三電平svpwm的研究及其仿真畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　?。?014屆）</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料</p><p><b>　　2014屆</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料</p><p>　　第一部分 畢業(yè)論文</p><p><b>　?。?/p>

2、2014屆）</b></p><p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p><b>　　2014年5月 </b></p><p>　題 目 名 稱：三電平SVPWM的研究及其仿真</p><p>　學 院（部）：電氣與信息工程學院 </p><

3、p>　專 業(yè)：電氣工程及其自動化 </p><p>　學 生 姓 名：xxx </p><p>　班 級：xxxxxxx學號xxcxxxxx </p><p>　指導教師姓名：xxxxxxx職稱 xxxx </p>

4、;<p>　最終評定成績：</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　此篇論文在參考了大量資料后對空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)進行了有理論有仿真的論述，充分發(fā)掘了此技術(shù)在現(xiàn)實生活中的重要性，是我們實現(xiàn)對永磁同步電機控制優(yōu)化的重要輔助。</p><p>　　本文先從理論上對空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)進行了充分的說明然后對理

5、論通過MATLAB/SIMULINK進行了仿真，在之后的波形圖中我們可以看見空間脈寬矢量調(diào)節(jié)技術(shù)對于圓形磁場的建立，對于電機的控制都起到了良好的效果。而永磁同步電機有者占用空間小，適用領(lǐng)域廣等優(yōu)點，桎梏其發(fā)展的永磁體材料稀少也由釹鐵硼永磁材料的出現(xiàn)而得到化解。我國有著豐厚的稀土資源對于永磁同步電機的發(fā)展有著得天獨厚的優(yōu)勢，所以我們應(yīng)該對永磁同步電機的控制也要有相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)，畢竟無法控制的電機就是一塊金屬罷了。通過MATLAB/SIMU

6、LINK的仿真我們也可以以簡單的方式獲得一些不簡單的控制結(jié)果，看到空間脈寬矢量調(diào)節(jié)技術(shù)是一種非常好的控制永磁同步電機的的方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：永磁同步電機控制，空間脈寬矢量控制，MATLAB/SIMULINK仿真</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper in referenc

7、e to a large amount of information on the space vector pulse width modulation technology were described with theoretical simulation, Fully explore the importance of this technology in the real life, Is our important auxi

8、liary optimized control of permanent magnet synchronous motor, This article first from the theory of space vector pulse width modulation technology make a statement ,Then the theory of simulation by MATLAB/SIMULINK ,We c

9、an see in the waveform figure after sp</p><p>　　Keywords: Permanent magnet synchronous motor control, space vector control pulse width, MATLAB/SIMULINK </p><p><b>　　目 錄</b></p>

10、;<p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1永磁同步電機簡介1</p><p>　　1.2永磁同步電機分類1</p><p>　　1

11、.3永磁同步電機的控制方式簡介2</p><p>　　1.4永磁同步電機的發(fā)展前景2</p><p>　　1.5 主要內(nèi)容3</p><p>　　第2章 空間脈寬矢量調(diào)節(jié)技術(shù)SVPWM4</p><p>　　2.1空間脈寬矢量調(diào)節(jié)技術(shù)SVPWM的發(fā)展簡況4</p><p>　　2.2 空間脈寬矢量調(diào)節(jié)技術(shù)S

12、VPWM介紹4</p><p>　　2.3 空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM法則推導過程7</p><p>　　2.3.1 空間矢量脈寬調(diào)制7段式8</p><p>　　2.3.2 空間矢量脈寬調(diào)制5段式9</p><p>　　2.4 合成矢量Uref所處扇區(qū)N的判斷11</p><p>　　2.5 本章小結(jié)12

13、</p><p>　　第3章 MATLAB/simulink簡介13</p><p>　　3.1 MATLAB簡介13</p><p>　　3.2 Simulink簡介14</p><p>　　3.3 本章小結(jié)15</p><p>　　第4章 三電平SVPWM的研究及其在PMSM的應(yīng)用16</p&g

14、t;<p>　　4.1永磁同步電機矢量控制的模型16</p><p>　　4.2 建模及仿真16</p><p>　　4.3仿真結(jié)果及分析20</p><p><b>　　結(jié) 論22</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p

15、><b>　　致 謝25</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1永磁同步電機簡介</p><p>　　永磁同步電機是一種結(jié)構(gòu)比較簡單，占用空間小、整體重量輕、能量損耗小、能量利用率高的同步電機，和直流電機比比起來，永磁同步電機沒有直流電機的換向器和電刷，不會出現(xiàn)換向

16、器損壞而使電機無用的問題，也不會因電刷的磨損而要定期維護；和異步電動機比起來，永磁同步電機由于不需要無功勵磁電流，因而效率和功率因數(shù)都較高，力矩慣量比較大，定子電流損耗小，定子電阻損耗小，而且轉(zhuǎn)子的參數(shù)可以進行測量、電機的控制性能好；但永磁同步電機與異步電機相比成本較高、起動不易；永磁同步電機和普通同步電動機相比省去了勵磁裝置，結(jié)構(gòu)更簡單，因而效率有所提高。而在永磁同步電機的控制方面矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精度高、動態(tài)性能好、調(diào)速或定位的大

17、范圍控制。其中就包括空間脈寬矢量調(diào)節(jié)技術(shù)。</p><p>　　1.2永磁同步電機分類</p><p>　　在永磁同步電動機中，由于電機的轉(zhuǎn)子鐵芯磁鋼的形狀不同，使得轉(zhuǎn)子磁場的空間分布分為了正弦波和梯形波兩種；因而，當轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的時候，產(chǎn)生于定子上的反電動勢波形也出現(xiàn)了正弦波和梯形波兩種。這就形成兩種同步電動機在原理、模型及控制方法上不盡相同，于是為了區(qū)別它們各自組成的永磁同步電動機交流調(diào)

18、速系統(tǒng)，人們習慣稱正弦波永磁同步電動機組成的交流調(diào)速系統(tǒng)為正弦型永磁同步電動機（PMSM）調(diào)速系統(tǒng)；而由梯形波（方波）永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)則由于類似于直流電動機系統(tǒng)的原理和控制方法，所以把這種系統(tǒng)稱為無刷直流電動（BLDCM）調(diào)速系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)的不同就會帶來不同的控制方法，這在電機中都是一種很普遍的現(xiàn)象；前面說到了永磁同步電機的轉(zhuǎn)子鐵芯磁鋼形狀不同，所以永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)也就不同，可以推知電動機的運行特性、控制系統(tǒng)等也不會相

19、同。而本文則主要論述的是正弦型永磁同步電動機（PMSM）調(diào)速系統(tǒng)。當然就算只是PMSM它也有三種一種是永磁體放在轉(zhuǎn)子內(nèi)的稱為內(nèi)磁式永磁同步電動機；另一種把永磁體放在轉(zhuǎn)子表面叫做外磁式永磁同步電動機；還有一種是將永磁體嵌入或部分嵌入的，被稱為嵌入式永磁同步電動機。而本文之所以主</p><p>　　1.3永磁同步電機的控制方式簡介</p><p>　　我們知道電動機的電磁轉(zhuǎn)矩都是由主磁場和電

20、樞磁場相互作用產(chǎn)生的，由于其中直流電動機的主磁場和電樞磁場在空間互差90°可以獨立調(diào)節(jié)；但是交流電機的主磁場和電樞磁場互不垂直，只是互相影響。因此交流電動機的轉(zhuǎn)矩控制性能較差。目前的交流電機控制有恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和解耦控制，恒壓頻比控制是利用空間矢量脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)化為期望的輸出電壓進行控制，控制方式簡單但是精確度不高，要高的精確度就要解耦；矢量控制是將三相交流電動機的定子電流分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，使

21、這兩個分量相互垂直，獨立，然后分別進行調(diào)節(jié)，就可以以獲得像直流電動機一樣良好的動態(tài)特性。但是這種方法調(diào)節(jié)、控制和計算都不方便。需進行復雜的坐標變換，當然這在matlab的強悍處理能力下得到這些很容易；矢量控制對電動機參數(shù)的依賴性很大；直接轉(zhuǎn)矩控制采取定子磁鏈定向的方法，利用離散的兩點式控制直接對電動機的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩進行調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快等優(yōu)點?？雌饋矸浅：?，但是這種技術(shù)還不成熟在好多方面不能達到相應(yīng)的要求，計算量也很大。&

22、lt;/p><p>　　1.4永磁同步電機的發(fā)展前景</p><p>　　對永磁同步電機有了一定的了解后，我們會發(fā)現(xiàn)今后的永磁同步電機領(lǐng)域會有很大的成長空間和價值，首先就是永磁同步電機它有更高的綜合節(jié)能效果：永磁同步電動機無需勵磁電流進行激磁，直接由永磁體激磁，所以可以顯著提高功率因數(shù)，可以達到1甚至達到容性；而且它的定子電流小，所以其定子銅耗當然小；而且轉(zhuǎn)子是無銅耗的而三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞

23、組損耗卻大約約占去了總損耗的20～30％，因而永磁同步電機的發(fā)熱量低，甚至都可以不需要風扇來散熱，無風摩耗也就不高，這樣方方面面的疊加起來后永磁同步電動機一般就比同規(guī)格異步電動機效率要高出2～8％，并且在很寬的負載變動范圍內(nèi)始終保持有高的效率及功率因數(shù)，尤其是在輕載運行時節(jié)能效果更佳。很明顯這符合國家的節(jié)約型社會的方針。</p><p>　　其次永磁同步電機可滿足一些大型的工業(yè)應(yīng)用，例如在一些需大的起動轉(zhuǎn)矩和最大

24、轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的特殊場合，然而常規(guī)異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)會達不到要求，若要達到要求，則需選擇更大容量的異步電動機，而回歸到了正常運行狀態(tài)后，異步電動機就又在輕載運行了，效率和功率因數(shù)就會顯得低。當設(shè)計為油田抽油機具有異步起動能力的永磁同步電動機時，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)有3.6倍以上，而效率可達94％，功率因數(shù)有0.95，可以看出此種電機又滿足了負載動態(tài)時大轉(zhuǎn)矩的要求，又具有很高的節(jié)能效果。</p><p>　　

25、然后永磁同步電機還可以滿足低速直接驅(qū)動的要求，因為低速直接驅(qū)動可以提高控制的精度，可以減小電機振動的噪聲，還可以大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動的需求，所以近年對低速電動機的需求也日益增加，對電機的控制要求也日益精確，像那種于電梯拖動的永磁同步曳引機的轉(zhuǎn)矩提高了十幾倍，而且沒有了龐大的齒輪箱，直接通過曳引輪拖動轎廂，這使得振動和噪聲都明顯減小了，使得電梯更平穩(wěn)更有安全感。 </p><p>　　永磁同步電機還可以滿足多極高功率因數(shù)的需

26、求，隨著人們對永磁同步電機的關(guān)注度越來越高，所以永磁同步電動機的應(yīng)用范圍越來越廣，包括了多極電機。多極電機定、轉(zhuǎn)子鐵心軛部高度非常小，電機體積小，鐵心材料用量就節(jié)約了許多。多極電機的定子端部長度也比較小，定子銅耗也就小了，發(fā)熱也就減少了、效率也就提高了。</p><p>　　對于高功率密度的需求永磁同步電機也可以滿足。艦船、車輛的電機空間有限，電動機就要有高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度；而永磁同步電動機無需激磁繞組省下了

27、大量的空間，而永磁同步電機中的釹鐵硼材料具有高剩余磁感應(yīng)強度和高矯頑力，可以提供很高的磁負荷Bδ，縮小電機尺寸。傳統(tǒng)電機的齒槽結(jié)構(gòu)約束著磁負荷和電負荷，過高的磁負荷將減小放置繞組的空間，阻礙高功率密度的實現(xiàn)， 由于永磁同步電動機比異步電動機更容易實現(xiàn)磁場矢量控制，因此近年來永磁同步伺服電動機系統(tǒng)在高精度數(shù)控機床、機器人等高科技設(shè)備中應(yīng)用廣泛。并且我國稀土資源非常豐富，是世界其它各國儲量的4倍，而稀土材料是永磁材料的主要成分，由此我想中國

28、之所以五千年的文化可以連綿不絕，文字象形寫意，而不是一些字母靠著邏輯關(guān)系表達意思，和中國的資源豐富有很大的關(guān)系，或者這就是風水好吧。我國稀土資源的優(yōu)勢，足以大力推動永磁同步電動機系統(tǒng)的應(yīng)用和研究，對節(jié)能和現(xiàn)代化是具有重大戰(zhàn)略意義的。</p><p><b>　　1.5 主要內(nèi)容</b></p><p>　　SVPWM是近年發(fā)展的一種比較新穎的控制方法，是由三相功率逆變

29、器的六個功率開關(guān)元件組成的特定開關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波，能夠使輸出電流波形盡 可能接近于理想的正弦波形?？臻g電壓矢量PWM與傳統(tǒng)的正弦PWM不同，它是從三相輸出電壓的整體效果出發(fā)，著眼于如何使電機獲得理想圓形磁鏈軌跡。本課題擬研究三電平SVPWM的研究及MATLAB建模仿真建模。</p><p>　　第2章 空間脈寬矢量調(diào)節(jié)技術(shù)SVPWM </p><p>　　2.1空間脈寬矢量調(diào)節(jié)技術(shù)

30、SVPWM的發(fā)展簡況 </p><p>　　1971年德國西門子公司的F.Blaschke提出矢量控制原理，而后人們在其理論應(yīng)用方面進行了深入研究。在1981年西門子公司研制了世界第一臺4220KW交流變頻同步電機調(diào)速系統(tǒng)[1]。而在1983年釹鐵硼永磁材料研發(fā)出來后，因其優(yōu)秀的磁特性，低廉的成本和充足的能量來源而使各工業(yè)國對永磁電機投入了大量精力研發(fā)，因而永磁同步電機的控制調(diào)速技術(shù)理論體系發(fā)展一日千里，包括空

31、間脈寬調(diào)制SVPWM技術(shù)。</p><p>　　2.2 空間脈寬矢量調(diào)節(jié)技術(shù)SVPWM介紹</p><p>　　這個世界唯一不變的就是變，所以變化的磁場能產(chǎn)生變化的力和變化的點若是利用得好，就可以產(chǎn)生規(guī)律的可利用的電流；而空間脈寬調(diào)制SVPWM技術(shù)就是一種能夠很好的控制永磁同步電機的旋轉(zhuǎn)磁場；其原理如下：</p><p>　　SVPWM理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在

32、一個開關(guān)周期內(nèi)通過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。在某個時刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個區(qū)域中，可由組成這個區(qū)域的兩個相鄰的非零矢量和零矢量在時間上的不同組合來得到。兩個矢量的作用時間在一個采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個電壓矢量的作用時間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM波形[2]。逆變電路如圖 2-1 示

33、。</p><p>　　設(shè)直流母線側(cè)電壓為Udc，逆變器輸出的三相相電壓為UA、UB、UC，其分別加在空間上互差120°的三相平面靜止坐標系上，可以定義三個電壓空間矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時間按正弦規(guī)律做變化，時間相位互差120°。假設(shè)Um為相電壓有效值，f為電源頻率，則有：</p><p><b>　

34、　(2-1)</b></p><p>　　其中，，則三相電壓空間矢量相加的合成空間矢量U(t)就可以表示為：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　可見U(t)是一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值為相電壓峰值的1.5倍，Um為相電壓峰值，且以角頻率ω=2πf按逆時針方向勻速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，而空間矢量U(t)在

35、三相坐標軸(a，b，c)上的投影就是對稱的三相正弦量[3]。</p><p>　　圖 2-1 逆變電路</p><p>　　由于逆變器三相橋臂共有6個開關(guān)管，為了研究各相上下橋臂不同開關(guān)組合時逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開關(guān)函數(shù)為：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　(Sa、Sb、S

36、c)的全部可能組合共有八個，包括6個非零矢量 U1(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和兩個零矢量U0(000)、U7(111)。</p><p>　　各種組合下的空間電壓矢量[4]列表如下：</p><p>　　表 2-1 開關(guān)狀態(tài)與相電壓和線電壓的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　圖 2-2 八個電壓矢量圖&

37、lt;/p><p>　　其中非零矢量的幅值相同(模長為2Udc/3)，相鄰的矢量間隔 60°,而兩個零矢量幅值為零，位于中心。在每一個扇區(qū)，選擇相鄰的兩個電壓矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原則來合成每個扇區(qū)內(nèi)的任意電壓矢量，即：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p><b>　　或者等效成下式：<

38、/b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　其中，Uref 為期望電壓矢量；T為采樣周期；Tx、Ty、T0分別為對應(yīng)兩個非零電壓矢量 Ux、Uy和零電壓矢量 U0在一個采樣周期的作用時間；其中U0包括了U0和U7兩個零矢量。式(2-5)的意義是，矢量 Uref 在T時間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果值和Ux、Uy、U0分別在時間 Tx、Ty、

39、T0內(nèi)產(chǎn)生的積分效果相加總和值相同[5]。</p><p>　　由于三相正弦波電壓在電壓空間向量中合成一個等效的旋轉(zhuǎn)電壓，其旋轉(zhuǎn)速度是輸入電源角頻率，等效旋轉(zhuǎn)電壓的軌跡將是如圖所示的圓形。所以要產(chǎn)生三相正弦波電壓，可以利用以上電壓向量合成的技術(shù)，在電壓空間向量上，將設(shè)定的電壓向量由U4(100)位置開始，每一次增加一個小增量，每一個小增量設(shè)定電壓向量可以用該區(qū)中相鄰的兩個基本非零向量與零電壓向量予以合成，如此所得

40、到的設(shè)定電壓向量就等效于一個在電壓空間向量平面上平滑旋轉(zhuǎn)的電壓空間向量，從而達到電壓空間向量脈寬調(diào)制的目的[6]。</p><p>　　2.3 空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM法則推導過程 </p><p>　　三相電壓給定所合成的電壓向量旋轉(zhuǎn)角速度為，旋轉(zhuǎn)一周所需的時間為；若載波頻率是，則頻率比為 。這樣將電壓旋轉(zhuǎn)平面等切割成個小增量[7] ，亦即設(shè)定電壓向量每次增量的角度是 ： </

41、p><p>　　? ? (2-6) </p><p>　　假設(shè)欲合成的電壓向量Uref 在第Ⅰ區(qū)中第一個增量的位置，如圖下圖所示，欲用 U4、U6、U0 及 U7 合成，用平均值等效可得：</p><p>　　(2-7) <

42、/p><p>　　圖 2-3 電壓空間向量在第I區(qū)的合成與分解</p><p>　　在兩相靜止參考坐標系(α,β)中，令 Uref 和 U4 間的夾角是θ，由正弦定理可得：</p><p>　　(2-8) </p><p>　　因為 |U4|=|U6|=2Udc/3 ，所以可以得到各矢量的狀態(tài)保持時

43、間為：</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　式中m為SVPWM調(diào)制系數(shù)，。[7] (調(diào)制比=調(diào)制波基波峰值/載波基波峰值)。而零電壓向量所分配的時間為：</p><p>　　T7=T0=(TS-T4-T6)/2 (2-10) <

44、;/p><p><b>　　或</b></p><p>　　T7=(TS-T4-T6) (2-11)</p><p>　　得到以 U4、U6、U7及U0合成的Uref的時間后，接下來就是如何產(chǎn)生實際的脈寬調(diào)制波形。在SVPWM 調(diào)制方案中，零矢量的選擇是最具靈活性的，適當選擇零矢量，可最大限度地減少開關(guān)次數(shù)，盡可能避免在負載電流較大的時刻的開關(guān)

45、動作，最大限度地減少開關(guān)損耗。</p><p>　　一個開關(guān)周期中空間矢量按分時方式發(fā)生作用，在時間上構(gòu)成一個空間矢量的序列，空間矢量的序列組織方式有多種[8]，按照空間矢量的對稱性分類，可分為兩相開關(guān)換流與三相開關(guān)換流。下面對常用的序列做分別介紹。</p><p>　　2.3.1 空間矢量脈寬調(diào)制7段式</p><p>　　以減少開關(guān)次數(shù)為目標，將基本矢量作用順序

46、的分配原則選定為：在每次開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，只改變其中一相的開關(guān)狀態(tài)。并且對零矢量在時間上進行了平均分配，以使產(chǎn)生的 PWM 對稱，從而有效地降低 PWM 的諧波分量。當 U4(100)切換至U0(000)時，只需改變 A 相上下一對切換開關(guān)，若由 U4(100)切換至 U7(111)則需改變 B、C 相上下兩對切換開關(guān)，增加了一倍的切換損失。因此要改變電壓向量 U4(100)、U2(010)、 U1(001)的大小，需配合零電壓向量 U0

47、(000)，而要改變 U6(110)、U3(011)、U5(100)， 需配合零電壓向量 U7(111)。這樣通過在不同區(qū)間[9]內(nèi)安排不同的開關(guān)切換順序， 就可以獲得對稱的輸出波形。</p><p>　　2.3.2 空間矢量脈寬調(diào)制5段式</p><p>　　對7段而言，發(fā)波對稱，諧波含量較小，但是每個開關(guān)周期有6次開關(guān)切換，為了進一步減少開關(guān)次數(shù)，采用每相開關(guān)在每個扇區(qū)狀態(tài)維持不變的序

48、列安排，使得每個開關(guān)周期只有3次開關(guān)切換，但是會增大諧波含量。</p><p><b>　　2.4 扇區(qū)判斷</b></p><p>　　空間矢量調(diào)制的第一步是判斷由 Uα和Uβ所決定的空間電壓矢（Uref）量所處的扇區(qū)。假定合成的電壓矢量落在第 I 扇區(qū)，可知其等價條件如下：0<arctan(Uβ/Uα)<60 º ?</p>&

49、lt;p>　　以上等價條件再結(jié)合矢量圖幾何關(guān)系分析，可以判斷出合成電壓矢量。 </p><p>　　表2-2 Uref 落在第 X扇區(qū)的充分必要條件,得出下表：</p><p>　　若進一步分析以上的條件，有可看出參考電壓矢量Uref 所在的扇區(qū)完全由Uβ, Uα- Uβ,?- Uα- Uβ 三式?jīng)Q定，因此令：</p><p>　　(2-12)

50、 </p><p>　　再定義，若U1>0 ，則 A=1，否則 A=0； 若U2>0 ，則 B=1，否則 B=0；若U3>0 ，則 C=1，否則 C=0?？梢钥闯?A，B，C 之間共有八種組合，但由判斷扇區(qū)的公式可知 A，B，C 不會同時為 1 或同時為 0，所以實際的組合是六種，A，B，C 組合取不同的值對 應(yīng)著不同的扇區(qū)，并且是一一對應(yīng)的，因此完全可以由 A，B，C 的

51、組合判斷所在的扇區(qū)。為區(qū)別六種狀態(tài)，令 N=4*C+2*B+A，則可以通過下表計算參考電壓 矢量 Uref 所在的扇區(qū)。</p><p>　　表2-3 N值與扇區(qū)對應(yīng)關(guān)系表</p><p>　　采用上述方法，只需經(jīng)過簡單的加減及邏輯運算即可確定所在的扇區(qū)，對于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和進行仿真都是很有意義的。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)<

52、/b></p><p>　　空間脈寬矢量控制以純數(shù)學的角度來研究的話就是有這么復雜。各種矩陣變化，各種公式這就留給那些精英人士去討論吧。本章詳細表達了空間脈寬矢量調(diào)節(jié)的原理和方法，經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)化變化后就可以通過空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)來控制永磁電機了。雖然過程有點復雜，但是它的控制效果不會差。在下章的MATLAB中就可以由軟件自動完成這一過程，就不需要進行復雜的推導運算了，而且在MATLAB/sinmulink

53、中只需要選擇相應(yīng)的模塊然后連接設(shè)置參數(shù)再運行就可以了。</p><p>　　第3章 MATLAB/simulink簡介</p><p>　　3.1 MATLAB簡介</p><p>　　Matlab是Matrix Labotary的縮寫，最初是美國新墨西哥大學Moler教授編寫的LINPACK和EISPACK接口程序，而在1984年，MathWorks公司創(chuàng)建，M

54、ATLAB正式推向市場；20世紀90年代以來，MATLAB已成為數(shù)值計算軟件的佼佼者。</p><p>　　MATLAB軟件由桌面工具和開發(fā)環(huán)境，數(shù)學函數(shù)庫，MATLAB編程語言，圖形可視化，外部接口，Simulink這幾部分組成。它的功能非常強大，產(chǎn)品有并行計算，數(shù)學與優(yōu)化，統(tǒng)計與數(shù)據(jù)分析，控制系統(tǒng)設(shè)計與分析，信號處理與通信，圖像處理測試&測量，計算生物，計算金融，應(yīng)用發(fā)布，應(yīng)用發(fā)布目標，數(shù)據(jù)庫連接和報

55、告等等 。Simulink的產(chǎn)品則由如下幾種構(gòu)成：定點建模 基于事件的建模 物理建模 仿真圖形化 控制系統(tǒng)設(shè)計與分析 信號處理與通信 代碼生成 快速原型和硬件再回路仿真 驗證、確認和測試 生成報告。 </p><p>　　由于MATLAB/Simulink的可以做出如此多的產(chǎn)品，所以它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛比如在技術(shù)計算中可以進行數(shù)學計算、分析、可視化和算法開發(fā)，在嵌入式系統(tǒng)中可以對嵌入式軟件和硬件進行建模、仿真、實

56、現(xiàn)和驗證，控制系統(tǒng)中可以設(shè)計、測試和實現(xiàn)控制系統(tǒng)，電機控制當然也包括在內(nèi)了，在數(shù)字信號處理中分析信號、開發(fā)算法、設(shè)計 DSP 系統(tǒng)，在通信系統(tǒng)中設(shè)計和仿真復雜通信系統(tǒng)，在圖像和視頻處理中可以采集、處理、分析圖像和視頻以進行算法開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計，在FPGA 設(shè)計中可以進行FPGA 設(shè)計的建模、仿真、實現(xiàn)和驗證，在機電中可以設(shè)計、優(yōu)化和驗證機電系統(tǒng)。測試和測量中的采集、分析和探查數(shù)據(jù)以及將測試自動化，計算生物學中的分析、可視化及對生物數(shù)據(jù)和系

57、統(tǒng)進行建模，在計算金融學中可以開發(fā)并部署高效且穩(wěn)定的金融應(yīng)用程序?？梢奙ATLAB/Simulink的應(yīng)用面之廣。下圖就是MATLAB的工作界面</p><p>　　圖3-1 MATLAB界面圖</p><p>　　3.2 Simulink簡介</p><p>　　Simulink是Matlab的重要組件之一，其前身是1990年MathWorks公司為Matlab

58、提供的控制系統(tǒng)模型化圖形輸入與仿真工具SimuLab，以工具庫的形式掛接在MATLAB3.5版上 。Simulink的主要功能就是Simu (仿真) 和Link (模型連接) 。</p><p>　　Simulink的功能：它是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理等領(lǐng)域的建模和仿真中 可以二次開發(fā)，在Simulink基礎(chǔ)之上構(gòu)建其他產(chǎn)品，從而擴展了Simul

59、ink多領(lǐng)域建模功能， 可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試 </p><p>　　Simulink的特點：為建立各種各樣的系統(tǒng)模型，Simulink除提供了一些基本庫之外，針對特定領(lǐng)域還提供了豐富的可擴充的預(yù)定義模塊庫交互式的圖形編輯器來

60、組合和管理直觀的模塊圖以設(shè)計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復雜設(shè)計的管理通過Model Explorer 導航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成使用Embedded MATLAB? 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法。</p><p>　　Simulink的系統(tǒng)指由相互聯(lián)系、相互作用的實體集合而成，并表現(xiàn)出某些特

61、定功能的一個整體。組成系統(tǒng)的實體之間相互作用而引起的實體屬性的變化，通常用狀態(tài)變量來描述。</p><p>　　研究系統(tǒng)主要研究系統(tǒng)的動態(tài)變化。除了研究系統(tǒng)的實體屬性活動外，還需要研究影響系統(tǒng)活動的外部條件—環(huán)境。 </p><p>　　Simulink中搭建的系統(tǒng)有三種類型：</p><p>　　離散系統(tǒng)：系統(tǒng)的操作和狀態(tài)變化僅在離散時刻產(chǎn)生 </p>

62、<p>　　連續(xù)系統(tǒng)：具有連續(xù)的輸入與輸出，系統(tǒng)輸出在時間上連續(xù)變化，變化的間隔為無窮小量，而非僅在離散的時刻采樣取值 </p><p>　　混合系統(tǒng)：混合系統(tǒng)就是連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的混合，系統(tǒng)模型中既有連續(xù)狀態(tài)，又有離散狀態(tài) 。</p><p>　　系統(tǒng)模型是對實際系統(tǒng)的一種抽象，是對系統(tǒng)本質(zhì)(或是系統(tǒng)的某種特性)的一種描述。</p><p>　　在

63、計算機上研究系統(tǒng)的動態(tài)特性，就需要建立數(shù)學模型。</p><p>　　數(shù)學模型按照狀態(tài)變化可分為：動態(tài)模型和靜態(tài)模型。</p><p>　　描述系統(tǒng)狀態(tài)變化過程的數(shù)學模型稱為動態(tài)模型。</p><p>　　Simulink中的模型主要是指仿真系統(tǒng)數(shù)學模型，它是一種適合在計算機上演算的模型，主要是指根據(jù)計算機的運算特點、仿真方式、計算方法、精度要求將原始系統(tǒng)數(shù)學模型轉(zhuǎn)

64、換為計算機程序。</p><p>　　Simulink仿真原理：微分方程是描述動態(tài)系統(tǒng)最常用的數(shù)學工具，也是很多科學與工程領(lǐng)域數(shù)學建模的基礎(chǔ)。由于一般的非線性微分方程是沒有解析解的，故需用數(shù)值解的方式求解。</p><p>　　Simulink中系統(tǒng)的仿真主要就是利用解各類微分方程的數(shù)值解來實現(xiàn)的。連續(xù)的求解器可以計算連續(xù)或混合系統(tǒng)，而離散的求解器，則只能解離散系統(tǒng)。</p>

65、<p><b>　　3.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　MATLAB這個工具由一個單方面的指向性數(shù)學工具發(fā)展成為了一個用途這么廣泛的平臺，可以看出一個軟件只要好就不愁沒有發(fā)展，而從本章不難看出能夠熟練運用MATLAB這個軟件是可以在很多方面進行發(fā)揮的。</p><p>　　第4章 三電平SVPWM的研究及其在PMSM的應(yīng)用</p>

66、<p>　　4.1永磁同步電機矢量控制的模型</p><p>　　永磁同步電機的空間矢量脈寬調(diào)制方式本來要經(jīng)過大量的復雜的計算但是由于有了MATLAB/simulink這件神器，使得建模仿真變得沒那么復雜了，就好像游戲開外掛一樣任你難度多大，只要一招解決，下圖即為永磁同步電機的空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM的整體模型建立：</p><p>　　圖4-1 永磁同步電機控制模型圖&l

67、t;/p><p>　　說明：想要控制的輸入電流和轉(zhuǎn)速分別經(jīng)過電流PI控制器和轉(zhuǎn)速PI控制器再經(jīng)過兩相旋轉(zhuǎn)坐標系到三相靜止坐標系的坐標變化后經(jīng)過三層的空間脈寬矢量調(diào)節(jié)后把參考電壓轉(zhuǎn)化為了三個目標電壓然后使永磁同步電機PMSM產(chǎn)生了目標圓形旋轉(zhuǎn)磁場，然后再把永磁同步電機輸出的dq軸電流源反饋給電流PI環(huán)和轉(zhuǎn)速PI環(huán)，進行控制，從而達到想要的控制效果。在后面還可以查看永磁同步電機的三相電流，轉(zhuǎn)矩，和轉(zhuǎn)速是否達到要求。<

68、;/p><p><b>　　4.2 建模及仿真</b></p><p>　　（1）三電平SVPWM </p><p>　　圖4-2 三電平SVPWM模型</p><p>　　然后點開3level就可以看到電壓脈寬調(diào)制的模型，其圖如下</p><p>　　圖4-3 3level脈寬調(diào)制模型</

69、p><p>　　圖4-4 time模型</p><p>　　圖4-5 扇區(qū)選擇模型</p><p>　　接下來就讓我們看一看各個環(huán)節(jié)的模型圖吧，首先是電流PI環(huán)，模型圖如下：</p><p>　　圖4-6 電流環(huán)模型</p><p>　　接下來是速度PI環(huán)，模型圖如下</p><p>　　圖4

70、-7 轉(zhuǎn)速環(huán)模型</p><p>　　然后就是空間脈寬矢量控制的輸入端兩相旋轉(zhuǎn)坐標變?nèi)囔o止坐標的變換模型，圖如下：</p><p>　　圖4-8 坐標系變化模型</p><p>　　接下來就是永磁同步電機的模型了，圖如下</p><p>　　圖4-9 永磁同步電機模型</p><p>　　永磁同步電機的參數(shù)如下

71、：</p><p>　　圖4-10 永磁同步電機參數(shù)</p><p>　　4.3仿真結(jié)果及分析</p><p>　　首先為扇區(qū)波形仿真結(jié)果圖：</p><p>　　圖4-11 扇區(qū)波形圖</p><p>　　然后是電機輸出的dq軸電流波形圖，如下：</p><p>　　圖4-12 dq軸電

72、流波形仿真圖</p><p>　　然后是經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的ia、ib、ic的三相電流，圖形如下：</p><p>　　圖4-13 abc三相電流波形仿真圖</p><p>　　然后就是永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩圖形了，圖如下：</p><p>　　圖4-14 永磁同步電機轉(zhuǎn)矩仿真波形圖</p><p>　　可見永磁同步電機在空間

73、矢量脈寬調(diào)制下經(jīng)歷了短暫的波動后可以很快的產(chǎn)生規(guī)則的三相正弦波，證明它建立好了旋轉(zhuǎn)的圓形磁場，電機受到良好的控制，轉(zhuǎn)矩也能很快的固定在一個值上，說明了空間矢量脈寬調(diào)制對永磁同步電機能起到快速，準確，平穩(wěn)控制的作用。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　SVPWM 實質(zhì)是一種對在三相正弦波中注入了零序分量的調(diào)制波進行規(guī)則采樣的一種變形SPW

74、M。但SVPWM 的調(diào)制過程是在空間中實現(xiàn)的，而SPWM是在 ABC 坐標系下分相實現(xiàn)的；SPWM 的相電壓調(diào)制波是正弦波，而SVPWM沒有明確的相電壓調(diào)制波，是隱含的。為了揭示 SVPWM 與 SPWM 的內(nèi)在聯(lián)系，需求出 SVPWM 在 ABC 坐標系上的等效調(diào)制波方程，也就是將 SVPWM 的隱含調(diào)制波顯化。簡單來說就是把電機的磁場通過逆變電路的變化形成一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，這讓我想到了太極圖，一個固定的磁場就像一個不動的陰陽，而陰陽

75、不動則沒有變化，磁場不動則無法產(chǎn)生電能，當磁場旋轉(zhuǎn)起來與金屬垂直運動時，電能就產(chǎn)生了，而想要平穩(wěn)的正弦交流電則旋轉(zhuǎn)磁場要盡可能圓，當旋轉(zhuǎn)磁場圓的如同太極圖時陰陽相搏，動能和磁場能就轉(zhuǎn)化成了電能。 這很奇妙，正所謂一生二二生三三生萬物，在八卦中也有震這一卦，震卦也叫雷卦，南北兩極能生電，陰陽兩爻也能演化出電，感覺中國古人早已明了事物的發(fā)展規(guī)律，及其變化之道。當我們用外國人的邏輯思維推理外國人的學術(shù)推理困難時，我們就用中國人一脈相

76、承的思維來考慮一下,或許反而能一朝悟之。而</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王成元，夏加寬，楊俊友等．電機現(xiàn)代控制技術(shù)[M]．北京．機械工業(yè)出版社，2006．</p><p>　　[2] 王成元，夏加寬，孫宜標．現(xiàn)代電機控制技術(shù)[M]．北京．機械工業(yè)出版社，2009．</p><p&

77、gt;　　[3] 洪乃剛．電力電子、電機控制系統(tǒng)的建模和仿真[M]．北京．機械工業(yè)出版社， 2011.</p><p>　　[4] Haitham A.-R.， Atif I.， Jaroslaw G.， High Performance Control of AC Drives with Matlab/Simulink Models[M]. John Wiley & Sons， 2012</p&g

78、t;<p>　　[5] 阮毅，陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng):運動控制系統(tǒng)(第4版)[M]．北京．機械工業(yè)出版社，2010．</p><p>　　[6] 顧春雷，陳中．電力拖動自動控制系統(tǒng)與MATLAB仿真[M]．清華大學出版社，2011．</p><p>　　[7] 袁登科，陶生桂．交流永磁電機數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京．機械工業(yè)出版社，2011．</p>&