svpwm電機(jī)控制系統(tǒng)的matlab建模與分析

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1、第17卷第1期鎮(zhèn)江高專學(xué)報(bào)Vol117No112004年1月JournalofZhenjiangCollegeJan1,2004SVPWM電機(jī)控制系統(tǒng)的MATLAB建模與分析冷承業(yè)(東南大學(xué),江蘇南京　210096)摘　要:介紹空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)電機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理,闡述在MATLAB/SIMULINK下建立該系統(tǒng)的方法,并將所建模型的仿真結(jié)果與傳統(tǒng)的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。關(guān)鍵詞:空間矢量脈寬調(diào)制;MATLAB;仿真中圖分類號:TM30112　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B　　文章編號:100828148(2004)01200382040　引

2、言使用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)來控制電機(jī)系統(tǒng),電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低,但系統(tǒng)性能不高,并且存在逆變器死區(qū)問題而穩(wěn)定性較差。空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)同時(shí)控制三相電流的狀態(tài),以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的,能夠提高功率因數(shù),降低損耗。本文使用著名的系統(tǒng)仿真軟件MATLAB建立了基于SVPWM的電機(jī)控制模型和基于傳統(tǒng)SPWM的電機(jī)控制模型,并對兩者進(jìn)行比對分析,得到了令人滿意的結(jié)果。1　基本原理空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)是以獲取圓形磁鏈軌跡為目的的,根據(jù)異步電機(jī)的運(yùn)行規(guī)律可知,如果忽略定子電阻的影響,磁鏈?zhǔn)噶勘憩F(xiàn)為定子電壓矢量對時(shí)間的積分。也就是說,磁鏈?zhǔn)噶康捻?/p>

3、端始終指向定子電壓矢量與作用時(shí)間的乘積的和矢量的終點(diǎn)。如圖1所示。圖　1在采用三相逆變器對異步電機(jī)供電時(shí),根據(jù)逆變器的工作原理可以知3道,逆變橋共有2=8種狀態(tài)1若將逆變器的八種狀態(tài)用電壓空間矢量來表示,則形成8個(gè)離散的電壓空間矢量。每兩個(gè)工作電壓矢量在空間的位置相隔60度,矢量的長度為2/3Ud,圖　3其中000、111對應(yīng)的矢量稱為零矢量。各矢量關(guān)系如圖2所示。如圖3將欲形成的磁鏈圓分成6個(gè)部分,對照圖2各個(gè)空間矢量的方圖　2向,很容易發(fā)現(xiàn)每個(gè)部分可以由兩個(gè)相鄰的電壓矢量不斷切換來逼近。磁鏈圓的半徑R可以由定子電壓us和ω求得:3R=×(us/ω)(1)2收稿日期:2

4、003-05-09作者簡介:冷承業(yè)(1975-),男,江蘇鎮(zhèn)江人,鎮(zhèn)江市高等?？茖W(xué)校助教,東南大學(xué)碩士生?！?8·由圖4可見,每個(gè)區(qū)域劃分的數(shù)量越多,則軌跡越接近圓形?，F(xiàn)將每個(gè)區(qū)域劃分為10份,每份時(shí)間為2Δn。三角形兩邊的邊長分別為us×T1和us×T2,以中間區(qū)域?yàn)槔治鰩缀侮P(guān)系得知:T1=C·sin(Φ+Δn+π/3)(2)T2=C·sin(Φ+Δn-π/3)(3)式中C=4R(3Ud)sinΔn(4)如果整個(gè)磁鏈圓周期為T,考慮到T1+T2的和一般小于T/60,所以可以通過零矢量來調(diào)整時(shí)間,使切換時(shí)間的和與周期相匹配,調(diào)整時(shí)間T0T0=T/60-T1-T2(5)圖

5、4那么只需要根據(jù)計(jì)算出的時(shí)間有規(guī)律地切換相鄰空間電壓矢量,就可以得到所需的圓形磁鏈軌跡。在MATLAB中建立該控制模型的方法如下。2MATLAB建模在MATLAB中建立電機(jī)控制系統(tǒng)模型,一般可以分為三大部分。第一部分是電機(jī)運(yùn)行部分,由電源、逆變器、電機(jī)本身構(gòu)成。第二部分是控制部分,根據(jù)不同的控制方式,由不同環(huán)節(jié)組成,是電機(jī)控制系統(tǒng)的核心。第三部分是檢測和顯示部分,主要用于檢測和顯示系統(tǒng)中的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等關(guān)鍵量。根據(jù)不同模塊的不同特點(diǎn),有不同的建模方式。對于運(yùn)行和檢測顯示部分,主要通過MATLAB/SIMULINK里現(xiàn)有的模塊來搭建。對于控制部分,可以根據(jù)控制邏輯,通過

6、一些邏輯器件來實(shí)現(xiàn),或者直接通過S-function編程來實(shí)現(xiàn)。下面分別對各部分進(jìn)行說明。211　電機(jī)運(yùn)行部分電機(jī)為異步感應(yīng)電機(jī),主要參數(shù)為:3HP(212KW),380V,50HZ,直接選用AsynchronousMachine模塊,該模塊不但提供了電壓、頻率、功率等主要參數(shù)設(shè)定,還可以根據(jù)需要設(shè)定定子轉(zhuǎn)子電阻電感、極對數(shù)、初始電流等等,并且可以根據(jù)需要加上負(fù)載轉(zhuǎn)矩,模擬真實(shí)的運(yùn)行情況。圖　5逆變器選用IGBTInverter,設(shè)定為橋臂對數(shù)為3,其余參數(shù)保持默認(rèn)狀態(tài)。電源直接采用380V直流供電,為了簡化模型,在仿真模型中直接用直流電源表示,在具體實(shí)際系統(tǒng)中可以考慮使

7、用開關(guān)電源來輸出直流電壓。212　檢測和顯示模塊需要檢測的主要參數(shù)包括:電機(jī)線電壓、定子電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。其中線電壓通過電壓檢測模塊VoltageMeasurement來實(shí)現(xiàn),其余3個(gè)量均可以通過電機(jī)模型直接輸出。在MATLAB/SIMULINK中提供了Scope顯示模塊,類似于平常使用的示波器,但功能作了拓展,可以顯示轉(zhuǎn)矩、電流等任何類型、任何量綱的量。在Scope模塊中,必須根據(jù)具體的情況合理地設(shè)置采樣時(shí)間等參數(shù),由于電機(jī)控制數(shù)據(jù)量較大,·39·還應(yīng)當(dāng)把Scope中的記錄點(diǎn)數(shù)限制取消。如果這些設(shè)置不恰當(dāng),就只能看到部分或者