(完整word版)永磁同步電機控制的SVPWM算法—扇區(qū)判斷與切換時間確定(word文檔良心出品)

1、SVPWM的算法及仿真研究1引言隨著電力電子技術(shù)和微處理器的發(fā)展，脈寬調(diào)制 (pulse width modulation , pwm贖術(shù)在電力傳動領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在各種pwm技術(shù)中，空間矢量pwm(spacevector pwm svpwm贖術(shù)以其物理概念清晰、算法簡單、電壓利用率 高且易于數(shù)字化實現(xiàn)等特點，在高性能全數(shù)字化交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了較多應(yīng)用 1。本文首先介紹了 svpwm的基本原理，在分析機理的基礎(chǔ)上詳細推導(dǎo)了 svpwm 算法，然后在matlab/simulink 環(huán)境下通過利用功能模塊和編寫基于 m文件的s 函數(shù)相結(jié)合的方法實現(xiàn)了該算法。2空間矢量脈寬調(diào)制原理2三相電壓型

2、逆變器共有6個功率開關(guān)管，任何時刻有且僅有3個開關(guān)器件導(dǎo)通， 而且上、下橋臂的開關(guān)器件是互鎖的，因此逆變器實際上只有8個基本的開關(guān)狀 態(tài)。若用數(shù)字“1”表示相應(yīng)上橋臂開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，而下橋臂開關(guān)器件 處于關(guān)斷狀態(tài)；用數(shù)字“ 0”表示相應(yīng)上橋臂開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，而下橋臂 開關(guān)器件處于關(guān)斷狀態(tài)。則這8種開關(guān)狀態(tài)可用8個開關(guān)相量表示，分別為“000, 100, 110,，101, 111”。對應(yīng)的8個電壓空間矢量如圖1所示。圖1三相逆變器輸出電壓空間矢量圖圖1中的電壓空間矢量包括6個幅值相等、相位互差九/3電角度的非零矢量 u1u6,它們將復(fù)平面分成了 6個扇區(qū)ivi ;還有兩個位于復(fù)平面

3、中心的幅值 為零的零矢量u0、u7o為了便于研究，將三相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相a - B直角坐標(biāo)系。svpwm線性組合的控制策略就是通過合理控制兩個相鄰非零矢量及零矢量之 間的切換，在每個開關(guān)周期內(nèi)去逼近旋轉(zhuǎn)參考矢量uref ,使合成電壓矢量的軌 跡逼近圓形，進而得到如圖1所示的六個扇區(qū)。以參考矢量 uref位于扇區(qū)i為 例，在一個采樣周期內(nèi)uref可由非零電壓矢量u1、u2及零電壓矢量u0、u7合 成，通過控制逆變器輸出電壓矢量 u1、u2及u0、u7的切換時刻，可以逼近uref。 于是有：U T-U T +U T +n T +U T 小式中t0、t1、t2、t7分別為電壓矢量u0、u1、u2、u

4、7的作用時間，ts為采樣 周期。3 sv實現(xiàn)算法3pwm3.1判斷參考電壓uref所處的扇區(qū)要對參考電壓uref進行控制，首先要確定參考電壓所處的扇區(qū)，設(shè)uref在a-B直角坐標(biāo)系中的分量分別為ua、uB ,定義如下三個變量51= Up1百-U&(2)根據(jù)這三個變量可得到扇區(qū)的信息：如果 uref10 ,則a=1,否則a=0;如果 uref20 ,則b=1,否則b=0；如果uref30 ,則c=1,否則c=0。計算如下表達可以得到時扇區(qū)號與n值的關(guān)系，如表1所示。表1扇區(qū)與n值的關(guān)系3.2各扇區(qū)內(nèi)電壓矢量的作用時間計算判斷出參考電壓所在扇區(qū)后，便可以分別計算各扇區(qū)內(nèi)相鄰電壓矢量的作用時 問，從

5、而制定各開關(guān)器件的通斷順序及通斷時刻。仍以參考電壓uref在扇區(qū)i為例，根據(jù)空間矢量作用等效的原則，可得式 (1),但由于零矢量u0=u7=0,則 式可寫成U T=U T 和 T(4)由于t1、t2之和不一定等于ts ,因此在其余時間插入零矢量開關(guān)狀態(tài)來補充， 這樣并不影響輸出電壓的大小，即一個采樣周期內(nèi)各電壓矢量的作用時間滿足關(guān) 系式+ 一 7(5)而為了減小開關(guān)器件的通斷次數(shù)，一般使u0和u7各占一半的時間，因此1 (6)為了使逆變器輸出電壓波形對稱，把各電壓矢量的作用時間都一分為二。 為滿足最小開關(guān)損耗的要求，每次切換開關(guān)狀態(tài)時，只切換一個開關(guān)器件, 一個采樣周期中電壓均以零矢量開始和零

6、矢量結(jié)束。這樣就可以畫出如圖的扇區(qū)i的開關(guān)序列。另外, 并且 2所示當(dāng)參考電壓在扇區(qū)i時，仍然根據(jù)空間矢量作用等效的原則,5,工=功丁1 +如Up J* UE I由，結(jié)合式可得T1=同理可計算出其他相鄰電壓矢量的作用時間，見表 2,其中表2各扇區(qū)電壓矢量的作用時間書口口久 Ab -Ud =z_(-3Ua+U(i)Ti 2Ud對于不同扇區(qū)的相鄰電壓矢量td、tq按表2取值后，還要對其進行過調(diào)制處 理。表3為各扇區(qū)電壓矢量的作用時間的對應(yīng)關(guān)系，若 td+tqts ,則取表3各扇區(qū)電壓矢量的作用時間的對應(yīng)關(guān)系T產(chǎn)(10)Td + Tq(11)3.3逆變器開關(guān)狀態(tài)切換點計算svpwm脈寬調(diào)制是用一定頻

7、率(1/ts)和幅值(ts/2)的等效時間三角波去調(diào)制3 個輸入時間tcml、tcm2、tcm3。由此產(chǎn)生三相pwm永沖，連同反相后的三相共6 路pwm波送到逆變器的開關(guān)管。同樣以uref在扇區(qū)i為例來進行判斷，記r 1TaLl= -ToTol產(chǎn)；To+TdI 11Ttui3- zTo + z,Td+z-TqI 332 q(12)設(shè)各開關(guān)器件的切換時刻為tcma、tcmb、tcmc,由圖2和表3可知,ToaA = ToilTrmP = T(13)ToLlC Te。同理可得其余扇區(qū)內(nèi)各電壓矢量的切換時刻，見表 4。aQj1 :一uBnannVSQ巨EH表4各扇區(qū)電壓矢量的切換時刻扇區(qū)4 svpw

8、m在simulink的建模與仿真4在matlabsimulink 環(huán)境下建立的svpwm#空制模塊的仿真模型如圖3所示，其 中各matlab-function模塊均采用基于m文件的s-函數(shù)來構(gòu)建。圖3 svpwm控制模塊的仿真模型|u(t)*Nj(用 FOhlCDS6:一CDS1S3S4S5Fon2ducluaub-KZ) ubX-KD ucucS6ud inverter圖4逆變器通用模型的內(nèi)部及其封裝仿真模型基于simulink的通用逆變器內(nèi)部及其封裝仿真模型如圖 4所示。將三角波調(diào)制信號的周期作為采樣周期 ts ,與切換點tcma、tcmb、tcmc相比 較，即可調(diào)制出svpwm波。利用圖

9、4中的逆變器通用模型，建立如圖 5所示的 svpwrn變器仿真模型。圖5 svpwm逆變器仿真模型仿真參數(shù)設(shè)置如下：直流電壓ud=600v,正弦波頻率f1=20hz ,三角波頻率f2=1260hz,采樣周期ts=1/f2 ,三角波幅值為ts/2。仿真得到的逆變器輸出相 電壓ua及線電壓uab分別如圖6和圖7所示，圖8和圖9還分別給出了 tcma與三角波的比較圖及其局部放大圖，經(jīng)濾波后的相電壓ua和線電壓波形圖分別如圖10、圖11所示。圖6 svpwm逆變器輸出相電壓ua圖7 svpwm逆變器輸出線電壓uab圖8 tcma與三角波的比較圖圖9 tcma與三角波比較的局部放大圖I . J L身酉QQ華莉迪圈” 圖10濾波后相電壓ua波形5 結(jié)束語空間矢量脈寬調(diào)制可以看作一種在正弦調(diào)制波中加入了某種零序