【《开环SVPWM模块搭建分析案例》2600字】

开环SVPWM模块搭建分析案例基于整个控制系统的复杂性和整体性，确保闭环系统中空间矢量调制模块的正确运行，采用先搭建开环的SVPWM模块，以解耦后的电压作为输入，调制后生成的6路PWM波作为输出，观察控制流程中输入经过各子模块处理后的波形是否形成马鞍波，根据三角载波整定原则选取载波参数，由开环仿真结果是否形成等效正弦波的PWM方波来验证理论可行性。SVPWM的控制流程框图如下：图3-1SVPWM流程框图根据流程图，使用MATLAB2020b的Simulink工具搭建模型：图3-2SVPWM仿真模型1.1扇区划分原理根据三相逆变器原理，六个开关，三个桥臂产生八种状态。全部断开和全部闭合生成零矢量，剩下6个非零矢量构成6个扇区。单个扇形块排列相邻非零矢量和零矢量，按照伏秒平衡的原则来组成每个扇形块内部结构。即保证一个开关周期内，稳定状态下的电流增量与电流减少量完全一致，以此得到相邻两个矢量的作用时间计算表达式。逆变电路图简化如图3-3：图3-3x两电平三相逆变器电路这里交流测相电压VAN、VBN、VCN和开关sa、V（3-1）其中：Udc定义桥臂A、B、C分别存在0、1两个逻辑值，设0为上桥臂断开，1为上桥臂导通。则三个桥臂的两种状态总共产生八种组合，这八种组合对应复平面合成电压的8个矢量，对应的电压关系汇总表格如下：表3-1开关组合与电压关系sssVVVVVV0000000000010−U−−2010−U0−2−011−0U−11100U0−2−−101U−01−11100U−11−111000000由汇总表格可以看出，这8种电路开关组合的实际有效矢量为6个。将这8种组合的基本矢量绘制在复平面，作为零矢量的U0（000）和U7（111）位于原点，其余6个非零矢量两两组合，将复平面分成六个扇形块。图3-4扇区划分图功率半导体元件MOS管或lIGBTl作为逆变器各开关，在控制6个矢量过程中会造成元件温度上升REF_Ref3142279\r\h[36]。为了提高功率，减小发热量，每次操作矢量旋转至新的扇形块只能改变单一电桥状态。在使用Simulink建模时，开环SVPWM控制的输入uα、uβ为相位差图3-5开环信号源参数设置 为了便于观察和计算，开环SVPWM模块的输入信号幅值为1，偏差设为0。1.2扇区判断模块搭建参考公式2-27~公式2-30，若实现SVPWM信号实时调制，首先要知道参考电压矢量的相对于坐标轴的旋转角度，观察所在扇形块的相邻两电压矢量来合成所需矢量，其中可以补充两个零矢量作为停顿和转向，扇区判断的方法如下REF_Ref3142279\r\h[37]：用uα和uβ表示参考电压Uref在α、β轴上的分量，定义三个变量Uref1U（3-2）若Uref若Uref若Uref定义参考值N=4C+2B+A，作为扇区判断的参考量，关系表格如下：表3-2扇区判断条件N315462扇区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ Simulink仿真模块布置如下：图3-6扇区判断模块输出位置并联Scope示波器模块，观察波形结果如下图：图3-7扇区判断值N仿真结果由仿真结果可知，参考值lN从3→1→5→4→6→2的顺序循环，与表3-2扇区判断条件的数值相同，表明复平面电压空间矢量Uout1.3矢量作用时间计算单个开关周期Ts内相邻矢量作用时间遵循伏秒平衡原则REF_Ref3142279\r\h[38]，以第Ⅰ扇区为例，T4和T6计算过程如下：T（3-3）T（3-4）U（3-5）其中：u（3-6）引入Udc，得到T4、T（3-7）同理可得到其余扇区计算方法，引入计算作用时间的三个中间量X、Y、Z，令：X（3-8）汇总中间量表格如下：表3-3矢量作用时间判断条件REF_Ref3142279\r\h[39]N123456TZY-Z-XX-YTY-XXZ-Y-ZT(如果出现TsT（3-9）Simulink仿真模块布置如下：图3-8矢量作用时间模块在T4和T6输出位置并联Scope示波器模块，观察波形如下图：图3-9T4、T根据波形图，T4增加时和T6减少，反之1.4矢量切换点参照公式2-27~公式2-30，计算矢量切换点模块将输出马鞍形调制波。定义计算切换点的中间量Ta、Tb和TcREF_Ref3142279\r\h[40]，令：T（3-10）开关时间切换点Tcm1、Tcm表3-4三相电压开关时间变化切换点判断条件N123456TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTSimulink仿真模块布置如下：图3-10矢量切换点模块在Tcm图3-11矢量切换点仿真结果根据波形图，三相电压形成完全对称的马鞍形调制波，三相PMSM电压经过矢量运算已经解耦完毕，矢量作用时间计算模块搭建完成。1.5PWM波生成模块按照2.6章节阐述的思想和计算方法，将三相电压的马鞍形调制波和三角载波进行比较运算，通过观察马鞍波的频率与幅值设计三角载波的各项参数，并保证调制深度mm≤1REF_Ref3142279\r\h[41]，以确保公式2-34始终有效观察图3-11的幅值，三角载波的参数设置如图3-12所示。图3-12三角载波参数设置将鞍形波和三角波并联输入PWM方波生成模块，比较各自波形瞬时幅值大小，按照SPWM的发波原理确定高低电平如何输出，Simulink仿真模块布置如下：图3-13PWM方波生成模块 选取其中一路PWM波输出串联Scope模块，观察波形如下图。图3-14输出单