Simulink基于SVPWM永磁同步电机的控制系统仿真+原理图+电路图 第6页
第3章永磁同步电动机矢量控制策略
1971年，德国西门子公司的Blaschke提出了交流电动机的矢量控制理论，它是电机控制理论的一次飞跃，解决了交流电机的调速问题，使得交流电机跟直流电机控制一样方便可行，并且可获得与直流调速系统相媲美的动态性能。
3.1矢量控制原理
所谓矢量控制就是将用静止坐标系所表示的电动机矢量变换到以气隙磁场或转子磁场定向的坐标轴系（这里选用转子磁场定向）。三相电流 、 、 经过由三相静止坐标系到两相垂直静止坐标系αβ轴，再由两相静止坐标系到两相旋转坐标系dq轴的变换，并使d轴沿着转子磁链的方向，则永磁同步电动机的绕组电流就变成了由励磁电流分量 和转矩电流分量 分开控制的直流电动机。按照直流电动机的控制方法，求得控制量后，再经过坐标反变换，就能控制永磁同步电动机，对永磁同步电动机的控制转为对转子磁链 参照系下的直流电动机的控制
如图3-1所示，其中3s /2s是三相静止到两相静止的Park变换，2s/2r是两相旋转变换，θ是d轴与α轴的夹角。 图3-1 永磁同步电机矢量变换原理图
3.1.1矢量控制 =0方式的特点
当永磁同步电动机定子绕组电流的直轴分量在控制过程中始终等于0，即 =0时，相当于等效直轴绕组开路不起作用。因此，如果不考虑定子直轴电压分量，仅仅从交轴电压方程可以看出，永磁同步电动机相当于一台他励直流电机，定子电枢绕组中只有交轴分量 ，励磁磁链等与转子永磁极产生的磁链恒定不变，等效交轴绕组中的励磁电势与转子角速度成正比。因为定子磁动势空间矢量与转子永磁体磁场空间矢量相互垂直，所以电磁转矩与交轴电枢电流成正比。
由转矩公式可以看出，在同步电动机的整个运行过程中，保证 =0，使定子电流产生的电枢磁动势与转子励磁磁场间的角度β为90度，即保证正交，则 与q轴重合时，那么电磁转矩只与定子电流的幅值 成正比。在转子磁链定向时，采用 =0控制方式，具有以下特点：
由于d轴定子电流分量为0，d轴阻尼绕组与励磁绕组是一对简单耦合的线圈，与定子电流无相互作用，实现了定子绕组与d轴的完全解耦。转矩方程中磁链ψ，与电流 解耦，相互独立。定子电流d轴分量为0，可以使同步电动机数学模型进一步简化。因此，在这种 =0基于转子磁场定向方式的矢量控制中，定子电流与转子永磁磁通互相独立（解耦），控制系统简单，转矩特性好，可以获得很宽的调速范围，适用于高性能的数控机床、机器人等场合。
3.1.2矢量控制 =0方式的实施方案
永磁同步电机矢量控制的基本思想是模仿直流电机的控制方式，具有转响应快、速度控制精确等优点。矢量控制是通过控制定子电流的转矩分量间接控制电机转矩，所以内部电流环调节器的参数会影响到电机转矩的动响应性能。而且，为了实现高性能的速度和转矩控制，需要准确知道转子链矢量的空间位置，这就需要电机额外安装位置编码器，会提高系统的价，并使得电机的结构变得复杂。
采用 =0转子磁链定向矢量控制系统原理如图3-2所示，可以看出系统包含了速度环和电流环的双闭环系统。其中速度环作为外环，电流环为内环的控制方式。该方案解耦且简洁明了，主要包括定子电流检测、速检测、速度环控制器、电流环控制器、Clark变换、Park变换与逆变换、电空间矢量SVPWM调制等几个环节。具体实现过程如下：通过位置传感器21确检测电机转子空间位置，计算得到转子速度；速度控制器输出定子q轴组分量的参考值 ，同时给定 =0；由电流传感器检测定子绕组电流，解得定子电流的d、q轴分量 和 ；电流控制器的输出为分别预测需要施的空间电压矢量的d、q轴分量 和 ，经SVPWM模块形成6路PW信号输出，经功率放大后改变加在电机绕组上的电流，从而实现转速电流闭环的控制。 图3-2 永磁同步电动机伺服系统原理
3.2空间电压矢辣-文^论,文.网
http://www.751com.cn 量SVPWM技术
近年来，德国H.W.Vander Broeck教授等提出了空间电压矢量调制（SVPWM）策略。空间电压矢量调制（SVPWM）是近年发展的一种比较新颖的控制方法，空间矢量PWM波是一个由三相功率逆变器辣个功率开关元件的特定开关模式产生的脉宽调制波，使得输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，基波成分大，不仅使得电机转矩脉动降低，使旋转磁场更逼近圆形，而且直流母线电压的利用率有了很大提高，并且更易于实现数字化。
SVPWM技术是从电动机的角度出发，目的是使电动机获得圆形旋转磁场。定子相电压 、 和 U分别加在电动机的三相绕组上，它们的方向始终保持在各相的轴线上，幅值大小随时间按正弦规律变化。因此，绕组的三个相电压矢量的合成u可以表示为
(3-1)
当转速不是很低时定子绕组的电阻压降相对很小，可以忽略，即有
(3-2)
(3-3)
由（3-3）式可以看出，电动机的旋转磁场问题可以转化为电压空间矢量的运动轨迹来讨论。SVPWM技术是以三相对称正弦电压供电时电动机绕组产生的理想磁通圆为基准，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态[30]，从而形成PWM波形。功率电路采用图3-3三相逆变器拓扑结构，当上桥功率管a、b或c为1时上桥功率管导通，同时相应的下桥功率管关断，反之亦然。由此可见，可以通过上桥功率开关管的开关状态来决定逆变器的输出。上桥功率管的开关状态可以组合为8种，即001、010、011、100、101、110、000和111，由此可得6个非零矢量 、 、 、 、 和两个零矢量 、
各矢量大小和位置分布如图3-4所示。
图 3-3 逆变电路
为进一步分析基本电压空间矢量与磁链轨迹之间的关系，以参考电压矢量位于Ⅰ扇区为例说明参数确定原则。 、 为Ⅰ扇区中的两个相邻基电压矢量。 为参考电压矢量，其旋转的角速度就是逆变器输出正弦电压上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] 下一页
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