理论教育 在线开关角计算方法及其在SHEPWM中的应用

在线开关角计算方法及其在SHEPWM中的应用

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:随着高级计算语言软件的发展,开关角计算的离线算法已经完全解决。该方法的要义就是对式的超越方程组进行线性化处理,通过迭代算法,求取开关角。因此研究在线开关角计算方法,对SHEPWM而言是非常重要的。

在线开关角计算方法及其在SHEPWM中的应用

SHEPWM能够直接消除指定次数的谐波分量,效果直观、原理清晰,开关频率较载波法PWM大大降低,因而在大功率电力电子设备中有很好的应用前景。但SHEPWM中开关角的计算特别是在线计算非常复杂,因而SHEPWM方法虽在20世纪70年代就已经提出,但应用却不是特别广泛。随着高级计算语言软件的发展,开关角计算的离线算法已经完全解决。特别是目前高速度微处理器的不断进步(DSP的单步乘法运算速度已经达到25ns乃至以下),同时各种数学方法不断引入,在线实现SHEPWM已经逐渐成为现实,SHEPWM的应用将越来越广泛。

1.离线算法

SHEPWM开关角的离线算法通常采用Newton-Raphson法。该方法的要义就是对式(5-56)的超越方程组进行线性化处理,通过迭代算法,求取开关角。Newton-Raphson(牛顿-拉夫逊)算法原理非常清晰,操作也似简单,但并不是很容易得到所需的开关角数值,主要原因就是初始值难以选取。Newton-Raphson法的收敛范围比较窄,如果初始值选取不当,就很难收敛。为此很多简化算法不断出现,比如将超越方程转化为高次线性方程等,但运算难度仍然很大。

实际上,在各种优化算法中,有些算法对初始值的要求并不是很高,比如单纯型法。单纯型法的程序设计较Newton-Raphson法稍复杂些,但其收敛速度和精确度却更好,对初始值的要求也较为宽泛,因此采用单纯型法应该是更好的解决方案

不论是Newton-Raphson法,还是单纯型法,都需要较为复杂的编程。实际上,目前一些高级程序语言本身已经包含这些优化算法的软件包,直接应用就可以离线求出任意精度的开关角,除非方程本身没有最优解。比如Matlab语言就提供了两个解非线性最优问题的函数fsolve和fminsearch,特别是fminsearch采用单纯型法,功能强大,对初始值没有特殊要求,收敛范围极宽。因此离线求解SHEPWM开关角已经不再是问题了。(www.daowen.com)

2.在线算法

SHEPWM开关角的运算传统上都采用离线算法,因而在某些对快速性和动态特性要求高的场合,SHEPWM不具备优势。因此研究在线开关角计算方法,对SHEPWM而言是非常重要的。

1989年Asumadu和Hoft首次提出了基于Walsh函数来分析PWM波形产生的方法,利用Walsh函数波形分析技术,将求解开关角的非线性方程组转变为求解关于基波幅值的分段线性方程组,大大缩减了计算时间,使在线控制成为可能。基于Walsh变换的SHEPWM开关角在线运算方法目前已经基本成熟,相信这种算法必定会对SHEPWM的推广应用起到推动作用。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈