三电平控制策略研究

1、湖南大学毕业设计（论文）第I页基于三电平逆变器的永磁同步电机的控制策略研究摘要近些年来对多电平变频器的开发研究越来越多的运用在运动控制上。多电平技术通过改进变换器自身拓扑结构， 无需升降压变压器和均压电路，即可满足电 压型逆变器的高电压容量大的要求。 由于增加了输出电压电平数，使得输出波形 的输出谐波小，各个开关器件所承受的电压应力也较小。因此在交流柔性输电系 统和高压变频调速系统中得到了广泛的关注。本课题基于三电平的电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM算法对永磁同步电机进行了控制策略研究。分析永磁同步电动机矢量控制原理并且阐述了永磁同 步电动机变频调速的数字矢量控制的实现过程，研究了永磁同步电

2、机三电平 SVPWM控制系统仿真模型的建立,利用永磁同步电机三电平 SVPWM控制系统 在Matlab7. 0/Simulink中建立的模型,进行了仿真实验,实验结果表明了永磁同 步电机三电平SVPWM控制系统应用的正确性。关键词：矢量控制永磁同步电机电压空间矢量脉宽调制三电平逆变器湖南大学毕业设计（论文）第III页The control strategy of the permanent magnet synchronous motor which is based on the three-level inverterAbstractIn recent years, more and mo

3、re researchesof multilevel converter have been applied on motio n con trol. Through improvi ng the topological structure of conv ertor, multilevel converter doesn have to step-up or step-down the transformer and equalizer circuit to meet the requireme nt of high capacity of the voltage source invert

4、er. As the addition of the number of output voltage level, the output waveform has decreased and the voltage stress of every switch ing eleme nt has bee n decreased as well. Therefore, multilevel converter has caused close attention on Flexible Alternating Current Transmission Systems (FACTS) and hi

5、gh-voltage frequency converting system.Based on the control policy research of voltage space vector PWM of three-level to permas yn moti on, the thesis an alyzes the theory of Vector Con trolled PMAM System, expo unds the impleme ntati on procedure of it, inv estigates the found of simulation model

6、on three-level SVPWM control for permanent magnet synchronous motor system and takes the advantage of three-level SVPWM control system of permanent magnet synchronous motor in the model established in Matlab7.0/Simuli nk, and con ducts a simulati on experime nt. And the result of simulatio n experim

7、e nt has proved the correct ness of tri-level voltage SVPWM system of PMSM.Voltage space vectorThree level inv erterKeywords: Permanent magnet synchronous motorpulse width modulati onVector control1绪论 51.1本文目的和意义51.2国内外的发展和研究现状 61.3本课题的主要工作 72三电平逆变器拓扑结构和控制算法 82.1三电平逆变器的拓扑结构 82.1.1 三电平逆变器的分类及介绍 82.1.

8、2 二极管箝位式拓扑结构原理 82.1.3 电容箝位式多电平逆变器拓扑结构 102.1.4 级联型多电平逆变器拓扑结构 112.2三电平逆变器 SVPW算法 132.2.1 空间矢量脉宽调制技术SVPWM 132.2.2 三电平逆变器SVPW的计算方法 133控制策略研究 183.1永磁同步电机电机模型183.1.1 永磁同步电机概述 183.1.2 系统结构 183.2矢量控制研究193.2.1 概述 193.2.2 正弦 PWM 193.2.3 空间矢量脉宽调制SVPWM 204 系统仿真实验 214.1仿真环境214.2仿真结构图建立 214.2.1 区域判断的仿真 214.2.2 时间

9、计算的仿真 224.2.3 时间状态分配的仿真 234.2.4 主电路的仿真结构图 274.3系统仿真实验274.4响应曲线及波形284.4动态响应的结果与分析 31湖南大学毕业设计（论文）第IV 页5结论32致谢参考文献错误！未定义书签错误！未定义书签湖南大学毕业设计(论文)第6页第1章绪论能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性难题。特别是在我国面临工业用电的巨大浪费和环境污染。 针对这个问题，高性能的高压大容量交流 调速技术成为国际学术研究的热点。 如工业用电中，每天都有大量的电能被高压 大功率电机设备消耗掉。如果采用高压大容量变频调速装置，而不是现阶段常用 的控制系统来拖动交流电

10、机，这样不仅能降低单产能耗，同时对现代工业的发展 是具有重大意义的。多电平变换器技术已经成为电力电子学中， 以高压大功率变 换为研究对象的一个新的研究领域1。多电平变换器的研究中，基于三电平逆变 器的永磁同步电机的控制策略研究受到了学者们的关注。本课题首先介绍了三电平逆变器的电压空间矢量脉宽调制技术的研究背景和意义，进一步了解了它在国内外的发展现状和研究前景， 然后以三电平逆变器 SVPWM算法为研究手段，进行前面的仿真实验和数据总结， 更进一步来阐述本 文的主要工作和目的。1. 1本文目的和意义三电平逆变器具有简单的结构，它的电路拓扑形式从另一个角度上也可以看 成是多电平逆变器结构中的一个特

11、例。目前从功率开关器件发展的水平上来看， 上万伏的耐压器件在短期内还是难以实现的， 多电平技术成为解决高压大功率变 频调速问题的有效途径；当前电力系统广泛采取高压直流输电方式的形势下，多 电平技术在电力输配电方面也具有重要的作用。基于电压型三电平逆变电路从试验期进入实用化阶段， 对其进行分析和研究 是具有实际意义的。一般都认为多电平逆变器是建立在三电平基础之上的，按照三电平逆变器的拓扑结构类似拓展而成的。由此得出结论：对应越多的电平数， 产生的电平台阶就越多，从而波形越近似正弦波，谐波成分也就越少。但是在实 际应用中由于受到硬件条件和控制条件的制约，这种理论上可达到任意N电平的 多电平逆变器是

12、不存在的，在追求性能指标的前提下，通常并不追求过高的电平三电平电路的优点:1开关器件在任何时刻都是断开状态的，因此所受到的压降减小，故在容 量大电压高的场合更加合适。2输出电压可以是多层阶梯形，这样要得到很接近的正弦波只用对阶梯波 再调制就可以了，处理方便出波效率高。理论上可以通过提高电平数来调节波形， 使其无限趋近标准正弦波，当中只含有少量的谐波成分。3电磁干扰问题减小，通常开关元件每进行一次关断的 dv / dt只有传统两 电平的一半。4效率很高。比如同样是消除谐波，两电平 PWM控制法在频率很高的条 件下进行关断的，由于开关频率高，损耗也大大；而三电平逆变器不存在这些问 题，提高了效率。

13、5开关频率远低于主要高次谐波。另一方面由于它需要的开关器件比较多， 控制算法又复杂，同时存在电位不 平衡等一系列的问题，也限制了它在低压小功率环境下的应用。 因此，基于三电 平逆变器的永磁同步电机的矢量控制，本课题对其着重介绍并完整的模拟仿真， 从其PWM算法及控制策略方向上深入地研究，对其电路组成和控制原理进行系 统的钻研，对三电平技术乃至多电平技术的工程应用有着重要的意义。1.2国内外的发展和研究现状1971年，基于异步电机有些学者提出了磁场的定向矢量控制理论，以交流电机模型为前提，解耦定子电流直轴和交轴分量，从而控制交流电机转矩和转速。 在这之后，磁场定向控制被应用到了永磁同步电机的控制

14、中去，将其控制系统分为速度闭环、电流闭环、位置闭环和空间矢量脉宽调制几个部分。其中，对空间 矢量脉宽调制的研究很快被广泛应用。1980年，日本长岗科技大学的 A Nabae等人在IAS年会上首次提出中点 箝位式(NPC)逆变器，是二极管钳位式三电平逆变器的雏形，是多电平逆变器的 基础。它的出现为高压大容量电压型逆变器的研制开辟了新的思路，其后在高压 湖南大学毕业设计（论文）第9页大功率变频调速方面得到了广泛的应用。1983年，Bbagwat等人在这一基础之上，将三电平电路推广到任意 N电平 电路中来，对中点钳位式逆变器电路及其统一结构作了进一步的研究。 这些工作 为高压大功率变换器的研究提供了

15、一条崭新的思路。20世纪90年代，以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复合器件的发展 引人注目，并在此基础上衍生了很多新型的变换拓扑结构，成为国内外学术界和工业界研究的重要课题，至此三电平变换器的研究和应用开始了迅猛的发展。在 西方国家已经出现兆瓦级的多电平逆变器产品大量进入市场，并广泛用于各种高要求高性能系统中。作为一种新型的逆变器类型，多电平逆变器产生的背景是为 了克服传统逆变器在一次开关动作过程中，由较高的dv/dt, di/dt所引起的开关应力等一系列的缺点，通过对主电路拓扑结构的改进，使所有功率器件都在基频 以下工作，从而达到减小开关应力，改善输出波形的目的。但因多电平电路所需

16、 的功率器件较多，操作起来更加复杂，所以从提高性能比角度上来讲，它更适合 于大功率场合2,3。目前三电平逆变技术在国外已逐步进入实用的阶段 ，但国内还处于萌芽状 态，我们广泛的使用仍然是传统的大功率交流电机调速系统。国内能够研制、生产并提供售后服务的中高压变频器只是个别企业，具备科研能力或资金实力的， 国外公司占据了市场的大部分。所以将来国内的研究者仍然有大量的工作要去 做。随着新型电力电子器件及 DSP智能芯片的普及，这一技术必将广泛的应用 到大功率场合，未来无论在工业上还是学术上将占有更大的市场。1.3本课题的主要工作本文主要工作的章节安排如下1对三电平技术进行综合概述，对其产生的背景、目

17、前的现状以及发展前 景进行深入研究，提出了研究这项技术的意义。2利用数据图形了解二极管箝位式三电平拓扑结构的特点，然后通过三电 平SVPWM控制技术算法来介绍它的工作原理，熟悉其算法的原理和步骤。3研究了永磁同步电机模型及其矢量控制系统4对三电平空间矢量脉宽调制算法进行 MATLAB仿真5总结归纳仿真的结果并对结果进行分析，得出结论第2章三电平逆变器拓扑结构和控制算法2.1三电平逆变器的拓扑结构2. 1. 1三电平逆变器的分类及介绍三电平逆变器的拓扑结构有二极管箝位式、电容箝位式和级联型三种拓扑结 构。其中运用最广泛的是二极管箝位式多电平拓扑结构。它能有效地提高换流系 统的耐压、降低输出电压谐

18、波和开关损耗，在电力系统的大功率应用中受到普遍 的重视。本课题中着重研究的是三电平二极管箝位式。研究表明，三电平逆变器 的三种拓扑结构有一些共同优点： 都适合大容量、高电压变频场合；为了获得较 好的波形通常会在在较低的工作频率下开关器件，因此开关损耗低，效率高；大大减轻了电路的电磁干扰等问题。但是级联型多电平逆变器的电路拓扑需要独立 的直流电源，限制了它的应用范围；增加电容数目给电容箝位式电路拓扑带来诸 多不便，导致它进行有功功率传输时控制复杂。 因此，本文中三电平逆变器的主 电路选用的是二极管箝位式拓扑结构。2. 1. 2二极管箝位式拓扑结构原理首先，我们了解一下三电平逆变器的空间矢量脉宽调

19、制算法16。三电平逆变器空间矢量PWM控制算法的主回路接线图X 鲁机 二一 电-rt G 仃nAT图2. 1 三电平空间矢量 PWM从图中看，每个桥臂上有4个功率开关、4个反并联的反向恢复二极管、2个 箝位二极管。在a相中，设从上到下的4个功率开关分别为Sal、Sa2、Sa3 Sa4 当Sal和Sa4导通时，交流侧对应的电压为+Ed/2;当Sa3和Sa4导通时交流侧 对应的电压为- Ed/2；当Sa2和S3导通时，交流侧对应的电压为零。由此可推出， 三 电 平 逆 变 器 有 33=27 种 开 关 状 态湖南大学毕业设计（论文）第11页图2.2三电平二极管箝位式拓扑结构如上图所示，每一相都需

20、要4个主开关器件、4个续流二极管、2个箝位二 极管，当同时导通T1和T2,输出端A对O点的电平为Vdc/2;当同时导通T2 和T3,输出端A和O点相连，它的电平为O;当同时导通T3和T4,输出端A 对O点的电平为Vdc/ 2，所以有三个电平状态从每相桥臂中输出，三相这种桥 臂组成的变换电路即是二极管箝位式三电平逆变器电路。一相桥臂电路在稳态下的具体工作情况：同时导通开关管1和2时，3和4关断，如果电流是从负载流向逆变电路的， 从A分别经过续流二极管D2、D1流进P点，此时输出端A的电位仍等同于P 的电位；若电流是从逆变电路流向负载，即从P点经由1和2到达输出端A，不 计开关器件的正向导通压降，

21、输出端 A的电位等同于P的电位，即Vdc/2。在其他开关管导通关断时，同理也是按照这种方式分析的。对应的电流流向 相应的负载或者逆变电路，以此来找出各个点的电位。根据上面的工作原理分析，T1和T3, T2和T4的工作状态是相反的，且主 开关管Tl和T4不能同时导通，平均每个主开关管所承受的正向阻断电压 Vdc/2, 也是三电平逆变器的基本控制规律之一 6,7。本课题中研究的即是这种三电平逆 变器。2. 1. 3电容箝位式多电平逆变器拓扑结构电容箝位式多电平逆变器也叫做飞跨电容型多电平逆变器， 它采用悬浮电容 代替二极管对功率开关进行直接箝位，不存在二极管箝位式逆变器中主、从功率 开关的阻断电压

22、不均衡和箝位二极管反向电压难以快速恢复的问题 9电容箝位式多电平逆变器拓扑结构:图2. 3电容箝位式拓扑结构；：找EdfcJhKM 1/i;7逆变器电平数容易扩展是电容箝位式多电平逆变器的显著优点，另外它的逆变器的控制也非常灵活，而且只需要一个独立的直流电源，具有设计简单的整流 侧。但是需要大量的电容成为了它最大的问题，并且为了保证逆变器的运行安 全,必须严格控制电容电压的平衡关系。 虽然采用不同的开关组合可以解决电容 电压平衡的问题。但拓扑结构中电容太多，如何选择开关组合就会变得非常的复 杂，而且还要要求很高的频率，这样一来就大大限制了它的广泛应用。2. 1.4级联型多电平逆变器拓扑结构在所

23、有的桥式级联型拓扑中，最基本的是 H桥串联结构，它将多个H桥串 联从而产生高的输出电压10，11ASblUdeVH1n !ib4 n1Q4Sb6SO图2.4级联型多电平逆变器拓扑结构级联型多电平逆变器的三相拓扑结构如上图2. 1.4.1所示：相比较二极管箝位型和飞跨电容型多电平逆变器 12，级联型拓扑不需要大量箝位二极管和飞跨电容，仅需要多个独立直流电压源。级联型多电平逆变器的 优点是:1采用相互分离的直流电源作为直流侧，电压均衡问题不存在了。不需要 箝位二极管或电容。相同的电平数，器件数最小，易于安装。2组合方式基于低压小容量逆变器，技术成熟，可靠性高，很容易模块化, 较适用于多电平应用场合

24、。3由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类 似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。4易于采用软开关技术，以避免笨重，耗能的阻容吸收电路。但是它也不是完美的，当采用不控整流得到这些直流电源时， 通常采用多绕 组移相变压器来减小对电网的谐波干扰。 导致这种变压器体积庞大，成本高，设 计困难。故而在实际应用中，没有二极管箝位式使用得广。湖南大学毕业设计（论文）第 13 页2. 2三电平逆变器SVPWM算法 2. 2. 1空间矢量脉宽调制技术 SVPWM空间矢量脉宽调制技术SVPWM，它的主要思想是：以三相对称正弦波电压 供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相

25、逆变器不同开关模式作为适当的切换，从而形成PWM波，一所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁 链圆。SVPWM将逆变系统和异步电机看做一个整体来考虑，简单化了，微处理 器的实时控制更便利。三电平空间矢量脉宽调制逆变器有着很显著的优点。由于其每个功率开关能承受的电压是传统二电平的两倍，而它每相提供了三个电压状态，每一个控制周期内的给定电压可使用三个最接近的电压矢量来表示，使输出电压等于给定电压，这样谐波明显减少了 13。所以它越来越多的受到人们的注 意。六个开关器件构成的三个半桥组成了一个普通三相全桥。这个六个开关器件组合起来共有8种安全的开关状态。其中不会在电机驱动中产生有效的电流的状 态有000

26、、111这两种。因此称他们为零矢量，另外六种非别称为六个有效矢量。 它们将360度的电压空间分为六个扇区，60 个扇区，利用这六个有效矢量和 两个零矢量可以合成360度内任何矢量，利用时间长短去表示每个矢量的作用大 小。因此SVPWM具有以下几个特点：1、在每个小区间虽然有多次开关切换，但每次切换只动作一个器件，所以 开关的损耗很小。2、三相PWM波是电压空间矢量直接生成的，设计简单14o2.2.2三电平逆变器SVPWM的计算方法根据参考矢量合成的原则三电平 SVPWM算法可分三步：区域判断、时间 计算和时间状态分配。2. 2. 2. 1 区域判断找出合成参考电压矢量的三个基本矢量即是区域判断

27、的主要目的。根据三电 平基本空间矢量图（图2. 5）图2. 5空间矢量区域划分用6个大区域将整个矢量空间分开，再将每个大区域分成4个小区域。由于 基本空间矢量中的短矢量在每个采样周期中出现的次数多，为了算法及仿真的准确性，再用6个小区域将每个大区域细分。用I、II、III、IV、V、VI表示大区 域，用1、2、4、5、6表示小区域。按照60度划分一个大区域，依据参考电压 矢量去判断所在的大区域。根据小区域的区域分布和几何关系， 可依照以下方法 判断其所在的小区域。图2. 6小区域判断以第I大区为例，如上图， V和V分别表示参考电压矢量Vref在a轴和B轴上的投影，幅角为V,则V = Vref

28、COSV , V:.-Vref Sin)湖南大学毕业设计（论文）第17页1 当乞30。时，Vyf在区域1或3或5内。若V npo opo opp opo npo noo1115non npn npo opo npo npn non1116noo npo npp opp npp npo noo1V1noo ooo oop opp oop ooo nooIV2nno noo ooo oop ooo noo nnoIV3noo nop oop opp oop nop nooIV4nno nop oop opp oop nop nooIV5noo nop npp opp npp nop nooIV6n

29、no nnp nop oop nop nnp nnoVInno ono ooo oop ooo ono nnoV2ono ooo oop pop oop ooo onoV3nno ono onp oop onp ono nnoV4ono onp(?cp pop oop onp onoV5 1nno nnp onp oop onp nnp nnoV6ono onp pnp pap pnp onp onovnono ooo poo pop poo ooo onoVI2onn ono ooo poo ooo ono onnVI3ono pno poo pop poo pno onoVI4onn on

30、o pno poo pno ono onnV15ono pno pnp pop pnp pno onoVI6onn pnn pno poo pno pnn onn其中n, O, P分别表示对应的三相为低电平，零电平，高电平。矢量状态分配采用中心对称的七段式 SVPWM波形，给定了基本矢量的作用时间。基本矢湖南大学毕业设计（论文）第 21 页量的作用时间与矢量状态的对应关系如下图所示图2. 2. 2. 3七段式SVPWM 波形将对应的矢量状态分配到对应基本矢量的作用时间,也就是将对应的开关器件分配导通或关断时间，来实现对电路开关器件的控制15第3章控制策略研究3. 1永磁同步电机电机模型3. 1

31、. 1永磁同步电机概述在上世纪五十年代出现的永磁同步电机， 运行原理与普通同步电机相同，选 用了永磁体来给激磁绕组激磁，使得它的结构更加简单。永磁同步电机的不同之 处是没有了普通同步电机所特有的集电环和电刷，因此电机运行的可靠性得到很 大的提升。由于激磁使用的是永磁体，无须激磁电流，电机效率和功率因数也提 高了。它在起动时，虽然定子绕组中通以交变电流并建立旋转的定子磁场，旋转的定子磁场在永磁体磁极中产生相互作用，由于其转子惯性较大，使得电机无法 获得足够的起动力矩。3. 1.2系统结构除电机外，永磁同步电机主要由以下几个模块组成的： 驱动单元、位置控制系统、速度控制器、转矩和电流控制器、位置反

32、馈单元、电流反馈单元、通讯接 口单元1. 电机：它的电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特 点。2. 驱动单元：驱动单元采用三相全桥自控整流，三相正弦PWM电压型逆 变器变频的AC-DC- AC结构。3. 控制单元：控制单元是整个交流伺服系统的核心 ，实现系统位置控制、 速度控制、转矩和电流控制器。4. 位置控制系统。对于不同的信号，位置控制系统所表现出的特性是不同 的。典型的输入信号有三种形式：位置输入、速度输入以及加速度输入。5. 接口通讯单元。接口包括键盘/显示、控制I/O接口、串行通信等。3. 2矢量控制研究3. 2. 1概述通过测出和分解定子电流来实现矢量控制的，其中分

33、别对励磁和转矩的控制方法，是利用磁场定向原理来进一步控制电动机的，以此来进行异步电机转矩的控制。具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分为能产生磁场的电流分量（励磁电流）和能产生转矩的电流分量（转矩电流），对二者分别加以控制，并同时 控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量17，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。3. 2. 2 正弦 PWM3. 2. 2. 1正弦PWM概述正弦PWM是在每半个周期内输出多个不同宽度的矩形脉冲波，每个矩形波的面积近似到相应正弦波中，也就是说可用一个与该面积相等的矩形 来代替相应每一等份的正弦波的面积，故可用这N个等幅（Vd）不等宽的矩PWM形脉冲来表示正弦波

34、形所包围的面积。每个对应的矩形脉冲的宽度均可由 理论计算得出：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当 它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽度正比于该曲线函数 值的矩形脉冲。若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成正弦波形。3. 2. 2. 2 正弦PWM的模拟控制信号发生器提供三相对称的参考正弦电压调制信号，可通过调节其频率和幅值,来达到控制他的目的。三角波发生器分别提供各相共用的三角载波信号，在 比较器上它分别与各相的调制信号进行比较，给出正或零的饱和输出，产生正 弦PWM脉冲序列波。这样，就能模拟出正弦 PWM脉冲序列波。3. 2. 2. 3 正弦PWM的实时计算实

35、时计算一定要有对应的数模，其中建立最简单的数学模型就是等效面积， 它的原理就是按面积相等的原则，将正弦波等效成为一系列的等幅不等宽的矩形 脉冲。根据已知正弦数值依次算出每个脉冲的宽度，求出各个脉冲对应的矩形面积综合求和，得到的面积和即可近似为相应的正弦波的面积。3. 2. 3 空间矢量脉宽调制SVPWMSVPWM 是空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation） 的简称。这里关于 SVPWM的介绍在第二章已经阐述，故不作过多说明。 重点探讨一下 SVPWM与正弦PWM的区别。脉冲宽度调制（PWM）:晶闸管工作在开关状态，晶闸管被触发导通时， 电源电压

36、加到电动机上；晶闸管关断时，直流电源与电动机断开。这样通 过改变晶闸管的导通时间（即调占空比ton）就可以调节电机电压，从而进行调速。对比 SVPWM的产生原理可知，SVPWM本身的产生原理与 PWM没有任何关系，只是形似。正弦波脉宽调制，将正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来替代。三角波载波信号Ut与一组三相对称的正弦参考电压信号Ura、Urb、Urc比较后，产生的SPWM脉冲序列波 Uda、Udb、Udc作为逆变器功率开关器件的驱动控制 信号。逆变器输出电压的基波正是调制时所要求的正弦波，调节正弦波参 考信号的幅值和频率就可以调节SPWM

37、逆变器输出电压的幅值和频率。总结可知，SVPWM与SPWM的原理和来源有很大不同，但是他们确实殊途同归的18SPWM由三角波与正弦波调制而成，而SVPWM却可以看作由三角波与有一定三次谐波含量的正弦基波调制而成，这点可以从数 学上证明第4章系统仿真实验4. 1仿真环境前一章证明了三电平逆变器SVPWM算法的实现,并给予了解决办法。本章将会使用 Simulink仿真实验进一步验证 SVPWM算法的正确性。这里 使用的软件版本是 MATLAB7 .0。它集数值分析、矩阵计算、信号处理和图 形显示于一体，已经在控制领域得到了广泛地应用19。4. 2仿真结构图建立4. 2. 1区域判断的仿真按照每60

38、度为一区，三电平SVPWM算法把整个空间矢量分成6个大区, 仿真时以参考矢量的幅角划分为准20。如下图4. 2 1.1:图4.2.1.1大区域判断仿真图 每个大区域又可以分成6个小区域：图4 2. 1.2小区域判断仿真图4. 2. 2时间计算的仿真从上图中可以看出，整个矢量空间总有 6个大的区域，每个大区域又有 6 个小区域，每个小区域又有3个基本矢量V，V，V3，三个基本矢量同时对应3 个作用时间Ti，T2，T3。将每个大区划分为6个小区，尽管1小区和2小区，3小区和4小区对应的三个作用时间相同，但是与矢量状态次序对应后的T,，T2，T3却完全不同。故可以用108个作用时间划分整个空间。以I

39、大区1小区为例,S。仿真模型图如下图：T2kTssi n ( ) , T2=2kT$si nr , T3= 1-2ksin ()3L3湖南大学毕业设计（论文）第 25 页T rigonometricProdiuct2Funiction图4. 2. 2. 1作用时间仿真图按照以上原理，可以建立类似模型来算出其他的作用时间。4. 2. 3时间状态分配的仿真时间状态分配是对应各个基本矢量的开关状态及作用次序的确定，给对应的开关器件的关断状态分配作用时间。七段式时间分配的实现。从区域判断中可知，用短矢量作为每个采样周期的 起始矢量，各个小区域对应的作用时间是相同的，他们与矢量状态次序的对应的 基本矢量

40、作用时间分别为T,，T2，T3，因此所有区域的时间分配都是一样的，不同的是Ti，T2，T3的值。故可以用相同仿真模块，如图4.2. 3. 1所示:Add5 R创禺痘Add1图4. 2. 3. 1七段式时间分配仿真图Constant接下来进行确定矢量状态次序根据状态的作用次序原则，以负短矢量作为每个采样周期起始矢量，以0，1, 2表示矢量状态n，o, P,则矢量状态次序仿真数据表就可以由矢量状态次序表一一对应，如下表 4. 2. 3. 1所示:表4.2.3. 1矢量矢量状态次序仿真数据表区域矢量状态次序11loo no in 211 in no 10012110 111 211 221 211

41、111 11013100 110210 211 210 110100141W2W211 221 211 210 11015100 200210211 210 200 10016110210220 221 220 210 HOnr110111 121 221 121 111 110112010 HO 111 121 111 110010113110120 121 221 121 120 110114010 110 120 121 120 110010115110(20 220 221 220 120 110116010020 120 121 120 020 0101111010011 111 1

42、21 Ilf 011 010IIT2rOil 111 121 122 121 111 OHIE3010 011 021 121 021 OH 010III4011 02! 121 122 121 021 0111115010 020 021 121 021 020 010III6011 021 022 122 022 021 011rvii0l 111 112 122 112 111 Oilrv21001 011 111 112 111 011 001IV3011 012 112 122 112012011IV400! 011 012 112012011 001IV5011 012 022 1

43、22 022 012 011IIV6001 002 012 112 012 002 001VI001 121 111 112 HI 101 0011V2101 111 112 212 112 111 101V3-001 101 102 112 102 10】001V4101 102 112212 112 102 lOtr - vs001 002 102 112 102 002 001V6- 101 102 202 212 202 102 101vn101 111 211 212211 111 101VI2100 101 111 211 111 101 100 -V13101 201 211 2

44、12 211 201 101V14100 101 201 211 201 101 100 .V15101 201 202 212202 201 101VI6100 200 201 211 201 200 100 1然后就是矢量状态次序的仿真图的建立。如下图423.2：湖南大学毕业设计（论文）第29页SubsysiemSMultiportSwitch图4. 2. 3.2矢量状态次序的仿真图下一步就是从矢量状态次序转换到开关状态。 主电路的三相电平状态为低电 平，零电平或高电平，用它们来表示矢量状态；主电路中的开关元件的正常状态 是关断或导通，表示开关状态。如果用-1, 0，1表示低电平，零电平，高电平, 用0，1表示开关元件的工作状态为关断，导通，则对应关系的矢量状态与开关 状态如下表423.3所示：表4. 2. 3.3矢量状态与开关状态对应表电平状态开关状态Q1Q2Q3Q41 11100 :00110-10011根据每相开关元件的动作顺序以及对应关系可知，将矢量状态转化为对应的开关状态的仿真模型如下图4. 2. 3. 4所示。这样，实现了时间状态分配模块的仿真424主电路的仿真结构图SIMULINK内提供了三电平逆变器 SVPWM控制系统的仿真结构框图，如下图424.1:图4.