MATLAB的SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)控制算法的仿真
摘 要随着全控型快速半导体自开关器件和智能型高速微控制芯片的发展，字化PWM成为PWM控制技术发展的趋势。但是传统的SPWM法比较适合模拟电路实现，不适应于现代电力电子技术数字化的发展趋势。电压空间矢量脉宽调制(Space-Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM)控制技术是一种优化了的PWM控制技术，和传统的SPWM法相比，不但具有直流利用率高(比传统的SPWM法提高了15.47%)，输出谐波少，控制方法简单等优点，而且易于实现数字化。
本文首先对脉宽调制技术的发展现状进行了综述，在此基础上分析了电压空间矢量脉宽调制技术的发展现状;接着对空间电压矢量脉宽调制技术((SVPWM )的基本原理进行了详细的分析和推导，SVPWM是基于磁链追踪的思想，它以三相对称正弦波电压供电下三相对称电动机定子理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆的，在追踪的过程中，逆变器的开关模式作适当的切换，从而形成PWM波;然后详细分析了电压空间矢量脉宽调制技术的调制波，虽然SVPWM法的调制波是隐含的，但是为了揭示SVPWM法与SPWM法的内在联系，需要求出SVPWM在A-B-C坐标系上的等效调制波，也就是将svPwM的隐含调制波显化;SVPWM实质是一种基于空间矢量在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行规则采样的一种变形SPWM。
文章还详细分析了SVPWM法的基本调制方式，在前人研究的基础上对现有的SVPWM控制算法进行了一些改进，重点分析了过调制和扇区过渡两种特殊情况下的控制算法。利用MATLAB6.5软件中的动态仿真工具SIMULINK对改进之后的控制算法进行了动态仿真，通过仿真分析验证了改进后控制算法的正确性。在此基础上，建立了SVPWM逆变器供电下异步电动机开环变频调速系统动态仿真模型，详细分析了该情况下系统的动态性能，并与传统SPWM逆变器供电下异步电机开环变频调速系统的动态性能进行了比较，SVPWM逆变器供电下的系统动静态性能良好，电机转矩脉动小，相电流更接近于正弦波。
关键词: 脉宽调制；SVPWM；磁链追踪；SIMULINK。
Abstract
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Together with the continual development of all-controlled fast semicon ductor self-turn-off devices and intelligent high-speed microcontroller,the digitized PWM is becoming the trend of PWM control technique development.But the analogal electric circuit cann't realize the traditional SPWM method easily.The traditional SPWM can not adapt to the development trend of the digitization of the modem power and electric.Space-vector pulse width modulation(SVPWM) a kind of superiorized PWM control technique: achieving the effective utilization of the DC supply voltage(compared with the traditional SPWM,reduced by 15.47%),having little harmonic output and the easy control method,furthermore easy to realize the digitization.The article presents the developing condition of PWM and SVPWM first.Then the theory of SVPWM is discussed in detail.The SVPWM is based on the thought of magnetic chain tracking.It makes the ideal magnetic chain circle of three-phased sysmmetry electric motor supplied by three-phased sysmmetry sine wave voltage for basis,uses the practical magnetic chain vector formed by the different switch modes of three-phased inverter to track the basic magnetic chain circle.During the course of tracking,the inverter changes the switch modes properly to form the PWM waves.Then the modulation wave of SVPWM is analyzed in detail.The modulation wave of SVPWM is implicit,but the analogous modulation wave in A-B-C axis needs to be calculated in order to expose the internal relation of SVPWM and SPWM.That is to show the implicit modulation wave of SVPWM.SVPWM actually is a transformed SPWM ruly sampled by the modulation wave which is injected by the zero prefaces based on space vectors.原文请找腾讯752018766辣-文^论,文.网http://www.751com.cn
At the same time,the basic modulation method of SVPWM is analyzed detailly.Some improvements are carried in the existed control method of SVPWM on the basis of fore person's reserch.The improved control method is simulated dynamically by using MATLAB6.5/SIMULINK dynamic simulation sofeware.It proved the accuracy of the improved control method by analyzing the result ofsimulation.The simulated model of asynchronous machine variable frequency variable speed system fed by SVPWM inverter is set up.The dynamic performance of thesystem is analyzed in detail and.compared with SPWM pattern,the SVPWM pattern reduces the torque ripple,improving the speed of reacting as well as achieving the effective utilization of the DC supply voltage for the inverter.
Keywords: PWM,SVPWM,magnetic chain track,SIMULINK
目 录
摘 要 I
目 录 III
插图和表格清单 V
第1章 绪论 - 1 -
1.1课题研究的背景及其发展前景 - 1 -
1.1.1课题研究的背景 - 1 -
1.1.2永磁材料的发展 - 2 -
1.1.3电力电子器件和微处理器的发展 - 2 -
1.1.4控制策略的发展 - 3 -
1.2 本课题的主要研究工作 - 4 -
第2章 永磁同步电动机的数学模型 - 6 -
2.1 永磁同步电机的分类和结构 - 6 -
2.2 永磁同步电机数学模型的建立 - 6 -
2.2.1 坐标系的定义 - 6 -
2.2.2 三相定子坐标系与两相定子坐标系变换(3s-2s) - 7 -
2.2.3 两相定子坐标系与两相旋转坐标系变换(2s-2r) - 9 -
2.3 两相定子坐标系与两相转子旋转坐标系的变换（2r-2s） - 10 -
2.4 永磁同步电机的数学模型 - 11 -
2.4.1 永磁同步电机在ABC坐标系上的数学模型 - 11 -
2.4.2 永磁同步电机在 坐标系上的数学模型 - 12 -
2.4.3 永磁同步电机在 坐标系上的数学模型 - 12 -
第3章 脉冲调制（PWM）技术 - 14 -
3. 1脉宽调制(PWM)技术发展概况 - 14 -
3. 1. 1脉宽调制(PWM)技术的发展现状 - 14 -
3. 1. 2脉宽调制(PWM)技术的应用 - 16 -
3.2电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术发展概况 - 17 -
第4章 SVPWM的理论基础 - 19 -
4. 1电压空间矢量的概念 - 19 -
4. 2电压矢量与磁链矢量的关系 - 20 -
4. 3三相逆变器的基本电压矢量 - 20 -
4. 4磁链跟踪PWM的基本思想 - 23 -
第5章 基于MYTLAB的SVPWM控制方法的仿真 - 27 -
5. 1仿真平台概述 - 27 -
5. 2空间电压矢量控制方法仿真 - 28 -
5. 3空间电压矢量控制系统参数及仿真结果 - 33 -
总结与展望 - 39 -
参考文献 - 40 -
致谢 - 41 -
插图和表格清单
图 2-1 三相定子坐标系6
图2-2 定子静止坐标系7
图2-3 定子静止坐标系与转子旋转坐标系7
图2-4 定子坐标系和转子坐标系8
图2-5两相静止和旋转坐标系与磁动势（电流）空间矢量9
图3.1脉宽调制方法分类14
图3.2常用SPWM控制方法的分类15
图4.1电压空间矢量19
图4.2三相PWM逆变器一异步电动机原理图21
图4.3在复平面下三相逆变器的基本电压矢量图23
图4.4三相对称正弦波电压驱动三相对称电动机24
图4.5 d-q轴系中磁链矢量及理想磁链圆25
图4.6逆变器驱动时电动机的磁链矢量图5-1采用电流滞环控制方法的系统框图26
图5-1采用电流滞环控制方法的系统框图28
图5-2空间电压矢量控制仿真模型30
图5-3 abc/dq变换模块29
图5-4 dq坐标系下电压获得模块31
图5-5 ap坐标系卜电压幅值和相角获得模块32
图5-6 svpwm模块33
图5-7额定转速、额定负载情况35
图5-8额定转速、0.25s负载突变情况36
图5-9额定负载，转速在0.25s由3000r/min突变到1500r/min情况37
表4-1开关状态与相电压和线电压的对应关系22
表4-2开关函数与相电压在 坐标系的分量的对应关系23,1634
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