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1、基于SVPWM的永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)的研究永磁同步電機直接轉矩空間矢量脈寬調制Matlab/Simulink1??引言???空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術是在一個控制周期內，通過相鄰基本電壓矢量和零電壓矢量合成得到所需的任意電壓矢量，實現電壓矢量的線性連續(xù)可調的技術[1,2]。???本文運用了一種基于空間矢量脈寬調制（SVPWM）的永磁同步電機的直接轉矩控制算法，其原理是根據轉矩和定子磁鏈的誤差，通過驅使誤差為零的原則確定參考電壓空間矢量，然后通過SVPWM技術合成該矢量[3]，由于在下一個控制
2、周期內，采樣時刻的電壓和磁鏈誤差可以得到補償，因此轉矩和磁鏈的誤差始終能夠控制在一個很小的范圍，二者的脈動很小。?2??SVPWM的基本原理???交流電動機輸入三相正弦電流的最終目的是在電動機空間形成圓形旋轉磁場，從而產生恒定的電磁轉矩。因此，如果把逆變器和交流電機看成一個整體，控制逆變器的工作狀態(tài)以此來產生跟蹤圓形的旋轉磁場，能夠達到很好的控制效果。???SVPWM將逆變器和交流電機視為一個整體觀念，把三相對稱的正弦波電源供電時交流電機產生的理想磁鏈圓作為參考對象，通過選擇三相逆變器的六個功率開關器件的特
3、定開關模式，生成SVPWM脈寬調制波，從而使電機的實際磁鏈盡可能地逼近理想的圓形，產生恒定的電磁轉矩[4]。???由電壓源型逆變器產生的8個基本電壓空間矢量如圖1所示。6個非零基本電壓空間矢量將整個電壓空間矢量平面區(qū)域分成六個60°的扇區(qū)Ⅰ-Ⅵ。?圖1??電壓矢量在空間的分布圖???交流電動機僅由常規(guī)的逆變器供電，得到的是六邊形的旋轉磁場。這是因為在一個周期內逆變器只切換六次工作狀態(tài)，因此只能形成6個電壓空間矢量。如果想獲得更多邊線或逼近圓形的旋轉磁場，就必須在每一個π/3期間內出現多個工作狀態(tài)，以形成更多
4、的相位不同的電壓空間矢量。為此，采用線性組合法控制SVPWM的開關時間，改造后的逆變器可以得到逼近圓形的旋轉磁場。?3??SVPWM控制算法的研究及實現原理3.1參考電壓矢量所在扇區(qū)的判斷???由圖1所示，SVPWM分為六個扇區(qū)，電壓矢量所在的扇區(qū)是由Urefα和Urefβ決定的?？梢缘贸霰?中的關系式。???從上述關系可以看出，電壓合成矢量可以由三個關系式即，，Urefβ與0的關系來確定。為此我們定義：??(1)??(2)???式中，P是扇區(qū)號，sign(x)是符號函數，如果x＞0，sign(x)＝1；如
5、果x≤0，sign(x)＝0。P從1到6與六個扇區(qū)號一一對應。3.2相鄰兩電壓空間矢量作用時間???定義：????(3)???其中，Ts為脈寬調制波PWM的周期。???不同扇區(qū)兩相鄰電壓矢量的導通時間tx和ty值的計算可歸納為表2：???若Uref的幅值超過2/3Ud，兩相鄰電壓矢量在一個PWM周期內不能合成Uref，即???tx+ty＞T出現了飽和，要按照式(4)進行調制。??????(4)3.3計算電壓空間矢量切換點taon、tbon、tcon???定義：???(5)???根據前面所述的電壓空間矢量的輸
6、出時序原理，可以得到不同扇區(qū)的電壓矢量切換點，如表3所示。利用切換點Tcm1、Tcm2、Tcm3的計算值和三角波進行比較就可以得到SVPWM的輸出時序。3.4基于SVPWM的PMSMDTC控制系統(tǒng)的實現原理???基于空間電壓矢量脈寬調制的永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。圖2??基于SVPWM的PMSMDTC系統(tǒng)結構框圖???由ΔTｅ和Δδ之間的關系可知道，只要改變負載角增量Δδ就可以使轉矩觀測值Tｅ與速度調節(jié)器PI輸出的轉矩給定值Ｔ*ｅ之間的誤差ΔTｅ快速變化，從而得到快速的電磁轉矩響應。
7、定子磁鏈的變化導致了負載角增量Δδ的變化。在8個基本電壓空間矢量中，我們可以利用相鄰的兩個電壓空間矢量在不同的作用時間下，合成任意多個電壓空間矢量，這樣，就可以在一個開關周期內合成最合理的電壓空間矢量來補償電機轉矩誤差和定子磁鏈的誤差。為了補償這個誤差，定子磁鏈的相位角需要增加Δθ，由此可以得到下一周期預測的期望磁鏈值，它與定子磁鏈的觀測值之間的矢量差即是參考磁鏈，很方便可得到其在αβ０軸的分量和，再經電壓空間矢量計算模型得到能夠補償磁鏈誤差的參考電壓分量Urefα和Urefβ。確定所應施加的兩相鄰基本電壓
8、空間矢量，計算其各自的作用時間，輸出逆變器控制信號，控制逆變器開關狀態(tài)，實現磁鏈偏差的精確補償和電壓矢量連續(xù)可調。?4??基于MATLAB/Simulink的仿真4.1仿真模型???基于圖2所示的系統(tǒng)原理結構框圖，在MATLAB/Simulink環(huán)境下對基于SVPWM的三相永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)進行建模及仿真研究。圖3為系統(tǒng)整體仿真模型。圖3??基于SVPWM的永磁同步電機直接轉矩系統(tǒng)仿真模型???根據前面
