基于MATLAB的SVPWM算法自動代碼生成技術研究*

楊 蕊，張建軍，馬 昭，路 瑜

（西安石油大學，西安710065）

基于MATLAB的SVPWM算法自動代碼生成技術研究*

楊 蕊，張建軍，馬 昭，路 瑜*

（西安石油大學，西安710065）

針對DSP編程復雜，開發周期長的問題，給出了一種運用MATLAB軟件、Code Composer Studio（CCS）軟件及其內嵌工具和鏈接軟件自動生成SVPWM代碼的方法。利用MATLAB/Simulink仿真軟件建立了相應的算法模型，驗證模型的正確性之后，自動生成代碼，并編譯、下載到DSP平臺中運行，產生的波形與理論相吻合。與手工編寫代碼的方法相比較，該方法簡單易行，開發周期短，生成代碼效率高。

三相逆變器；空間矢量脈沖寬度調制；自動代碼生成；數字信號處理器

傳統的DSP軟件開發，都是以編寫復雜的匯編或C語言代碼為整個軟件生命周期的核心，在開發周期中，要不斷地進行修改，需投入大量的人力和物力。快速代碼生成已經成為了DSP代碼開發研究的重點［7］。

TI公司和Mathworks公司聯合推出的嵌入式開發環境Embedded Targetfor TI's C2 000/C5 000/ C6 000 DSP Platform［2-3］和接口工具MATLAB Link forCCS Development Tools［4］為自動代碼的生成提供了方便。借助于DSP2812開發平臺，以SVPWM算法自動代碼生成為例，對自動代碼生成技術進行研究，并驗證了SVPWM代碼生成的有效性。

1SVPWM控制算法模型

1.1 SVPWM控制原理

SVPWM調制波形是電力電子中最常用的調制波，因其直流電壓利用率高，電流諧波含量少，易于數字控制的特點而受到廣泛青睞。SVPWM是將三相逆變器的交流側電壓ua，ub，uc在復平面綜合成電壓矢量，并通過固定的開關狀態形成一系列空間電壓矢量u，這些電壓矢量在固定的幅值下以電源角頻率旋轉，利用這些電壓矢量去逼近基準電壓圓，形成PWM波［1］。

1.2 SVPWM仿真模型

SVPWM模型結構如圖1［5］所示。

圖1 模型結構圖

1.2.1 坐標轉換

三相靜止坐標系下的物理模型意義清晰，但均為時變交流量，不利于控制，因此利用如下3/2轉換矩陣

將三相電壓轉換到兩相靜止坐標系(0αβ)下［6］，轉換模型如圖2所示。

圖2 坐標轉換

1.2.2 扇區計算

在坐標系(0αβ)下，定義中間變量Ua,Ub，Uc計算公式為

如果Ua＞0，則A=1，否則，A=0；如果Ub＞0，則B= 1，否則，B=0；如果Uc＞0，則C=1，否則，C=0。扇區的計算公式為Sector=4C+2B+A，計算模型如圖3所示。

圖3 扇區計算

1.2.3 導通時間t1、t2計算

設Uref在第一扇區，Uref可由U1和U2矢量以及U0和U7零矢量合成，根據平行四邊形法則有

式中，t1為U1的持續時間，t2為U2的持續時間，T為PWM開關周期。設U0、U7的工作時間為T0，有t1+t2+T0=T。

按照表1，對t1、t2賦值后，還要對其進行飽和判斷。若 t1+t2＜T，則 t1、t2保持原值不變；若t1+t2＞T則t1=t1/(t1+t2)T，t2=t2/(t1+t2)T。

1.2.4 計算空間電壓矢量切換點定義占空比參數：

在不同的扇區內，CMPR1、CMPR2、CMPR3根據表1進行賦值。計算占空比的模型如圖4所示，仿真結果如圖5所示。

圖4 計算占空比的模型

圖5 SVPWM波形仿真結果

表1 各扇區導通時間、切換點

2 DSP硬件特點

采用TI公司的C2000系列的32位定點芯片TMS320F2812。該芯片采用了高性能的CMOS技術，CPU主頻高達150MHz，采用低功耗設計，支持JTAG在線仿真接口，含有片內128K×16 bit的Flash等［8］。

DSP2812具有兩個功能相同的事件管理器EVA和EVB。而此模塊是PWM脈沖生成的特定模塊。每個EV有2個16 bit的通用定時器，3個比較單元，3個捕獲單元，1個正交編碼脈沖。EV的通用定時器不但能夠計時，每個定時器還能單獨產生1路獨立的PWM波形。比較單元又稱全比較單元，主要用來產生PWM波形，每個比較單元可以產生一對（兩路）互補的PWM波［9］。

在本實驗中，仿真器一端通過JTAG插頭連接到DSP2812目標板，另一端通過USB線纜連接到PC機的USB端口。

3 自動代碼生成

在MATLAB中，主要有Real-Time Workshop（RTW）和Stateflow Coder兩種自動代碼生成工具，RTW生成的代碼簡潔，可靠，易讀。本文采用RTW模塊代碼生成工具。

自動代碼生成流程如圖6所示［10］。

圖6 設計流程

（1）添加、設置Target Preferences模塊。

（2）添加并設置ePWM模塊。

（3）軟件在環測試。

（4）功能驗證模型。

（5）需要利用Target Preference模塊、Digital Output模塊，進一步把功能模型轉換為代碼模型。

按照上述步驟設置完畢后，單擊模型工具欄上的“編譯”按鈕，在MATLAB中自動生成的代碼報告，代碼生成完畢后，由RTW模塊自動啟動CCS軟件、建立工程，并編譯下載程序到目標板。

4 實驗結果對比及分析

編譯完成后，.out文件會自動下載到目標板并執行。取其中一路輸出波形，經過阻容濾波接到示波器上，得到的SVPWM波形如圖7（a）所示，與圖5仿真結果一致。圖7（b）為用TI公司提供的手寫代碼（可認為效率已經很高）經過濾波后得到的SVPWM波形。可以看到，自動代碼生成得到的波形與手工編寫程序得到的波形一致。

在代碼效率方面，自動編譯生成的.out文件為174 KB（178 450 byte），如圖8（a）所示，手寫代碼編譯生成的.out文件169 KB（173 729），如圖8（b）所示。按照文獻［7］給出的效率計算方法，自動生成得到的代碼效率為173 729/178 450=97.35% 。可見，具有很高的效率。

圖7 SVPWM波形

圖8 效率比較

5 結論

對于傳統的SVPWM代碼，需要編寫計算三角函數的繁雜過程［11］，而基于模型設計自動生成的代碼，只需要在Simulink中根據所需的算法，建立模型，設置好參數，按照一定步驟點擊鼠標操作，便可自動生成所需要的代碼，操作簡單，縮短了開發周期，保證了代碼的可靠性和執行效率。此方法充分體現了一體化系統設計的優越性，在未來國內的電力電子設計開發中具有光明前景。

［1］李紅，陳忠華，王勁松.基于FPGA的SVPWM算法的ESL設計［J］.電子器件，2009，32（2）：409-412.

［2］The Math Works，Inc.Embedded IDE LinkTM 4 User's Guide［S］.Natic，MA：The MathWorks，Inc.2010.

［3］The MathWorks，Inc.Target Support PackageTM 4 User's Guide［S］.Natic，MA；The MathWorks，Inc.2010.

［4］The MathWorks，Inc.Link for Code Composer Studio Develep?ment Tools［EB/OL］.［2006-07-28］.

［5］（美）可哈尼（Keyhani A），（印尼）馬瓦里（Marwali M N），戴民.綠色可再生能源電力系統接入［M］.王志新，等譯.北京：中國電力出版社，2012：31-63.

［6］石昆，章堅民，李陽春.基于DSP的三相光伏并網逆變器控制系統設計與實［J］.電子器件，2011，34（3）：274.

［7］劉杰，周宇博.基于模型的設計-MSP430/F28027/F28335DSP篇［M］.北京；國防工業出版社，2011：160-208.

［8］顧衛鋼.手把手教你學DSP-基于TMS320X281x［M］.北京航空航天大學出版社，2011：31-35.

［9］郭元彭，盧子廣，楊達亮.基于DSP代碼自動生成的實時控制平臺［J］.電力電子技術，2010：10.

［10］王巧明，李中健，姜達郁.MATLAB平臺DSP自動代碼生成技術研究［J］.現代電子技術，2012，35（14）：12.

［11］夏加寬，王桐.一種新穎的不對稱六相SVPWM算法［J］.電氣傳動，2014：2.

楊 蕊（1989-），女，漢，陜西渭南，西安石油大學，碩士研究生，研究方向為電力電子與電力傳動，475810735@qq.com；

張建軍（1957-），男，漢，陜西西安，西安石油大學，副教授，主要研究方向為電力電子與電力傳動，zhangjj@xsyu.edu.cn。

Search on Generating Code Automatically of SVPWM Based on MATLAB*

YANG Rui，ZHANG Jianjun，MA Zhao，LU Yu*
（Xi'anshiyou University，Xi'an 710065，China）

Because of DSP's complicated programming，long developing term，a method is given by using MAT?LAB，CCS and its auxiliary software to generate SVPWM code automatically.MATLAB/Simulink is used to build a corresponding algorithmic model.After testifying the correct of this model，it generats codes，compilies automatical?ly and downloads them to DSP system to operate.The wave is identical with that of the theoretical result.Compared with manuel code，this method is easy to do，and has a short developing term and high efficiency of generating codes.

three-phase inverter；space vector pulse width modulation；automatic code generation；digital signal processor

H127；TP391.1

A

1005-9490(2015)06-1341-05

6120B

10.3969/j.issn.1005-9490.2015.06.027

項目來源：西安石油大學全日制碩士研究生創新基金項目（2013cx120318）

2015-02-08 修改日期：2015-03-16