一种同步调制方法、存储介质以及电子设备
阅读说明：本技术 一种同步调制方法、存储介质以及电子设备 (Synchronous modulation method, storage medium and electronic equipment ) 是由 杨大成 梅文庆 丁晓帆 贺聪 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种同步调制方法、存储介质以及电子设备,涉及同步调制领域,该方法包括：确定当前输出的电压矢量在扇区上的第一角度以及预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度；计算第一角度与第二角度之间的角度差,并根据角度差,确定脉冲调制周期；根据脉冲调制周期,对下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列中的各个电压矢量的作用时长进行调节,并输出调节后的脉冲序列,以使下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。本发明的有益效果是：可保证稳态输出条件下,下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致,从而保证稳态下的脉冲同步和对称。(The invention discloses a synchronous modulation method, a storage medium and electronic equipment, which relate to the field of synchronous modulation, and the method comprises the following steps: determining a first angle of a current output voltage vector on a sector and a second angle of a next expected output voltage vector on the sector; calculating an angle difference between the first angle and the second angle, and determining a pulse modulation period according to the angle difference; and adjusting the action time length of each voltage vector in the pulse sequence to be output in the next pulse modulation period according to the pulse modulation period, and outputting the adjusted pulse sequence to enable the voltage vector of the next output to be consistent with the next voltage vector of the expected output. The invention has the beneficial effects that: the voltage vector of the next output can be ensured to be consistent with the next voltage vector of the expected output under the condition of steady-state output, thereby ensuring the pulse synchronization and symmetry under the steady state.)
技术领域
本发明属于同步调制领域，尤其涉及一种同步调制方法、存储介质以及电子设备。
背景技术
在大功率电机驱动系统中，受到开关损耗和散热条件等限制，电机驱动器的最高开关频率通常只有几百赫兹。随着电机输出频率的升高，载波比减小，输出电压中的低次谐波含量显著增加，电流谐波畸变对系统性能的影响更加明显。在大功率电驱动系统中，通常采用多模式调制策略，即在低速区载波比较大时采用异步调制，在中速区根据载波比的变化采用分段同步调制，最后进入方波工况。与异步调制相比，同步调制不仅可以保证PWM(脉冲宽度调制)脉冲与调制波基波的严格同步，即载波比为整数；而且可以通过合理设置采样点的位置和开关状态切换序列，保证PWM脉冲具有半波奇对称、四分之一周期偶对称和三相对称的特点，从而优化谐波，提高输出特性。
大功率的开关频率同步调制有以下实现方法：中间60°调制方式，特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)和空间矢量脉宽调制SVPWM方式。中间60°调制方式只在每个调制波正负半周的中间60°范围内进行调制，在降低逆变器开关频率的同时保证了输出电压的对称性，该方法简单、易于实现等优点在工业中得到了广泛应用；但存在输出电压中低次谐波含量高，电机转矩脉动大等缺点。特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)不仅能实现对基波电压的准确控制，提高直流母线电压利用率，还能实现对特定次谐波的消除，减小谐波电流对电机的影响。SHEPWM方式的缺点是开关角计算过程中需要求解超越方程，不能实时计算。因此，如何对大功率的开关频率同步调制的方法进行改进，成为越来越重要的技术问题。
发明内容
本发明正是基于上述技术问题，提出了一种同步调制方法、存储介质以及电子设备。
第一方面，本发明实施例提供了一种同步调制方法，包括：
获取逆变器当前输出的电压矢量；
根据所述当前输出的电压矢量，确定当前输出的电压矢量在扇区上的第一角度以及预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度；
计算所述第一角度与所述第二角度之间的角度差，并根据所述角度差，确定脉冲调制周期；
根据所述脉冲调制周期，对下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列中的各个电压矢量的作用时长进行调节，并输出调节后的脉冲序列，以使下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。
进一步，计算所述第一角度与所述第二角度之间的角度差之后，还包括：
判断所述角度差是否大于第一预设阈值或是否小于第二预设阈值，当所述角度差大于第一预设阈值时，将所述第一预设阈值确定为所述角度差，当所述角度差小于第二预设阈值时，将所述第二预设阈值确定为所述角度差。
进一步，所述第一预设阈值包括θN+dθ，所述第二预设阈值包括θN-dθ，其中，θN表示N分频的角距，dθ表示角度偏差限幅值。
进一步，计算所述第一角度与所述第二角度之间的角度差，通过如下公式计算所述角度差：
θk＝abs(θNEXT-θu)；
其中，θk表示角度差，abs表示绝对值计算，θu表示第一角度，θNEXT表示第二角度。
进一步，根据所述角度差，确定脉冲调制周期，通过如下公式计算所述脉冲调制周期：
Ts＝θk/abs(ω1)；
其中，Ts表示所述脉冲调制周期，θk表示所述角度差，abs表示绝对值计算，ω1表示定子电角速度。
进一步，根据所述当前输出的电压矢量，确定当前输出的电压矢量在扇区上的第一角度，具体为通过如下公式计算所述第一角度：
θu＝tan-1(Usd，Usq)；
其中，θu表示第一角度，Usd、Usq分别表示当前输出的电压矢量在静止坐标系α轴和β轴的电压分量。
进一步，根据所述当前输出的电压矢量，确定预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度，包括：
根据所述当前输出的电压矢量，确定当前输出的电压矢量在扇区上的第一角度；
根据所述第一角度，确定所述第一角度在扇区中的位置；
根据所述第一角度在扇区中的位置，确定预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度，通过如下公式确定所述第二角度：
当ω1＞0时，θNEXT＝(VectNum+1.5)*θN；
当ω1＜0时，θNEXT＝(VectNum-0.5)*θN；
其中，ω1为定子电角速度，θNEXT表示第二角度，VectNum表示第一角度在扇区中的位置，θN表示N分频的角距。
进一步，根据所述第一角度，确定所述第一角度在扇区中的位置，具体为通过如下公式确定所述第一角度在扇区中的位置：
VectNum＝fix(θu/θN)；
其中，VectNum表示所述第一角度在扇区中的位置，fix表示取整，θu表示所述第一角度，θN表示N分频的角距。
第二方面，本发明实施例提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现如上述实施例任一项所述的同步调制方法。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述实施例任一项所述的同步调制方法。
本发明实施例提供的一种同步调制方法、存储介质以及电子设备，通过确定当前输出的电压矢量在扇区上的第一角度与预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度之间的角度差，从而根据所述角度差，确定脉冲调制周期，以对下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列中的各个电压矢量的作用时长进行调整，以使下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。可见，本发明实施例提供的同步调制方法，能够按照实时的当前输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量之间的角度差输出脉冲序列，可保证稳态输出条件下，下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致，从而保证稳态下的脉冲同步和对称。
附图说明
通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本公开的范围。其中所包括的附图是：
图1示出了本发明实施例一提出的一种同步调制方法的流程示意图；
图2示出了同步调制的示意图；
图3示出了本发明实施例二提出的一种同步调制方法的流程示意图；
图4示出了当前输出的电压矢量的分解示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
根据本发明的实施例，提供了一种同步调制方法，图1示出了本发明实施例一提出的一种同步调制方法的流程示意图，如图1所示，该同步调制方法可以包括：步骤110至步骤140。
在步骤110中，获取逆变器当前输出的电压矢量。
在步骤120中，根据所述当前输出的电压矢量，确定当前输出的电压矢量在扇区上的第一角度以及预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度。
这里，当前输出的电压矢量是指当前实际输出的电压矢量，预期输出的下一个电压矢量是指将要输出的下一个电压矢量。
在步骤130中，计算所述第一角度与所述第二角度之间的角度差，并根据所述角度差，确定脉冲调制周期。
在步骤140中，根据所述脉冲调制周期，对下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列中的各个电压矢量的作用时长进行调节，并输出调节后的脉冲序列，以使下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。
这里，图2示出了同步调制的示意图，如图2所示，在9分频的同步调制中，在第一扇区拟合了3个电压矢量，包括V1、V2以及V3，其中，理想的输出电压矢量为V1-10°、V2-30°以及V3-50°，每个电压矢量的理想N分频的角距为20°，理想的作用时长为TS＝(π/9)/ω1，ω1为定子电角速度。
其中，图中的U1、U2、U3、U4、U5、U6、U0和U7表示脉冲序列的电压矢量，U0和U7为零矢量。1、2、3、4、5、6分别对应第一扇区至第六扇区。S1表示9分频的第一个小扇区，S2表示9分频的第二个小扇区，S3表示9分频的第三个小扇区。
将每个扇区的60°按9分频的N分频的角距20°划分为3段，判断当前输出的电压矢量Us的角度所在的位置，并按提前设计好的脉冲序列进行拟合。当0°≤θu＜20°时，按V1的拟合方式(7210序列，即U7、U2、U1、U0脉冲序列)拟合；当20°≤θu＜40°时，按V2的拟合方式(0127序列，即U0、U1、U2、U7脉冲序列)拟合；当40°≤θu＜60°时，按V3的拟合方式(7210序列，即U7、U2、U1、U0脉冲序列)拟合。
如果当前输出的电压矢量为8°，如果继续按照20°的角距发送脉冲序列，即在一个脉冲调制周期为TS＝(π/9)/ω1的情况下，下一个输出电压矢量是28°，这样就永远达不到期望的目标角度10°、30°和50°等。
因此，通过计算所述第一角度与所述第二角度之间的角度差，并根据所述角度差，重新确定闭环同步调制的脉冲调制周期。可以使得按照该脉冲调制周期输出脉冲序列，使下一个输出电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。
例如，当前输出的电压矢量为8°，预期输出的下一个电压矢量为30°，则角度差为22°。按照22°的角度差输出脉冲序列，则下一个输出电压矢量是30°，这样就和预期输出的下一个电压矢量一致。
即使是在极端情况下，例如，在θu＝0°的极端情况下，按照上述修正后的一组输出电压角度序列为：0°--22°--44°--66°--88°--110°--130°，对照标准输出电压角度序列为10°--30°--50°--70°--90°--110°--130°可知，经过5次角度修正后，可以达到理论目标角度110°，实现了下一个输出电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。而且这种极端情况下，过渡过程时间可以控制在周期的1/3左右。比如电频率为100Hz，周期为0.01s，则过度时间大约为0.003s。
在本实施例中，通过计算所述第一角度与所述第二角度之间的角度差，并根据所述角度差，确定脉冲调制周期，以确定下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列的作用时长，并根据调节后的作用时长输出该脉冲序列。能够按照实时的当前输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量之间的角度差输出脉冲序列，可保证稳态输出条件下，下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致，从而保证稳态下的脉冲同步和对称。
实施例二
在上述实施例的基础上，本发明的实施例二还可以提供一种同步调制方法。图3示出了本发明实施例二提出的一种同步调制方法的流程示意图，如图3所示，该同步调制方法可以包括：步骤210至步骤240。
在步骤210中，获取逆变器当前输出的电压矢量。
这里，当前输出的电压矢量是指逆变器当前实际输出的电压矢量。
在步骤220中，根据所述当前输出的电压矢量，确定当前输出的电压矢量在扇区上的第一角度以及预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度。
这里，所述第一角度可以通过如下公式获得：
θu＝tan-1(Usd，Usq)；
θu表示第一角度，Usd、Usq分别表示当前输出的电压矢量在静止坐标系α轴和β轴的电压分量。
图4示出了当前输出的电压矢量的分解示意图，如图4所示，当前输出的电压矢量Us在α-β坐标系中可以分为电压分量Usd、电压分量Usq，θr表示期望输出的电压矢量与扇区起始边的夹角。
另外，根据所述当前输出的电压矢量，确定预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度。例如，当前输出的电压矢量的第一角度为8°，由于输出的电压矢量是通过记录在预设的记录表上的，因此，可以通过查表确定预期输出的下一个电压矢量的第二角度为30°。
在一个可选的实施方式中，根据所述当前输出的电压矢量，确定预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度，包括：
根据所述当前输出的电压矢量，确定当前输出的电压矢量在扇区上的第一角度；
根据所述第一角度，确定所述第一角度在扇区中的位置；
根据所述第一角度在扇区中的位置，确定预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度，通过如下公式确定所述第二角度：
当ω1＞0时，θNEXT＝(VectNum+1.5)*θN；
当ω1＜0时，θNEXT＝(VectNum-0.5)*θN；
其中，ω1为定子电角速度，θNEXT表示第二角度，VectNum表示第一角度在扇区中的位置，θN表示N分频的角距。
其中，确定所述第一角度在扇区中的位置，可以通过如下公式确定所述第一角度在扇区中的位置：
VectNum＝fix(θu/θN)；
其中，VectNum表示第一角度在扇区中的位置，fix表示取整，θu表示所述第一角度，θN表示N分频的角距。
例如，当VectNum＝0时，则第一角度在扇区中的位置是在图2中的是S1区；当VectNum＝1时，则第一角度在扇区中的位置是在图2中的S2区，当VectNum＝2时，第一角度在扇区中的位置是在图2中的S3区。
其中，当ω1＞0时，即电压矢量为逆时钟旋转时，通过公式θNEXT＝(VectNum+1.5)*θN，确定所述第二角度；当电压矢量为顺时钟旋转时，即ω1＜0时，通过公式θNEXT＝(VectNum-0.5)*θN确定所述第二角度。其中，θNEXT表示所述第二角度，VectNum表示所述第一角度在扇区中的位置，θN表示N分频的角距。
值得说明的是，θN是指N分频的角距。例如，在9分频中，理想的输出电压矢量为V1-10°、V2-30°以及V3-50°，每个电压矢量的理想9分频的角距θN为20°。
在步骤230中，计算所述第一角度与所述第二角度之间的角度差，判断所述角度差是否大于第一预设阈值或是否小于第二预设阈值，当所述角度差大于第一预设阈值时，将所述第一预设阈值确定为所述角度差，当所述角度差小于第二预设阈值时，将所述第二预设阈值确定为所述角度差，并根据所述角度差，确定脉冲调制周期。
这里，通过如下公式计算所述角度差：
θk＝abs(θNEXT-θu)；
其中，θk表示角度差，abs表示绝对值计算，θu表示第一角度，θNEXT表示第二角度。
值得说明的是，所述第一预设阈值包括θN+dθ，所述第二预设阈值包括θN-dθ，其中，θN表示N分频的角距，dθ表示角度偏差限幅值。
这里，当θk＞θN+dθ时，则θk的取值为θN+dθ；当θk＜θN-dθ时，则θk的取值为θN-dθ。其中，dθ为与N分频的角距θN的角度偏差限幅值，例如9分频可以取π/90，5分频可以取π/60。
由此，通过对角度差θk进行限幅，防止θk出现过大变化，导致脉冲调制周期Ts突变，从而导致过流。
这里，可以通过如下公式计算所述角度差：
θk＝abs(θNEXT-θu)；
其中，θk表示角度差，abs表示绝对值计算，θu表示第一角度，θNEXT表示第二角度。
这里，具体通过如下公式计算所述脉冲调制周期：
Ts＝θk/abs(ω1)；
其中，Ts表示脉冲调制周期，θk表示角度差，abs表示绝对值计算，ω1表示定子电角速度。
在步骤240中，根据所述矢量调制周期，对下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列中的各个电压矢量的作用时长进行调节，并输出调节后的脉冲序列，以使下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。
这里，下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列指的是将当前输出的电压矢量调制至下一个目标电压矢量所需要输出的脉冲序列，该脉冲序列中包括多个电压矢量。例如，当0°≤θu＜20°时，按V1的拟合方式(7210序列，即U7、U2、U1、U0脉冲序列)拟合；当20°≤θu＜40°时，按V2的拟合方式(0127序列，即U0、U1、U2、U7脉冲序列)拟合；当40°≤θu＜60°时，按V3的拟合方式(7210序列，即U7、U2、U1、U0脉冲序列)拟合。
根据所述脉冲调制周期，确定下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列中的各个电压矢量的作用时长的具体步骤，包括利用SVPWM(空间矢量脉宽调制)的计算方法，确定下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列中的各个电压矢量的作用时长。具体为通过以下公式：
T1＝TS*VREF*sin(60°-θr)/sin60°；
T2＝TS*VREF*sin(θr)/sin60°；
TZ＝TS-T1-T2；
其中，VREF为调制比，TZ为零电压矢量的作用时长，TS为脉冲调制周期，θr为期望输出的电压矢量与扇区起始边的夹角，T1为脉冲序列中的第一电压矢量的作用时长，T2为脉冲序列中的第二电压矢量的作用时长。
例如，当目标输出矢量在第一扇区中，则计算出零电压矢量(U0，U7)的作用时长为TZ，以及电压矢量U1的作用时长为T1，电压矢量U2的作用时长为T2。
根据确定到的下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列中的每个电压矢量的作用时长，在对应的作用时长中，输出输出脉冲序列中对应的电压矢量，例如，在TZ的时间上输出零电压矢量。可以使得下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。
下面，通过一个具体的实施方式对上述实施例进行说明。
假设当前输出的电压矢量为8°，如果按照继续按照20°角距发送脉冲，即在一个脉冲调制周期为TS＝(π/9)/ω1的情况下，下一个输出电压矢量是28°，这样就永远达不到期望的目标角度10°、30°和50°等。
因此，通过计算所述第一角度与所述第二角度之间的角度差，并根据所述角度差，重新确定闭环同步调制的脉冲调制周期。可以使得按照该脉冲调制周期输出脉冲序列，使下一个输出电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。
例如，当前输出的电压矢量为8°，预期输出的下一个电压矢量为30°，则角度差为22°。按照22°的角度差输出脉冲序列，则下一个输出电压矢量是30°，这样就和预期输出的下一个电压矢量一致。
即使是在极端情况下，例如，在θu＝0°的极端情况下，按照上述修正后的一组输出电压角度序列为：0°--22°--44°--66°--88°--110°--130°，对照标准输出电压角度为10°--30°--50°--70°--90°--110°--130°可知，经过5次角度修正后，可以达到理论目标角度110°，实现了下一个输出电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致。而且这种极端情况下，过渡过程时间可以控制在周期的1/3左右。比如电频率为100Hz，周期为0.01s，则过度时间大约为0.003s。
实施例三
根据本发明的实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现如上述实施例任一项所述的同步调制方法。
实施例四
根据本发明的实施例，还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述实施例任一项所述的同步调制方法。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中，现有的大功率的开关频率同步调制方法都有各自的缺陷。本发明提供一种同步调制方法、存储介质以及计算机设备，通过确定当前输出的电压矢量在扇区上的第一角度与预期输出的下一个电压矢量在扇区上的第二角度之间的角度差，从而根据所述角度差，确定脉冲调制周期，以对下一脉冲调制周期将要输出的脉冲序列中的各个电压矢量的作用时长进行调整，以使下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致可见，本发明实施例提供的同步调制方法，能够按照实时的当前输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量之间的角度差输出脉冲序列，可保证稳态输出条件下，下一个输出的电压矢量与预期输出的下一个电压矢量一致，从而保证稳态下的脉冲同步和对称。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
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