永磁同步电机控制系统仿真—PWM比较器的Simulink模型

PWM 比较器的功能

还是以本系列文章中，用到的三相两电平逆变器为控制对象。下图是正弦波调制（SPWM）的三相两电平逆变器的波形。

输入的是三相的正弦波信号，三角载波与正弦信号波进行比较，当正弦信号波的值大于三角载波的值，输出“1”，否则，就输出“0”；PWM比较器一共生成6个PWM信号，控制6个IGBT的开通和关断。PWM比较器输出“1”控制IGBT开通，“0”信号IGBT关断。控制逆变器输出的三相相电压和三相线电压如下图所示。

对于三相两电平逆变器，为了防止上下桥臂同时导通而短路，PWM比较器还需要插入死区时间。

此外，为了让电流、速度和位置采样与PWM占空比的更新同步，以及控制器算法模型的触发运行，必须还有中断触发信号生成功能。

因此整个PWM比较器包括四部分:

(1) 三角载波生成；

(2) 信号比较，生成PWM控制信号；

(3) 插入死区时间；

(4) 中断触发信号生成；

正弦波调制（SPWM）的三相两电平逆变器的波形

三角载波生成

因为三角载波生成的模型是在FPGA中运行的，因此数据类型需要整型。

最方便的方法就是使用Simulink的HDL Coder模型库中的HDL Counter模块。通过控制输入端口dir控制HDL Counter模块的计数方向。

HDL Counter模块

示例模型如下：

三角载波生成的Simulink模型

仿真步长为1e-8，Relay 模块的Switch on point为10000，Switch off point为0，输出“0”或者“1” 控制HDL Counter模块的计数方向，生成0~10000的三角波，频率为5kHz。

三角载波信号

PWM 信号生成

三角载波与信号波进行比较，当信号波的值大于三角载波的值，输出“1”，否则，就输出“0”；PWM比较器一共生成6个PWM信号，控制6个IGBT的开通和关断。

此功能的Simulink模型如下：

PWM信号生成的Simulink模型

死区时间

通常死区时间的插入通过增加PWM信号的开通延时实现的。

简单说就是：如果PWM信号由“1”变“0”，即由开通变为关断，则马上关断；如果PWM信号由“0”变“1”，即由关断变为开通，则延时T_delay再开通；此功能的Simulink模型如下，C_delay端口为输开通延时计数值。

死区时间的Simulink模型

中断触发信号生成

此功能比较简单，Simulink模型如下图所示，在三角波的底点和顶点都产生中断，如果只在底点或者只在顶点，可以根据需要修改即可。

中断触发信号生成的Simulink模型

以上模型皆可以通过Simulink的HDL Coder工具生成HDL代码，部署至Speedgoat的FPGA板卡。