在实际的运算过程中,将牛顿法和该方法进行比较,发现这种方法的收敛域扩大,如N=8,q=O.9,取初值a0=[5,20,30,40,50,60,70,80]时,用牛顿法迭代和简化牛顿法都不收敛,用同伦法(固定迭代次数A=4)则只需7次。如N=20,q=1.0,a0=[1,8,12,15,20,25,28,30,35,40,45,50,52,60,65,68,70,75,80,90]时,用牛顿法迭代不收敛,用同伦法只需3次,加上预迭代10多次;若用同样一组靠近真值的初始值开始迭代,尽管两种方法都收敛,但同伦法的迭代次数比牛顿法少。取a0=[9,10,16,18,23,26,30,35,38,44,46,52,54,61,62,69,70,78,78.2,90]时,用两种方法都收敛,但用同伦法要比牛顿法迭代次数少很多,这样的例子很多,所以同伦法有很多优越性。
4 研究结果
4.1 仿真研究
为了验证同伦算法所得结果谐波消除的效果,采用Matlab仿真,以五电平级联多电平逆变器为例,对SHEPWM控制方法进行了仿真研究。仿真参数:调制频率50 Hz,直流电压VDc=20 V,基波幅值q=O.7,α见表3。图5给出了五电平级联多电平逆变器输出电压(V0)的仿真PWM波形和谐波频谱分析如图1所示,开关个数N=8通过Matlab仿真和DSP系统中的TMS320F2812实验台给出了结果。由图5可见,3,5,7,9…等低阶奇次谐波被消除了,由此说明,由前面的同伦算法计算得到的结果是正确的,它与预期的谐波次数一致。
4.2 实验研究
为了进一步验证同伦算法计算的SHEPWM结果的实际消谐效果,进行具体的实验研究。以TI公司的TMS320F2812控制平台为控制器,把离线运算结果(见表3)中的相应部分存入到DSP中,然后通过查表法取得开关切换时刻。图6所示为实验波形。
对比图5与图6可知,五电平级联多电平逆变器的实验波形与仿真结果非常一致,故实验所得的波形是正确。验证的同时说明,由同伦算法计算出的SHEPWM超越方程组的结果是正确的。
5 结 语
这里通过对逆变电源消谐模型的研究,提出了用同伦算法求解该模型的方法。这种算法的优点在于它对初值没有严格的要求,并且具有很宽的收敛范围和收敛速度,可以保证求解过程的正确性和快速性。并通过仿真和实验验证了该算法。如果能提高CPU速度或采用并行运算进一步提高运行速度,实现实时消谐PWM控制是完全可能的。因此可以预见它将成为逆变器PWM控制中很有发展前景的控制算法。