SVPWM控制算法MATLAB仿真

1、 PAGE PAGE 21摘 要字化PWM成为PWMSPWMVector Pulse Width SVPWM)控制技术是一种优化了的PWMPWM(比传统的法提高了约15%)，输出谐波少，控制方法简单等优点，而且易于实现数字化。间矢量脉宽调制技术的发展现状，接着对空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基本原理进行了详细的分析和推导。最后介绍了SVPWM的基本原理及其传统的实现算法,并通过SVPWM的算法构建了Matlab/Simulink仿真模型,仿真结果验证了该算法的正确性和可行性。关键字：空间矢量脉宽调制；仿真；建模；算法；Matlab/SimulinkAbstractTogether w

2、ith the continual development of all-controlled fast semiconductor self-turn-off devices and intelligent high speed micro-control chip, the digitized PWM is becoming the trend of PWM control technique development . However, the traditional SPWM method is more suitable for analog circuits, and the tr

3、aditional SPWM can not adapt to the development trend of the digitization of the modem power and electric. Space-vector pulse width modulation (SVPWM)is a kind superiorized PWM control technique: achieving the effective utilization of the supply voltage(compared with the traditional SPWM, reduced by

4、 15.47%), having little harmonic output and the easy control method, furthermore easy to realizethedigitization.The article presents the developing condition of PWM and SVPWM firstly.The theory of SVPWM is discussed in detail. Finally, the basic principle of SVPWM and the traditional algorithm are i

5、ntroduced, and constructing Matlab/Simulink simulation model by SVPWM algorithm .In the end, the simulation on results verifies the correctness and feasibility of the algorithm.Keywords：svpwm；simulation；modeling；algorithm；Matlab/Simulink目录 HYPERLINK l _TOC_250005 摘 要1Abstract2 HYPERLINK l _TOC_25000

6、4 目录3 HYPERLINK l _TOC_250003 第一章概述4 HYPERLINK l _TOC_250002 动态仿真工具SIMULINK简介4 HYPERLINK l _TOC_250001 SVPWM的控制算法5参考电压矢量U所处扇区N 的判断7ref HYPERLINK l _TOC_250000 第二章SVPWM控制算法分析10常规SVPWM模式下，计算T,TXY10计算A，B，C三相相应的开关时间Tcm1,Tcm2 ,Tcm312第三章SVPWM 的SIMULINK 实现133.1SVPWM控制算法原理图13第四章 SVPWM的SIMULINK仿真结果184.1 波形图1

7、8总结20参考文献21第一章 概述MATLABSIMULINK 简介30达到了相当高的水平，出现了很多的计算机辅助设计语言和应用软件。目前， MATLAB(MatrixLaboratory软件工具。MATLAB是由Math Works公司开发的一种主要用于数值计算及可视化图形处号处理、神经网络、图象处理等于一体。MATLAB具有三大特点:1字统一处理，离线和在线皆可处理;2:MATLAB科书的数学表达式相近;3:MATLAB使用，可容易地编写各种通用或专用应用程序;正是由于MATLAB的这些特点，使它获得了对应用学科(特别是边缘科学和交叉科学)的极强适应力，并很快成为应用学科计算机辅助分析设计

8、、仿真、教学研必备的基本工具。MATLAB有许多工具箱MATLAB处理功能以及与硬件实时交互功能;后者专业性较强，如控制工具箱(Control Toolbox(NeuralNetworkToolbox)(SignalProcessing Toolbox)等，使MATLAB在线性代数、矩阵分析、数值计算及优化， 数理统计和随机信号分析、电路及系统、系统动力学、信号和图象处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统、财政金融等众多专业领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。在MATLAB中，Simulink是一个比较特别的工具箱，它具有两个显著的功能:Simu(仿真)与Link(

9、链接)，是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程及可视化等特点，可大大提高系统仿真的效率和可靠性;同时，进一步扩展了MATLAB的功能，可实现多工作环境间连续和离散混合系统，而且系统可以是多进程的。Simulink提供了友好的图形用户界面(GUI )，模型由模块组成的框图来表Simulink用户提供了多种多样的功能模块，其中有连续系统(Continuous )、离散系统(Discrete)、非线性系统(Nonlinear)等几类基本系统构成的模块，以及连接、(Sources)和接受模块(Sinks)输入源模块(如正弦波(SineWave)(Scope)

10、SVPWM 的控制算法一般来说，SVPWM的控制方案分为三个部分，即三相电压的区间分配、矢量合成的最佳序列选择和控制算法。电压的区间分配直接影响到具体的控制算法， 矢量合成序列选择的不同则关系到开关损耗和谐波分量。在前一章中，详细地分析了SVPWM技术的基本调制算法。从中我们可知要实现SVPWM信号的实时调制，首先需要知道参考电压矢量Uref所在的区间位置，然后利用所在的扇区的相邻两电压矢量和适当的零矢量来合成参考电压矢量。所以SVPWM算法的基本步骤为:1、判断Uref所在的扇区;2、计算相邻两开关电压矢量作用的时间;3、根据开关电压矢量作用时间合成为三相PWM信号;图1-1是在 坐标系中描

11、述的电压空间矢量图，电压矢量调制的控制指令是矢量控制系统给出的矢量信号Uref，它以某一角频率 在空间逆时针旋转，当它旋转到矢量图的某个60 0扇区中时，系统选中该区间的所需的基本电压间旋转3600后，逆变器就能输出一个周期的正弦波电压。在高性能的交流调速 参考电压矢量的 分量U 和U 通过闭环控制器的输出很容易获得；开环控制系统中，将期望输出的电压映射到 坐标系中就可以获得这两个分量。这两个分量在扇区I中与参考电压矢量Uref的关系如图1-2所示。获得这两个分量后，空间电压矢量调制就可以比较容易的实现了。图1-2：参考电压的合成与分解图1-2：参考电压的合成与分解本章讨论的SVPWM控制算法

12、是针对于连续开关调制模式SVPWM的，将参考电压矢量U的二维静止坐标系 轴和 轴的分量U和U以及PWM周期(即采样周ref期) T 作为输入，具体的实现方法在下面的章节中有详细地讲述。s参考电压矢量ref所处扇区 N 的判断空间矢量调制的第一步是判断由U和U所决定的空间电压矢量所处的扇区通常的判断方法是:根据U和U计算出电压矢量的幅值再结合U和U的正负进行判断，这种方法的缺点很明显，含有非线性函数，计算复杂，特别在实际系统中更不容易实现。以下将阐述一种简单有效的判断方法。通过分析U 和U 的关系来判断参考电压矢量U ref 所处的扇区的。参考图1.1可以看出：U 1 U0若且且ref（1-1）

13、 0UU3U2refref，则Uref处于扇区中。实际进一步结合矢量图几U 2 U 2 U 23（1-2）U 02 U 1 2 U 0其它扇区的判断可按同样的方法依此类推，得到:当U 0，且132UU 0，则U位于扇区；322ref当U 0，且13UU0，则U位于扇区；322ref3当U 0，且U321U0，则U位于扇区；ref当U 0 ，且UU32123210，则ref位于扇区；当U 0 ，且13UU322 0 ，则Uref位于扇区：了计算复杂的非线性函数，对于减化运算和提高系统的响应速度很有实际意义31ref 所在的扇区完全可由U UU，23 U 2U三式与0的关系决定，因此，可定义以下变

14、量：121U ref 1 UUref 2U 1U3223U ref 3U 1U3223（1-3）再定义：若U 0，则A=1，否则A=0ref 1若U 0，则B=1，否则B=0ref 2若U 则C=1，否则C=0ref 3A, B, C之间共有八种组合，但由判断扇区的公式可知A, B, C不会同时为1或同时为0，所以实际的组合是六种，A,B,C且是一一对应的，因此完全可以由A, B, C的组合判断所在的扇区。为区别六种状态，令:S=A+2B+4C(1-4)则S可为1至6六个整数值，正好与六个扇区一一对应，只是在具体数值顺序(1-4)判断出的数值与实际扇区N图1-31至6六个数值为式(1-4)区域

15、内的至六个数为实际扇区号。图1-3：参考电压矢量所在扇区的判断用上述方法判断参考电压矢量U ref 用矢量时注意将计算出的S值与实际扇区号N对应即可。第二章 SVPWM 控制算法分析常规SVPWM模式下，计算T,TXY在按照上述的方法确定了参考电压矢量Uref所在的扇区之后，就需要求出考电压矢量U所在扇区的相邻两电压矢量和相应零矢量的作用时间。在传统refSVPWM数据。实际上，只要充分利用U 和U ，就可以使计算大为简化。分析扇区I矢量关系，如图1-2所示，假设逆变器主电路的直流母线电压为U，采样周期为T ，矢U,U和零矢量的作用时间T ,T 和T 可通过下式计ds46460算：U T4 U

16、 T6 U T0UTrefs（2-1）TTTT046s用, 坐标系描述，则有：2 cos600UTUT T3（2-2）且：d 0 43d 600 6 s（2-3） T T T046s由式（2-2）和（2-3）和解出： 3T4 2 U 3UT/U32 sd（2-4）当UrefTT /U6sdTTTT0s64位于其它扇区中时，同理可求得各矢量作用时间，解各方程后结果如表2-1所示，通过分析这些结果可将进一步简化计算结果： 定义:X T / UsdY (23U/U32sd3Z ( 3 U2U/U32sd3(2-5)对于不同扇区，相邻两电压矢量分别作用的时间TXT （其中TY对应最先的作用时间，如扇区

17、中的TX表示T T4表示T6）可按表2-1取值。扇T扇T区4 2U3UT/23 sdT6 T / UsdTTTT0s64扇T区2(32U32/UST4(32U32/UsTd0TTTs24扇T 2s/Ud区T3 (3 U232/UsTd0TTTs23扇T 1T /Usd区T3(3 U232S/UdT T T T0s13扇区T (132UU32/UsdTT5 2 U 2 U Ts / U d33T T T T0s15扇区T4(32UU/U32sdT5T /UTTTTsd0s45表2-2 T, T 的赋值表X扇区号YT-ZZX-X-YYX扇区号YT-ZZX-X-YYXTXY-YZ-Z-XYcm1cm

18、2cm3通过上述方法得到TX, T 后，定义：YT T T ) / 4sXYTTT/2axTTT/2（2-6）by则在不同的扇区内A，B，C三相对应的开关时间T,T,T根据表2-3进cm1cm2cm3行赋值。扇区号Tcm1TTTT扇区号Tcm1TTTTTTabccbaTcm2TTTTTTbaabccTcm3TTTTTTccbaab第三章 SVPWMSIMULINK3.1SVPWM 控制算法原理图在MATLAB的SIMULINK环境下，非常容易实现上节所述的SVPWM控制算法。实现SVPWM算法的各个子系统框图如下所示:1、要实现 SVPWM控制算法，首先要将三相 A-B-C平面坐标系中的相电压

19、U,U ,U转换到 平面坐标系中的U,U。通过3s/2s变换，可将abcU,U ,U转换成U,U。SIMULINK中，非常容易实现此转换，其实现框图如abc图3-4所示。图3-1：U a ,Ub ,U c 转换为U ,U 2U和U 的关系判断参考电压矢量Uref所在的扇区Simulink3-2所示。图3-2：判断参考电压是矢量U所处扇Nref3、只需将U和U以及采样周期T 和逆变器直流电压sd简单的算术运算即可得到X, Y, Z，在Simulink中实现此算法的框图如图3-3所示。本文中，取Ud=300v, Ts=0.0002s。图3-3：计算X，Y，Z4根据参考电压矢量U所处的扇区N确定相邻两基本电压矢量的作用时间ref,T根据表2-2进行赋值)。在Simulink中实现该算法的框图如图3-4所示。图3-4：计算T,TXY5、TX, T , T经过简单的算术运算可得到 Ta, T , Tb,然后根据参考电压矢量U ref 所处的扇区N确定A,B,C三相的调制波Tcm1 , Tcm 2 , Tcm3 (根据表2-3进行幅值)在Simulink中实现该算法的框图如图3-5所示。图3-