SVPWM控制算法

电力电子课程作业学习编号：20151800244研究生姓名：西文学科名称：SVPWM控制算法导师：田立信第一章SVPWM简介SVPWM是近年来开发的一种更新的矢量控制方法，由三相电力逆变器的6个功率组件构成的特定开关模式产生的脉宽调制波，可以使输出电流波形尽可能接近理想正弦波。空间电压矢量PWM与传统正弦波PWM不同，从三相输出电压的整体小效应出发，将理想圆磁通轨迹集中在电机的获得上。SVPWM技术的特点是，与SPWM相比，绕组电流波形的谐波成分小，电机转矩脉动小，旋转磁场旋转磁场更接近圆形，直流母线电压利用率大，易于数字化。SVPWM的主要思想是，在用三相对称正弦波电压供电时，使用三相对称电动机定子理想磁通圆作为基准标准，通过适当切换三相逆变器的其他开关模式而形成的实际磁通矢量形成追踪正确磁通圆的PWM波。传统的SPWM方法从功率的角度生成FM电压调节正弦波电源，而SVPWM方法从整体上考虑逆变系统和异步电动机，模型比较简单，微处理器的实时控制也比较容易。第二章SVPWM分析2.1 SVPWM算法一般来说，SVPWM的控制方案分为三个部分：三相电压的间隔分配、矢量合成的最佳序列选择和控制算法。电压的间隔分布直接影响特定控制算法，矢量合成序列选择的区别在于开关损耗和谐波分量。上一章详细分析了SVPWM技术的基本调制算法。要实现SVPWM信号的实时调制，首先必须知道参考电压矢量所在区间的位置，然后使用该扇区的相邻2电压矢量和相应的0矢量合成参考电压矢量。因此，SVPWM算法的基本步骤为：1、有判断的扇区；2、计算两个相邻开关电压矢量时间；3、根据开关电压矢量作用时间合成为三相PWM信号；图2-1:电压空间基本矢量图2-1是在坐标系中描述的电压空间矢量图，电压矢量调制的控制命令是在空间中逆时针旋转到角度频率的矢量控制系统中给出的矢量信号，旋转到矢量图形的一个扇区时，选择该区间所需的基本电压空间矢量，电力开关元件动作以与矢量相对应的状态驱动。如果控制向量在空间中旋转，那么逆变器可以输出一个周期的正弦波电压。高性能交流调速和三相逆变系统通常使用三相轴的坐标系转换。在闭环控制系统中，很容易获得基准电压矢量的分量和通过闭环控制器的输出；在开环控制系统中，通过将预期输出的电压映射到坐标系，可以得到这两个组件。这两个分量在扇区I中与参考电压矢量有关系，如图2-2所示。得到这两个分量后，实现空间电压矢量调制就更加容易了。图2-2:参考电压的合成和分解2.2切换到3/22.2.1坐标转换的基本思路如果能够将交流电动机的物理模型平等地转换为类似于直流电动机的模型，分析和控制将大大简化。坐标转换是按照这个想法进行的。在这里，不同坐标系下电动机模型的等效原理是，在不同坐标下，绕组产生的合成磁动力相同。交流电动机三相对称的静态绕组A、B、C通过三相平衡正弦电流时产生的合成磁电位f表示空间中的正弦分布，同步速度(即电流角频率)按A-B-C的相顺序旋转。这些物理模型绘制在图2-3中的定子部分。图2-3二极直流电动机的物理模型F-励磁绕组A-电枢绕组C-补偿绕组图2-4等效交流电动机绕组和直流电动机绕组的物理模型(a)三相交流绕组(b)两相交流绕组(c)旋转直流绕组但是旋转磁电势不一定是三相不可抗力。除了单相外，任何对称多相绕组(二相、三相、四相等)都可以通过平衡多相电流产生旋转磁电势。当然，二相最简单。图2-4示出了两相静态绕组和，两者在空间上存在900的差异，可以通过900的两相平衡交流电流产生旋转磁电位f。如果图2-4a和b的两个旋转磁电势大小和速度相同，则图2-4b的两相绕组被认为与图2-4a的三相绕组相同。如果观察图2-4c中的两个灯相同且相互垂直的绕组d和q，则将分别使用直流电流和生成合成磁f，并且其位置相对于绕组是固定的。如果让包括两条绕组在内的整个核心以同步速度旋转，磁力f当然也会旋转，成为旋转磁力。如果此旋转磁力线的大小和速度也与图2-4a和图2-4b中的旋转磁力线相同，则此旋转直流绕组相当于前面两个固定交流绕组。观测也随着绕组旋转，认为d和q是通往直流的两条垂直静态绕组。如果控制磁通量的位置在d轴上，则与图2-3中的直流电动机物理模型没有本质区别。此时，绕组d对应于励磁绕组，q对应于伪停止电枢绕组。这说明图2-4a的三相交流绕组、图2-4b的两相交流绕组和图2-4c的整体旋转基于相同的旋转磁电势。或者，三相坐标系的DC和二相坐标系的DC和旋转二相坐标系的DC都相同，并产生相同的旋转磁势。有趣的是，图2-4c中的d，q两个绕组，站在地面上看，是与三相交流绕组相等的旋转直流绕组。跳到旋转的内核上，它肯定是直流电动机的物理模型。这样，通过坐标系的转换，可以找到之间的精确对等关系，这就是坐标转换的任务。2.2.2 3s/2s转换现在将上述第一坐标变换考虑为三相静态缠绕a、b、c和两相静态缠绕、之间的变换，或三相静止坐标系和两相静止坐标系之间的变换(称为3s/2s变换)。图2-5显示了a轴、b轴、c轴、坐标系，为了方便起见，a轴和轴一致。三相绕组的有效绕组为N3，两相绕组为相当有效匝数字N2，各相磁力税为有效绕组和电流的乘积，相应的空间矢量位于相轴上。Ac磁力电位的大小随时间变化，因此图中磁力电位矢量的长度是随机的。如果三相总磁势等于两相总磁势，则两个绕线瞬时磁势对，轴的投影为正弦分布。图2-5三相和两相坐标系和绕组磁电势的空间矢量(2-1)(2-2)以矩阵形式编写(2-3)功率恒定时坐标变换阵列的特性：在一个坐标系中设置的每个绕组的电压和电流矢量分别加和，在新坐标系中，电压和电流矢量加和。其中，每条绕组的电压和电流矢量合计(2-4)定义新向量和原始向量的座标转换关系如下(2-5)(2-6)其中和分别是电压和电流转换阵列。转换前后功率不变的话(2-7)将样式(2-5)、样式(2-6)导入(2-7)时(2-8)(2-9)其中是单位矩阵。类型(2-9)是功率不变条件下坐标变换阵列的关系。电压和电流转换阵列通常用作相同的矩阵，以便于记忆转换阵列(2-10)样式(2-9)(2-11)或者(2-12)这是在选择电压和电流相同的转换阵列时，转换阵列的方向与其逆矩阵相同的情况下，转换阵列的方向属于正交变换。功率不变条件下的3s/2s转换和斜坡比：在两相系统中，被认为具有0轴磁电位，定义如下(2-13)标记为2-3的三相电流/两相电流转换如下(2-14)零轴电流也扩大到转换类型。(2-15)格式中(2-16)这是扩展后将三相坐标系转换为两相坐标系的转换方阵。满足电力前后的一定条件时(2-17)显然，格式(2-16)和格式(2-17)的乘积必须是单位数组所以(2-18)邮报(2-19)这表明，如果坐标系转换前后的功率保持不变，而合成磁链保持不变，则转换后的两相绕组的各相绕组必须是原三相绕组各绕组的两倍。同时或(2-20)用(2-3)代替(2-19)。(2-21)C3s/2s表示从三相坐标系转换为两相坐标系的转换矩阵(2-22)2.3判断向量所在的区段空间矢量调制的第一步是确定由和确定的空间电压矢量所在的扇区。一般的判断方法是：计算和中电压矢量的振幅，并结合正负符号进行判断，该方法的缺点是包含非线性函数，计算复杂，特别是在实际系统中不容易实现。下面介绍了一种简单有效的判断方法。分析和的关系，确定基准电压矢量所在的扇区。参考图2-4，您可以看到：如果是(2-23)其中在扇区I中。向量图形几何图形分析关系的实际结合可以表示为：、和(2-24)对其他扇区的判断也可以通过相同的方式获得：和，扇区；和，扇区；，和扇区；和位于扇区中；在这种情况下，扇区:使用上述条件，您可以通过简单的加法和减法和逻辑运算来确定地块，从而避免计算复杂的非线性函数，这对减少运算和提高系统响应速度非常有用。但是，这还不是最简洁的表达，进一步分析上述条件可以进一步简化判断方法，并表明所导出的条件可以完全确定该扇区，3和0的关系，因此可以定义以下变量。(2-25)重新定义：如果是，则A=1；否则，A=0在此情况下，B=1，否则B=0C=1，否则C=0A，B，C的组合有8种，但通过判断地段的公式可以知道的A，B，C同时不是1或同时不是0，因此实际组合将对6个，A，B，C的组合对其他地段采取不同的值，并一一对应，因此可以从A，B，C的组合中正确地判断该地段。以区分6种状态S=2b 4c (2-26)s可以具有6个扇区和1到6个整数值。但是，特定数字顺序可能与扇区的实际顺序不同。判断为表达式(2-27)的值是六角区域以外的1 6个值以样式(2-28)计算的值，六角区域的I 6个数字是实际扇区编号，如图1-3所示。图2-6:确定基准电压矢量所在的扇区具有参考电压矢量的扇区通过上述方法判断非常简单。具体指定活动向量时，计算的s值与实际扇区编号n相对应即可。第三章SVPWM SIMULINK实施切换到3.1 3/2要实现SVPWM控制算法，请将三相a-b-c平面坐标系中的相电压ua、ub、UC转换为-平面坐标系。通过3s/2s转换将ua、ub和UC转换为.SIMULINK可以轻松转换，如图3-1所示。图3-1 3S/2S转换模拟fcn : f(u)=sqrt(2/3)*(u(1)-0.5 * u(2)-0.5 * u(3)fcn 13360 f(u)=sqrt(1/2)*(u(2)-u(3)3.2扇区判断基准电压矢量所在的扇区n根据和的关系确定，可以简单地通过加法和减法和逻辑运算确定该扇区。Simulink实现此判断的方块图如图3-2所示。N=A 2B 4CN=3时，Uref位于扇区I中。N=1时，Uref位于扇区中。N=5时，Uref位于扇区。N=4时，Uref位于第二个扇区中。N=6时，Uref位于扇区中。N=2时，Uref位于扇区中。图3-2确定了空间矢量所在区域的模拟实现表3-1基本空间电压矢量U00000U1100U2110U3010U