Robocikowo>ROBOCIKOWO
Robotyka

SVPWM

1988AktywnyOpublikowano: 21 października 2026Aktualizacja: 21 października 2026Opublikowany
Technika modulacji szerokości impulsu dla trójfazowego falownika napięcia, która reprezentuje zadane napięcie jako wirujący wektor przestrzenny i odtwarza go przez uśrednianie w czasie dyskretnych wektorów bazowych falownika.
Kluczowa innowacja
Traktuje trzy napięcia fazowe falownika jako jeden wirujący wektor przestrzenny i syntezuje go z wektorów bazowych, co pozwala wykorzystać szynę DC o ok. 15,5% lepiej niż klasyczne sinusoidalne PWM.
Kategoria
Robotyka
Poziom abstrakcji
Building block
Poziom operacji
Sterowanie robotem
Zastosowania
Sterowanie polowo-zorientowane (FOC) silników PMSMNapędy silników BLDCNapędy silników indukcyjnych (asynchronicznych)Falowniki trakcyjne i motoryzacyjnePrzemienniki częstotliwości w automatyce przemysłowejSterowniki serwonapędów w robotyce

Jak działa

Krok po kroku: (1) trójfazowe napięcie zadane jest przekształcane do nieruchomej płaszczyzny αβ (transformacja Clarke’a); w FOC wektor ten pochodzi z odwrotnej transformacji Parka. (2) Wyznaczany jest sektor heksagonu (jeden z sześciu, co 60°), w którym leży wektor zadany. (3) Zadany wektor jest aproksymowany przez dwa sąsiadujące wektory aktywne oraz wektory zerowe; obliczane są czasy ich załączenia (T1, T2, T0) tak, aby ich średnia w okresie modulacji odpowiadała wektorowi zadanemu. (4) Czasy przeliczane są na współczynniki wypełnienia trzech gałęzi falownika, zwykle z symetrycznym rozłożeniem wektorów zerowych, co minimalizuje liczbę przełączeń i zniekształcenia.

Rozwiązany problem

Sinusoidalne PWM nie wykorzystuje w pełni dostępnego napięcia szyny DC i generuje wyższe zniekształcenia harmoniczne prądu. SVPWM rozwiązuje oba problemy: podnosi maksymalne liniowe napięcie wyjściowe (w zakresie liniowym amplituda fazowa sięga Udc/√3 zamiast Udc/2) i ogranicza tętnienia prądu oraz straty przełączania przy tej samej częstotliwości nośnej.

Komponenty

Wektory bazowe falownikaDyskretny zbiór napięć, z których syntezowany jest wektor zadany.

Osiem stanów łączników dwupoziomowego falownika: sześć niezerowych wektorów aktywnych (V1–V6) rozmieszczonych co 60° i dwa wektory zerowe (V0=000, V7=111).

Heksagon sektorówLokalizacja wektora zadanego i wybór wektorów składowych.

Przestrzeń wektorów aktywnych dzieli płaszczyznę αβ na sześć sektorów po 60°; identyfikacja sektora wskazuje, które dwa wektory aktywne użyć.

Wyznaczanie czasów załączeńPrzekłada geometrię wektora na konkretne czasy przełączeń.

Obliczenie czasów T1, T2 (wektory aktywne) oraz T0 (wektory zerowe) w okresie modulacji, tak aby ich średnia ważona odpowiadała wektorowi zadanemu.

Sekwencja przełączeńDecyduje o stratach przełączania i jakości prądu wyjściowego.

Uporządkowanie wektorów w okresie (zwykle symetryczne, z rozdzieleniem wektorów zerowych), minimalizujące liczbę przełączeń i zniekształcenia harmoniczne.

Implementacja

Implementacje referencyjne
TI C2000 MotorControl SDK (moduł SVGEN)
C · Texas Instruments
Oficjalna
STMicroelectronics Motor Control SDK (X-CUBE-MCSDK)
C · STMicroelectronics
Oficjalna
Pułapki implementacyjne
Zniekształcenia od czasu martwegoWysoka

Czas martwy wprowadzany między przełączeniami łączników jednej gałęzi powoduje błąd napięcia wyjściowego, zwłaszcza przy małych prędkościach i niskim napięciu.

Rozwiązanie:Kompensacja czasu martwego w oprogramowaniu na podstawie znaku prądu fazowego.
PrzemodulowanieŚrednia

Powyżej zakresu liniowego (poza okręgiem wpisanym w heksagon) wektor zadany nie może być wiernie odtworzony, co wprowadza harmoniczne niskiego rzędu.

Rozwiązanie:Jawne algorytmy przemodulowania lub ograniczenie wektora zadanego do zakresu liniowego.
Błędna detekcja sektora i taktowanieŚrednia

Nieprawidłowe wyznaczenie sektora lub niedotrzymanie okna czasowego obliczeń psuje sekwencję przełączeń i jakość prądu.

Rozwiązanie:Deterministyczne wyznaczanie sektora i wykonanie algorytmu w przerwaniu zsynchronizowanym z nośną PWM.

Ewolucja

Oryginalny paper · 1988 · IEEE Transactions on Industry Applications · Heinz Willi van der Broeck
Analysis and realization of a pulsewidth modulator based on voltage space vectors
Heinz Willi van der Broeck, Hans-Christoph Skudelny, Georg Viktor Stanke
1988
Formalizacja SVPWM
Punkt przełomowy

Van der Broeck, Skudelny i Stanke przedstawiają analizę i realizację modulatora PWM opartego na wektorach przestrzennych napięcia, dając podstawy teoretyczne SVPWM.

Hiperparametry (konfigurowalne osie)

Częstotliwość przełączeńWysoka

Częstotliwość nośna modulacji; kompromis między tętnieniami prądu a stratami przełączania.

8–20 kHzTypowy zakres dla napędów PMSM/BLDC.
Współczynnik modulacjiWysoka

Stosunek amplitudy wektora zadanego do promienia okręgu wpisanego w heksagon; powyżej zakresu liniowego wchodzi się w przemodulowanie.

0–1.0 (zakres liniowy)Granicę liniową wyznacza okrąg wpisany w heksagon.