本发明实施例涉及列车脉冲调制领域，尤其涉及一种脉冲调制方法、装置以及存储介质。
背景技术：
目前，电力机车牵引传动系统具有高电压、大电流的特点，使其牵引逆变器的最高开关频率受到严格限制。我国现有的牵引逆变器的最高开关频率最高不超过1khz，而在低载波比下输出电压和电流的谐波性能会严重变差，特别是低次谐波含量将增加。这会对牵引电机的损耗、发热以及开关器件的电流应力等带来不利影响。
现有技术中，对于减小电压和电流中的谐波含量主要由两种方式，分别是中间60°脉宽调制法和特定次消谐脉宽调制(selectedharmoniceliminationpwm，shepwm)法。中间60°脉宽调制法通过在每个调制波正负半周的中间60°进行调制，以在降低开关频率的同时增大基波输出电压，同时保持输出电压的对称性；shepwm法通过优化选择脉冲的开关时刻来实现特定的低次谐波的消除。
然而，中间60°脉宽调制法和shepwm法均存在电流谐波含量大的问题，进而严重影响了牵引系统控制效果，造成电机损耗、转矩脉动和速度抖动等问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种脉冲调制方法、装置以及存储介质。采用电流谐波最小脉宽调制(currentharmonicminimumpwm，chmpwm)技术，通过优化选择脉冲的开关时刻，实现电流谐波的最小化，进而解决了由于谐波引起的电机损耗、转矩脉动和速度抖动等问题。
第一方面，本发明实施例提供一种脉冲调制方法，应用于逆变器，包括：
根据输入电压以及逆变器的输出电压，确定第一调制度；
根据设置的分频数和预先获取到的所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，确定所述第一调制度对应的第一脉冲开关角；
根据所述第一脉冲开关角生成脉冲。
其中，每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系用于表示每个调制度对应的谐波电流最小时的脉冲开关角。
进一步地，所述根据输入电压以及逆变器的输出电压，确定第一调制度之前，所述方法还包括：
获取并存储每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系。
在一种具体的实现方式中，所述获取每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，包括：
针对每个分频数，根据傅里叶变化表达式推导出谐波电流表达式；
根据预设的约束条件以及所述谐波电流表达式，获取所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系；
所述约束条件包括：谐波电流最小，且脉冲开关角的角度大于零，且小于
在一种具体的实现方式中，每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系通过表格存储。
第二方面，本发明实施例提供一种脉冲调制装置，包括：
处理模块，用于根据输入电压以及逆变器的输出电压，确定第一调制度；
所述处理模块还用于根据设置的分频数和预先获取到的所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，确定所述第一调制度对应的第一脉冲开关角；
所述处理模块还用于根据所述第一脉冲开关角生成脉冲。
在一种具体的实现方式中，还包括：
获取模块，用于获取每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系；
存储模块，用于存储每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系。
在一种具体的实现方式中，所述获取模块具体用于针对每个分频数，根据傅里叶变化表达式推导出谐波电流表达式；
根据预设的约束条件以及所述谐波电流表达式，获取所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系；
所述约束条件包括：谐波电流最小，且脉冲开关角的角度大于零，且小于
在一种具体的实现方式中，每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系通过表格存储。
第三方面，本发明实施例提供一种逆变器，包括：存储器及处理器；
所述处理器中集成有权利要求5至8任一项所述的脉冲调制装置；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述处理器执行如权利要求1至4任一项所述的脉冲调制方法。
第四方面，本发明实施例提供一种存储介质，包括：可读存储介质和计算机程序，所述计算机程序用于实现权利要求1至4任一项所述的脉冲调制方法。
本发明实施例提供的一种脉冲调制方法、装置以及存储介质，通过逆变器的输入电压和输出电压，确定第一调制度，并根据设置的分频数和预先获取到的分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，确定第一条制度对应的第一脉冲开关角，最终根据第一脉冲开关角生成脉冲，实现了将电流谐波最小化，进而解决了由于电流谐波引起的电机损耗、转矩脉动和速度抖动等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种脉冲调制方法实施例一的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种脉冲调制方法实施例二的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种脉冲调制方法实施例三的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种chmpwm的输出电压波形示意图一；
图5为本发明实施例提供的一种chmpwm的输出电压波形的示意图二；
图6为本发明实施例提供的一种脉冲调制装置实施例一的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种脉冲调制装置实施例二的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种逆变器的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，中间60°脉宽调制方法和shepwm方法都不能完全消除低次谐波带来的影响。其中，中间60°脉宽调制方法在确定调制角度的过程中至考虑基波，致使低次谐波始终存在；shepwm方法对于谐波消除的效果有限，尤其在未被消除的谐波临近被消除的谐波处谐波幅值明显增大，导致电流总谐波畸变(totalharmonicdistortion，thd)的增大。
为克服现有技术的问题，本方案提出一种脉冲调制方法、装置以及存储介质。采用电流谐波最小脉宽调制(currentharmonicminimumpwm，chmpwm)技术，通过优化选择脉冲的开关时刻，实现电流谐波的最小化，进而解决了由于谐波引起的电机损耗、转矩脉动和速度抖动等问题。
下面通过几个具体实施例对该方案进行详细说明。
本方案的执行主体为电力机车牵引传动系统中的逆变器，该逆变器包括控制芯片以及多个绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)，其中，控制芯片可根据调制度和脉冲开关角通过控制多个igbt器件的开通和关断产生脉冲，而调制度和脉冲开关角的确认对脉宽的调制有很大的影响，在合理的调制度和脉冲开关角的对应关系下，可以控制电流谐波最小化。
可选的，控制芯片为一种数字信号处理(digitalsignalprocessing，dsp)芯片。
图1为本发明实施例提供的一种脉冲调制方法实施例一的流程示意图。如图1所示，该脉冲调制方法，包括：
s101：根据输入电压以及逆变器的输出电压，确定第一调制度。
本步骤中所述的逆变器的输出端与电力机车牵引传动系统中的电机连接，为电机提供交流电，根据逆变器输入端的直流电电压ud以及输出端的交流电电压u1，可以确定第一调制度m。
在一种具体的实现方式中，可以根据基波表达式
s102：根据设置的分频数和预先获取到的分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，确定第一调制度对应的第一脉冲开关角。
在逆变器输入电压相同的情况下，不同的分频数对应不同的脉冲开关角个数，即在输入电压相同的情况下，分频数不同，则调制度与脉冲开关角的对应关系也不同，因此，预先获取到的调制度和脉冲开关角的对应关系应根据不同分频数获取不同的对应关系，并根据步骤s101中确定的第一调制度得到对应的第一脉冲开关角。
可选的，调制度与脉冲开关角的对应关系的体现可以为表达式，也可以为表格，或者为图形，本方案对此不做要求。
其中，调制度和脉冲开关角的对应关系用于表示每个调制度对应的谐波电流最小时的脉冲开关角。
s103：根据第一调制度和第一脉冲开关角生成脉冲。
如上述步骤所述，第一脉冲开关角为在谐波电流最小时与第一调制度对应的脉冲开关角，即根据第一调制度与第一脉冲开关角生成的脉冲的谐波电流应为最小化的谐波电流。
在本方案的一种具体实现中，在基波表达式的基础上，通过谐波电流表达式使谐波电流λwthd最小化或者使谐波电流λwthd的值小于预设值，以得到调制度m与脉冲开关角α的对应关系，以使逆变器通过该对应关系能够产生谐波电流最小的脉冲。
具体的，谐波电流表达式为：
其中，n为谐波次数，un为n次谐波幅值。
基波表达式为：
其中，u1为逆变器输出电压，ud为逆变器输入电压，α1为第一脉冲开关角，m为第一调制度。
本实施例提供的一种脉冲调制方法，通过逆变器的输入电压和输出电压，确定第一调制度，并根据设置的分频数和预先获取到的分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，确定第一条制度对应的第一脉冲开关角，最终根据第一脉冲开关角生成脉冲，实现了将电流谐波最小化，进而解决了由于电流谐波引起的电机损耗、转矩脉动和速度抖动等问题。
在图1所示实施例的基础上，图2为本发明实施例提供的一种脉冲调制方法实施例二的流程示意图。如图2所示，该脉冲调制方法，在步骤s101之前还包括：
s104：获取并存储每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系。
在本步骤中，应理解，在具体应用中，根据用户的不同的使用需求，或者设备应用场景的不同，可设置不同的分频数，进而根据不同的分频数需要获取对应的调制度和脉冲开关角的对应关系。在逆变器的控制芯片中可将获取的一个或者多个调制度和脉冲开关角的对应关系进行存储。
具体的，针对每个分频数，可通过傅里叶变换表达式推导得到谐波电流表达式，通过使谐波电流表达式中的谐波电流最小化或者使谐波电流小于预设值，得到该分频数下的调制度和脉冲开关角的对应关系。
图3为本发明实施例提供的一种脉冲调制方法实施例三的流程示意图。在图1和图2所示实施例的基础上，如图3所示，该脉冲调制方法中获取每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，具体包括：
s201：针对每个分频数，根据傅里叶变换表达式推导出谐波电流表达式。
应理解，不同分频数对应不同的脉冲开关角个数，进而对应了不同的调制度和脉冲开关角的对应关系，因此，应在实际应用中需要的每个分频数下获取相应的对应关系。
根据傅里叶变化表达式可推导出谐波电流表达式，并将该谐波电流表达式作为最佳适应度函数，以便在满足一定约束条件的情况下获取需要的调制度和脉冲开关角的对应关系。
s202：根据预设的约束条件以及所述谐波电流表达式，获取所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系。
约束条件包括：谐波电流最小，且脉冲开关角的角度大于零并小于
通过谐波电流表达式使谐波电流λwthd最小化或者使谐波电流λwthd的值小于预设值，以得到调制度与脉冲开关角的对应关系，以使逆变器通过该对应关系能够产生谐波电流最小的脉冲。脉冲开关角的角度大于零并小于
在上述实施例的基础上，在一种具体的实现方式中，下面将以分频数为3分频为例，对获取每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系进行举例说明。
参考图4，图4为本发明实施例提供的一种chmpwm的输出电压波形示意图一，如图4所示，在3分频时，输出电压波形每1/4周期包含有1个角度，即n＝1。
此电压波形在每个基波周期以低电平开始，为b类波形(开关角个数为奇数)。根据傅里叶变换表达式：
可知，此表达式中符号位“-”。因此，表达式为：
n为谐波次数，n为开关角个数，un为n次谐波幅值。经推导，最终的谐波电流表达式为：
把此函数为最佳适应度函数。
最优化解的非线性约束条件函数为基波表达式。
m调制度，α1为脉冲开关角度。
此外，α1还需满足角度范围约束的线性条件：
0＜α1＜π/2(5)
通过上面公式求解，即可建立起调制度和脉冲开关角α1的一一对应关系，将m和α1存储在表格中，即可描绘出脉冲开关角α1随调制度m变化的关系曲线，可以直观的观察其变化关系，并且为chmpwm的数字实现提供了依据。
在一种具体的实现方式中，参考图5，图5为本发明实施例提供的一种chmpwm的输出电压波形的示意图二。若分频数为11分频，则基于载波方式的脉冲生成方法具体为：在chmpwm的实现时，采用基于载波方式的脉冲生成方法。以11分频时为例，此时，在输出电压波形的1/4周期内有5个开关角，即n＝5，其输出a、b、c三相电压的脉冲波形如图5所示。电压波形的四分之一周期有5个开关角，a、b、c三相相位互差120°。若将相电压脉冲波形的一个周期分为36等份，即每10°为一个区间，则每个区间最多只有一个开关角。
从上述的角度分区可知，通过分区，确定了在一个调制周期内chmpwm各个开关角的开关时刻和脉冲的电平变化规律。依据图5所示的分区法，利用数字控制器实现时，可以设置每隔10°发生一次波形中断，每次中断时读取下一个分区的开关角度的值并计算出比较寄存器的值，同时判断起始电平的高低，并赋值给周期寄存器。通过比较寄存器的值与周期寄存器的值的比较，得出在一个中断周期内脉冲触发模块的动作时间和动作状态，当中断比较36次后，即完成一个调制周期内的脉冲发生，这样便可实现n＝5时的chmpwm。
图6为本发明实施例提供的一种脉冲调制装置实施例一的结构示意图。如图6所示，该脉冲调制装置10包括：
处理模块101，用于根据输入电压以及逆变器的输出电压，确定第一调制度；
所述处理模块101还用于根据设置的分频数和预先获取到的所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，确定所述第一调制度对应的第一脉冲开关角；
所述处理模块101还用于根据所述第一调制度和所述第一脉冲开关角生成脉冲。
其中，每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系用于表示每个调制度对应的谐波电流最小时的脉冲开关角。
本实施例提供的一种脉冲调制装置包括处理模块，主要用于根据输入电压以及逆变器的输出电压，确定第一调制度，并根据设置的分频数和预先获取到的所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，确定所述第一调制度对应的第一脉冲开关角，最后根据所述第一调制度和所述第一脉冲开关角生成脉冲。实现了将电流谐波最小化，进而解决了由于电流谐波引起的电机损耗、转矩脉动和速度抖动等问题。
在图6所示实施例的基础上，图7为本发明实施例提供的一种脉冲调制装置实施例二的结构示意图。如图7所示，该脉冲调制装置10还包括：
获取模块102，用于获取每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系；
存储模块103，用于存储每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系。
在上述装置实施例的基础上，在一种具体的实现方式中，获取模块102具体用于针对每个分频数，根据傅里叶变化表达式推导出谐波电流表达式；根据预设的约束条件以及所述谐波电流表达式，获取所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系；所述约束条件包括：谐波电流最小，且脉冲开关角的角度大于零，且小于
在一种具体的实现方式中，每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系通过表格存储。
本实施例提供的访问指令的处理装置，可以执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
图8为本发明实施例提供的一种逆变器的硬件结构示意图。如图8所示，本实施例提供的逆变器20可以包括：存储器201、处理器202；可选的还可以包括总线203。其中，总线203用于实现各元件之间的连接。
所述处理器202中集成有图6和图7所示实施例提供的访脉冲调制装置；
所述存储器201存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器202执行所述存储器201存储的计算机执行指令，使得所述处理器执行前述任一项实施例提供的脉冲调制方法。
其中，存储器201和处理器202之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可以通过一条或者多条通信总线或信号线实现电性连接，如可以通过总线203连接。存储器201中存储有实现数据访问控制方法的计算机执行指令，包括至少一个可以软件或固件的形式存储于存储器201中的软件功能模块，处理器202通过运行存储在存储器201内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。
存储器201可以是，但不限于，随机存取存储器(randomaccessmemory，简称：ram)，只读存储器(readonlymemory，简称：rom)，可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，简称：prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，简称：eprom)，电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，简称：eeprom)等。其中，存储器201用于存储程序，处理器202在接收到执行指令后，执行程序。进一步地，上述存储器201内的软件程序以及模块还可包括操作系统，其可包括各种用于管理系统任务(例如内存管理、存储设备控制、电源管理等)的软件组件和/或驱动，并可与各种硬件或软件组件相互通信，从而提供其他软件组件的运行环境。
处理器202可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器202可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称：cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称：np)等。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。可以理解，图8的结构仅为示意，还可以包括比图8中所示更多或者更少的组件，或者具有与图8所示不同的配置。图8中所示的各组件可以采用硬件和/或软件实现。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时可以实现上述任一方法实施例提供的访问指令的处理方法。
本实施例中的计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质，或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备，可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如ssd)等。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
1.一种脉冲调制方法，其特征在于，应用于逆变器，包括：
根据输入电压以及逆变器的输出电压，确定第一调制度；
根据设置的分频数和预先获取到的所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，确定所述第一调制度对应的第一脉冲开关角；
根据所述第一调制度和所述第一脉冲开关角生成脉冲；
其中，每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系用于表示每个调制度对应的谐波电流最小时的脉冲开关角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据输入电压以及逆变器的输出电压，确定第一调制度之前，所述方法还包括：
获取并存储每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，包括：
针对每个分频数，根据傅里叶变换表达式推导出谐波电流表达式；
根据预设的约束条件以及所述谐波电流表达式，获取所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系；
所述约束条件包括：谐波电流最小，且脉冲开关角的角度大于零并小于
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系通过表格存储。
5.一种脉冲调制装置，其特征在于，包括：
处理模块，用于根据输入电压以及逆变器的输出电压，确定第一调制度；
所述处理模块还用于根据设置的分频数和预先获取到的所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系，确定所述第一调制度对应的第一脉冲开关角；
所述处理模块还用于根据所述第一调制度和所述第一脉冲开关角生成脉冲；
其中，每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系用于表示每个调制度对应的谐波电流最小时的脉冲开关角。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：
获取模块，用于获取每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系；
存储模块，用于存储每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于针对每个分频数，根据傅里叶变化表达式推导出谐波电流表达式；
根据预设的约束条件以及所述谐波电流表达式，获取所述分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系；
所述约束条件包括：谐波电流最小，且脉冲开关角的角度大于零，且小于
8.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，每个分频数对应的调制度和脉冲开关角的对应关系通过表格存储。
9.一种逆变器，其特征在于，包括：存储器及处理器；
所述处理器中集成有权利要求5至8任一项所述的脉冲调制装置；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述处理器执行如权利要求1至4任一项所述的脉冲调制方法。
10.一种存储介质，其特征在于，包括：可读存储介质和计算机程序，所述计算机程序用于实现权利要求1至4任一项所述的脉冲调制方法。
技术总结