SVPWMSVPWM 的原理及实现V 0*取其他值会怎样? V 0*有没有一个取值原则?4.5 4.5 SVPWMSVPWM 的原理及实现三相逆变器结构特点结构特征:3个桥臂电路特征:()ng ag bg cg 3V V V V =++结构分析:�每个桥臂存在2个开关状态—桥臂上开关通(用S a =1描述);—桥臂下开关通(用S a =0描述)。
SVPWM的等效算法及SVPWM与SPWM的本质联系

SVPWM的等效算法及SVPWM与SPWM的本质联系一、本文概述随着电力电子技术的快速发展,空间矢量脉宽调制(SVPWM)和正弦脉宽调制(SPWM)作为两种重要的调制策略,在电力转换和控制领域得到了广泛应用。
本文旨在探讨SVPWM的等效算法,并深入揭示SVPWM 与SPWM之间的本质联系。
我们将对SVPWM的基本原理和算法进行详细阐述,包括其空间矢量的概念、合成方法以及脉宽调制的实现过程。
在此基础上,我们将引入SVPWM的等效算法,该算法通过简化计算过程,提高了SVPWM的实时性和效率。
我们将对SPWM的基本原理和算法进行回顾,包括其正弦波调制的原理、实现方法以及优缺点。
通过对比SVPWM和SPWM的调制策略,我们将揭示两者在调制原理、波形质量、电压利用率等方面的本质联系和差异。
本文将通过仿真和实验验证SVPWM的等效算法的有效性,并展示SVPWM和SPWM在实际应用中的性能表现。
通过本文的研究,读者将能够更深入地理解SVPWM和SPWM的调制原理,为电力转换和控制领域的研究和应用提供有益的参考。
二、SVPWM的基本原理与等效算法空间矢量脉宽调制(SVPWM)是一种用于三相电压源型逆变器的先进调制策略。
其基本原理在于,将三相电压视为一个旋转的空间矢量,并通过控制该矢量的旋转速度和方向,实现对输出电压的精确控制。
SVPWM通过在一个控制周期内合成多个基本电压矢量,使得输出电压能够逼近期望的电压矢量,从而提高了电压利用率并降低了谐波含量。
SVPWM的等效算法主要基于伏秒平衡原则,即在一个控制周期内,通过合理地分配各个基本电压矢量的作用时间,使得输出电压的平均值等于期望的电压值。
具体实现时,首先根据期望的电压矢量计算出其在αβ坐标系下的分量,然后根据这些分量确定所需的基本电压矢量及其作用时间。
通过PWM信号控制逆变器的开关状态,实现输出电压的精确控制。
SVPWM与SPWM(正弦脉宽调制)的本质联系在于,它们都是通过控制逆变器的开关状态来生成期望的输出电压波形。
空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)

空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)在交流变频控制系统中的应用越来越广泛,提高SVPWM模块的可复用性、可靠性、并缩短其开发周期成为重要研究课题。
现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Arrays)具有简洁、经济、高速度、低功耗等优势,又具有全集成化、适用性强、开发周期短等优点,利用FPGA 实现SVPWM可以提高SVPWM的可复用性,有重要的现实意义。
本文给出了基于DSP和FPGA的交流变频控制系统的硬件设计方案,搭建了由DSP最小系统、FPGA最小系统、电流检测电路、转速和位置测量电路等组成的硬件平台,完成了印刷电路板的绘制,并对该系统进行了硬件调试。
文中介绍了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理,并重点研究了基于FPGA 的SVPWM的实现方法。
根据其算法将SVPWM按功能划分为扇区计算模块、基本电压矢量作用时间计算模块、过调制控制模块、SVPWM时间生成模块、调制波生成模块和脉冲生成模块等六个子功能模块。
先对各个子模块进行设计、仿真、验证,再将整个系统组合起来进行仿真、验证,最后在设计的硬件平台上测试了PWM波形。
最后以电机为控制对象进行了开环变频试验,电机能够正常运行,且电机定子电流为正弦波,表明基于FPGA的SVPWM模块功能正确,达到了预期的目标。
本文利用FPGA实现SVPWM,开发周期短,可移植性好,能够以IP核的形式嵌入到其它系统中去,具有很强的应用价值..……基于FPGA 的SVPWM实现方法研究SVPWM 从交流电机角度出发,控制开关,形成PWM 波,使电机中产生的实际磁链矢量逼近跟踪定子磁链给定的理想圆型磁链。
这样它能明显减小逆变器输出电流的谐波成分及电动机的谐波损耗、降低脉动转矩。
并且其控制简单,数字化方便,电压利用率高,已经成为现在电流调速中的主流发展方向。
目前实现SVPWM 的算法是使用电机控制专用DSP,例如TI 公司的TMS320F2812 或AD 公司的ADMC 系列,但这些控制器只能产生6 路或12 路得PWM 信号,不能满足多轴控制的需要,如果控制多轴系统需要增加DSP 的数量,是结构复杂,成本提高。
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新型无扇区空间矢量脉宽调制算法的研究李丹 周波 黄佳佳 方斯琛(南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室, 南京, 210016)摘要:传统的空间矢量脉宽调制(SVPWM )算法需要进行扇区判断,编程实现复杂。
本文提出了一种基于新坐标系下的电压空间矢量脉宽调制的新算法。
该算法无需扇区判断即可直接求解三相桥臂开关的占空比;实现了对开关信号的直接求解。
与传统调制方法相比,大大简化了数字实现,提高了实时性。
仿真及实验结果表明了该方法的正确性和可行性。
关键词:空间矢量脉宽调制;三相逆变器;坐标系;新型调制算法;1 引 言在控制电机的三相逆变器中,空间矢量脉宽调制(SVPWM )和正弦脉宽调制(SPWM )为两种常用调制方式。
与SPWM 近似正弦的输出电压不同,SVPWM 的调制方法将逆变器和电机视为一个整体,着眼于使电机实现幅值恒定的旋转磁场。
与SPWM 相比,功率器件的开关次数可以减少1/3,直流电压利用率可提高15%,能获得较好的谐波抑制效果,具有快速的响应等特点;并且,SVPWM 调制方式更适合数字实现。
SVPWM 的一系列优点使其得到了广泛应用,但缺点是数字控制复杂,因此许多文献致力于寻找SVPWM 的简化算法[1]~[3]。
文献[1] 改变了扇区划分方式,减少了一定的运算步骤;文献[2]使用新的扇区标号判别方法减少了三角运算,提高了运算速度。
以上这些改进一定程度上简化了SVPWM 的数字实现,但由于简化都是针对传统调制算法的具体运算步骤进行的,因此改进有限。
本文通过对SVPWM 的本质分析,提出了一种无扇区的全新实现方法。
该方法改变了SVPWM 调制算法的实现思想,将整个向量空间视为整体,省略扇区的概念来达到算法的简化,与传统调制方法相比减小了编程难度,提高了运算实时性,有利于数字实现。
2 传统电压空间矢量脉宽调制方法三相全桥逆变器共八种开关模式,分别对应八个基本电压空间矢量U 0~U 7,如图1所示。
两个零矢量U 0、U 7幅值为0,位于原点。
其余六个非零矢量幅值相同,相邻矢量间隔60o 。
根据非零矢量所在位置将空间划分为六个扇区。
空间矢量脉宽调制就是利用U 0~U 7的不同组合,组成幅值相同、相位不同的参考电压矢量U ref ,从而使矢量轨迹尽可能逼进基准圆,U 456Ⅴ T 1/T pwm *U 1U 1O图1 基本空间矢量在空间的分布 图2参考电压在第一扇区矢量合成方法根据参考电压矢量所在扇区利用相邻的两个非零矢量与两个零矢量共同作用,当参考电压进入下一个扇区,采用新的相邻两矢量进行合成,当T pwm 取足够小,电压空间矢量的轨迹近似圆形。
传统SVPWM 算法的扇区计算需要占用大量的处理器资源,编程复杂,对处理器性能的要求较高。
本文通过对SVPWM 内在原理的分析,在不改变系统控制策略的前提下简化算法的实现过程,避免了扇区计算,可以有效减小数字控制编程难度,有利于实际应用。
3 新型SVPWM 控制方法在全桥逆变器中,三相的输出电压波形分别对应三个桥臂的开关状态,因此传统调制算法的八个基本电压矢量和扇区的概念实际上是为了方便运算引入的中间量。
本文提出的新型空间矢量调制算法减少了这些中间量的运算,无需扇区计算,直接利用三相桥臂对应的开关状态来合成参考电压矢量。
根据三相电压的空间分布关系,逆变器三相桥臂电压U a 、U b 、U c 正好对应于空间相隔120o 坐标系。
图3 三相120 o坐标系的合成方式三相电压对参考电压的合成如图3所示,合成的关系满足: c c b b a a ref PWM U T U T U T U T ++= (1)式中U ref 为参考电压矢量;T a 、T b 、T c 分别对应U a 、U b 、U c 的作用时间。
新型算法的实质就是直接利用三相桥臂电压合成所需要的参考电压。
利用式(1)直接计算对应各个开关管的控制信号,从而避免了传统调制方法的扇区计算。
由于三相坐标系的分解困难,本文建立一种新型两相120o 坐标系,在新坐标系下进行变换并推导约束条件。
两相120o 坐标系如图4所示。
选择三相坐标系任意两相作为新坐标系的轴线,第三相根据几何关系投影到新坐标轴。
新坐标系轴线以m 、n 来表示,本文取A 、B 轴线与新坐标轴重合。
图4 120 o 三相坐标系到两相的变换新坐标下的合成关系:n n m m ref pw m U T U T U T += (2)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-=pwm ref o pwm ref o o T Sin Sin T Sin Sin *U U 60T *U U 60)120(T n n m m θθ (3) T m 、T n 分别对应U m 、U n 作用时间。
U m 、U n 是三相电压在两相坐标下的投影。
三相到两相120o 坐标系的变换关系为: ⎩⎨⎧==c b n c a m T -T T T -T T (4)式中:T a 、T b 、T c 分别对应U a 、U b 、U c 的作用时间。
经过以上变换,对式(1)的求解可以转化为新坐标系下(3)、(4)两式的求解,求出的三相电压作用时间也对应了三个桥臂开关时间。
根据现有已知条件,从方程组(4)解得的三相桥臂开通信号不仅要唯一,而且要满足控制的要求。
按照空间矢量的调制关系,在每个调制周期内每相桥臂开通时间大于0且小于载波周期,即隐含一个约束条件:⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤≤≤pwm c pwm b pwm a T T 0T T 0T T 0(5)因为约束条件(5)限定的是一个区间,将式(5)的范围进一步限制。
观察式(4)可以发现,若T a 、T b 、T c 三个变量中有一项为0则方程组计算最为简单。
为了同时满足式(5)的约束,可令三变量中的最小量为0,定义最简约束条件为:0)T ,T ,Min(T c b a = (6)将最简约束条件代入式(4),得到求解公式为:⎪⎩⎪⎨⎧===0)T ,T ,Min(T T -T T T -T T c b a c b n c a m (7)式(6)表明:任意时刻总有一相桥臂不参与矢量的合成,以空间0~120o 为例,C 相桥臂作用时间为0,参考电压仅由A 、B 相桥臂合成。
如图5所示。
U 0U 0T a T b T ct 000t 000图5 新算法的参考电压合成方式 图6 对应式(9)的PWM 波形从输出波形看,由于每个调制周期内三相桥臂总有一相不导通,生成的PWM 波形如图6所示。
这个开关模式正好与传统的空间矢量调制方法中常用的五段式波形相同。
式(7)就是在新两相120o 坐标系下新型算法的计算公式。
可以看出,新型算法在整个空间的计算公式统一,与传统空间矢量的变换公式相比,不涉及扇区概念,无需求解作为中间量的基本电压矢量,数字实现更容易。
4 仿真及实验研究新型空间矢量脉宽调制的算法数字实现步骤为:1) 根据给定的参考电压在两相120o 坐标系下分解,得T m 、T n ;2) 将T m 、T n 代入式(7)求得三相桥臂开通时间,并用占空比形式表示;3) 将求得的变量代入寄存器与载波交截产生PWM 波。
利用仿真软件MATLAB/SIMULINK 可以很容易建立仿真模型。
主要的功能模块对应了数字实现的程序流程,分别由坐标分解、方程求解、载波比较三部份组成。
输入为旋转的参考电压,开环控制的仿真结果如图7~8所示。
横坐标0.1调制比/格纵坐标0.1调制比/格图7 新算法仿真SVPWM 电压圆 图8 新算法仿真三相电压调制波形从仿真来看,新型算法能够按照给定参考电压形成圆形电压轨迹,如图7所示。
图8表明本文的方法与传统空间矢量调制方法的输出调制波形相同,验证了新型算法的正确性。
下面是传统空间矢量控制的方法与新型调制方法两种算法的对比实验。
实验时利用同一块DSP (2407A ),在同一定时器中断中实现传统调制方法和新型算法。
实验条件与仿真相同,调制波通过D/A 的方式输出观测。
实验波形如图:图9 两种算法相调制波波形图10 两种算法执行时间比较新型算法与传统算法相比,不仅编程实现更简单,运算速度也有提高。
图10是上述实验条件下两种算法的执行时间检测。
当进入中断处理程序时IO口低电平以此检测处理时间,CH1是传统算法执行时间20.2us,CH2是新型算法执行时间17.8us。
运算速度提高了11.9%。
5结论本文针对空间矢量的调制方法,提出了一种基于特殊坐标系下的新型调制算法。
该方法避免了扇区的运算,将按照扇区划分的传统调制方法变换为空间统一的调制算法。
新算法大大简化了中间环节的计算,数字实现更简单。
从图10还可以看出,新型算法具有更快的运算速度,具有更好的实时性。
从仿真及实验表明,该方法正确可行,算法简单易于实现,具有很大的工程应用价值。
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