【正文】 友好，語言自然： MATLAB 以復數(shù)矩陣為計算單元，指令表達與標準教科書的數(shù)學表達式相近； 開放性強： MATLAB 有 很好的可擴充性，可以把它當作一種更高級的語言去使用，可容易地編寫各種通用或專用應用程序；正是由于 MATLAB 的這些特。 圖 給出了各扇區(qū)的 PWM 波形，這些波形統(tǒng)統(tǒng)由各扇區(qū)中 Tcm1 、 Tcm2 、安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 25 Tcm3 的計算值再通過與載波進行比較得來。 若 TTT Syx ?? ，則無需修正 ??????????TTTTTTTTs 2102211 （ 418） 矢量作用時間的切換點確定與 PWM 脈沖的生成 選擇具體的調制方案進行矢量調制，在實際系統(tǒng)中應盡量減少開關狀態(tài)變化時引起的開關損耗，因此不同開關狀態(tài)的順序必須遵守下述原則： 每次切換開關狀態(tài)時只切換一個功率開關器件，以滿足最小開關損耗。 令 Vref 與 V1 間的夾角為 ? ，則 根據(jù)正弦定理可得： ???? s in32s in)3s in(OCOBOA ??? (47) 即： ???? s in)3s in (32s in 2211VTVTVT re fs ??? （ 48） 因為 6 個基本空間電壓矢量幅值相等： uVV dc3221 ?? （ 49） 將式 (49)代入 式（ 48），得第 1 扇區(qū)各矢量的作用時間為： ?????????????s in3)3s in (321uTVTTVTdcsre fdcsre fu （ 410） 又知在 ?? 坐標系中： ???????????sinc osVVVVrefref （ 411） 將式（ 411）代入式（ 410）中得： ??????????VuTTVVuTTdcsdcs???3)2123(321 （ 412） TTTT s 210 ??? （ 413） 同理可計算出 Vref 在其他扇區(qū)時所用基本矢量與零矢量的作用時間，其表達式為： 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 21 ???????????????????????????????????????TTTTVVkkkkuTTTkksdcskk`1013)1(c o s3)1(s i n3c o s3s i n3?????? （ 414） 式中， Tk 和 Tk1? 分別為基本矢量 Vk 和 Vk1? 在一個開關周期的 作用時間。 表 41 N 值與扇區(qū)的對應表 N 1 2 3 4 5 6 扇區(qū) Ⅱ Ⅵ Ⅰ Ⅳ Ⅲ Ⅴ 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 19 用上述方法判斷參考電壓矢量 Vref 所在的扇區(qū)極其簡單，只要在具體配 作用矢量時注意將計算出的 S 值與實際扇區(qū)號 N 對應即可。由于參考電壓矢量不停地旋轉，所以在進行基本電壓矢量的合成前應先判斷 Vref 所在的扇區(qū)。 圖 SVPWM 控制算法的框圖 參考電壓所在扇區(qū)的確定 為了消除相間影響，引入空間矢量，即靜止 ?? 坐標。單周控制能在一個周期內自動消除 穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)誤差 ,前一周期的誤差不會帶到下一周期。近年來，這種設計方法受到了國內外的廣泛重視，得到了很快的發(fā)展。 滯環(huán)比較控制 它的原理為：將補償電流參考值與逆變器實際電流輸出值之差輸入到具有滯環(huán)特性的比較器中，通過比較 器的輸出來控制開關動作 ,使逆變器輸出值實時跟蹤補償參考值。該方法的突出優(yōu)點是對電網(wǎng)電壓畸變、頻率偏移及電網(wǎng)參數(shù)變化有較好的自適應調整能力，但目 前其動態(tài)響應速度還較慢。最早是由日本學者 H具有串聯(lián) APF 和并聯(lián) APF 的優(yōu)點 , 能解決電氣系統(tǒng)發(fā)生的電能質量問題 , 又稱為萬能 APF 或統(tǒng)一電能質量調節(jié)器。并聯(lián)型 APF 可產(chǎn)生與負荷電流大小相等、方向相反的諧波電流 , 從而將電源側電流補償為正弦基波電流。本章重點研究電壓空間矢量控制并將其與無差拍控制結合作為電流內環(huán)的控制方法，以提高補償電流跟蹤控制的實時性。 表 21 開關狀態(tài)與相電壓和線電壓的對應關系 將表 21 中的八組相電壓值代入式 (22)，就可以求出這些相電壓的矢量和相位角，這八個矢量就稱為基本電壓矢量，可分別命名為 U0(000)， U1(001)， U2（ 010）， U3(011)， U4(100)， U5(101)， U6(110)， U7(111)，其中 U0， U7 稱為零矢量。 三相逆變器的基本電壓矢量 圖 所示為三相電壓型逆變器結構圖。磁鏈的軌跡是靠電壓空間矢量相加得到的，所以這種方法又叫做“電壓空間矢量調制”，即 SVPWM。 本文主要要完成以下幾項任務： 詳細分析空間電壓矢量脈寬調制 (SVPWM)技術的基本原理。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 6 隨著電力電子技術的發(fā)展，大量由電力電子開關構成的、具有非線性挑特 性的用電設備使電網(wǎng)中的諧波污染狀況日益嚴重。數(shù)字化 PWM 是 PWM 控制技術發(fā)展的主流方向。因此，近些年來電壓矢量脈寬調制技術得到了快速地發(fā)展，在電氣傳動的許多方面得到了廣泛的應用。 80 年代中期，德國學者 H. W. Van Der Broek 等在交流電機調速中提出了磁鏈軌跡控制的思想，在此基礎上進一步發(fā)展產(chǎn)生了電壓空間矢量脈寬調制(SpaceVector PulseWidth Modulation，簡寫為 SVPWM)的概念。隨著電氣傳動系統(tǒng)對其控制性能的要求不斷提高，人們對 PWM 控制技術進行了深入研究：從最初追求電壓波形正弦，到電流波形正弦，再到磁通正弦， PWM 控制技術得到了不斷的創(chuàng)新和完善。 PWM 控制技術在逆變電路中的應用最具代表性。它可以在不增加每臺變流器的開關頻率的條件下，提高整個系統(tǒng)的等效開關頻率。由于微機系統(tǒng)體積的縮小，性能價格比的提高，出現(xiàn)了各種形式的相位預定法，其中較有優(yōu)勢的是以下幾種： 圖 常用 SPWM控制方法的分類 (1)諧波消除法：其思想是控制 PWM 輸出波形中的 各個轉換時刻，保證四分之一波形的對稱，根據(jù)輸出波形的傅立葉級數(shù)展開式，將要消除的諧波幅值以及要控制的基波幅值組成非線性超越方程組，利用數(shù)值方法離線計算出各開關的通斷時刻，達到完全消除預定諧波和控制基波幅值的目的。 PWM 控制技術僅用一組就具有調壓功能和諧波控制能力，由于它具有輸出接近正弦波和輸入功率因數(shù)高的特點，所以無論對于交流調速還是不停電電源 UPS 等都極為難得，它有利于簡化結構，改善性能和提高效率。在此基礎上，建立了 SVPWM 逆變器在有源電力濾波器中的仿真模型。然后詳細分析了電壓空間矢量脈寬調制技術的調制波。 本文首先對脈寬調制技術的發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜述，在此基礎上分析了電 壓空間矢量脈寬調制技術的發(fā)展現(xiàn)狀；接著對空間電壓矢量脈寬調制技術((SVPWM )的基本原理進行了詳細的分析和推導， SVPWM 是基于磁鏈追蹤的思想，它以三相對稱正弦波電壓供電下三相對稱電動機定子理想磁鏈圓為基準，由三相逆變器不同開關模式下所形成的實際磁鏈矢量來追蹤基準磁鏈圓的，在追蹤的過程中，逆變器的開關模式作適當?shù)那袚Q，從而形成 PWM 波 。利用 軟件中的動態(tài)仿真工具 SIMULINK 對改進之后的控制算法進行了動態(tài)仿真，通過仿真分析驗證了改進后控制算法的正確性。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 預定相位法：它的主要特點是離線計算出各開關點的時刻和開關器件的通斷次序，存于計算機的存儲器中，依靠數(shù)字電路或計算機來實現(xiàn)要求的波形。它將若干個逆變橋在輸出端用變壓器藕合在一起，依靠調節(jié)橋與 橋之間的相移角可以控制輸出電壓。目前，其應用都還不多， 但矩陣式變頻電路因其容易實現(xiàn)集成化，可望有良好的發(fā)展前景。 綜上所述，在電氣傳動中，廣泛地應用 PWM 控制技術， PWM 就是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過控制脈沖寬安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 4 度和脈沖列的周期以達到變壓變頻及控制和消除諧波的目的。因此，常規(guī) SPWM 法不能適應高性能全數(shù)字控制的交流伺服驅動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 而隨著智能型高速微控制芯片的發(fā)展、指令周期的縮短、計算功能的增強及存儲容量的增加，使得數(shù)字化 PWM 有了更廣闊的應用前景。 課題研究的意義及主要工作 隨著微機技術的發(fā)展，指令周期的縮短，計算功能的增強，存儲容量的增加，數(shù)字化 PWM 將有更廣闊的前景。正是由于 SVPWM 控制的這些優(yōu)點，使得本課題的研究具有現(xiàn)實意義。利用SimPower 工具箱對有源電力濾波器裝置進行了建模和仿真，能夠將有源電力濾波器的工作過程及有關波形準確直觀地顯示出來，驗證了理論分析的正確性。這就是“磁鏈跟蹤控制”的基本思想。 假設 U? 為相電壓有效值， f 為電源頻率，則有： ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???????????????322c o s2322c o s22c o s2????????tfUtUtfUtUtfUtUAAA （ 21） f?2uA0uB0uC0)(tUABC安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 8 假設單位方向矢量 ?? 32j? ，則電壓空間矢量相加的合成空間矢量 ??tU 就可以表示為： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? eUtUUtUU ftjCBA ???? 22 2t32t ??????? （ 22） 可見 ??tU 是一個旋轉的空間矢量，它的幅值不變，為相電壓峰值；當頻率不變時，以電源角頻率 f2??? 為電氣角速度做恒速同步旋轉，哪一相電壓為最大值時，合成電壓矢量就落在該相的軸線上。式 (23)和 (24)的對應關系可用表 21來表示。電流內環(huán)通常采用滯環(huán)控制、三角波比較控制以及電壓空間矢量控制等方法。由于與系統(tǒng)并聯(lián) , 可等效為一受控電流源。 圖 串聯(lián)型有源濾波器結構圖 （ 3）串 — 并聯(lián) APF 圖 為串 并聯(lián)型 APF 基本結構。 瞬時空間矢量法 基于瞬時無功功率理 論的瞬時空間矢量法是目前三相電力有源濾波器中應用最廣的一種指令電流運算方法。 自適應檢測法 該方法基于自適應濾波中的自適應干擾抵消原理，從負載電流中消去基波有功分量，從而得到所需的補償電流指令值。其優(yōu)點是動態(tài)響應好，開關頻率固定 ,實現(xiàn)簡單，缺點是輸出波形中含有與三角載波相同頻率的高頻畸變分量，開關損耗較大 ,在大功率應用中受到限制。它具有一些優(yōu)良特性，尤其是對加給系統(tǒng)的攝動和干擾有良好的自適應性。其基本思想是控制開關占空比，在每個周期內強迫開關變量平均值與控制參考量相等或成比例。 SVPWM 控制的具體算法如圖 所示，它包括參考電壓所在扇區(qū)的確定、相鄰兩個基本矢量作用時間的計算、矢量作用時間的切換點確定以及與載波比較生成 PWM 脈沖。參考電壓矢量是由所在扇區(qū)兩邊的基本電壓矢量和零矢量合成的。 N值與扇區(qū)對應關系如表 41。 如圖 中， Vref 在 I 扇區(qū)，將第一扇區(qū)單獨畫出如下圖： 圖 則 Vref 可以表示為： VTTVTTV ssr e f 2211 ?? （ 45） TTTT s 021 ??? （ 46） 式中， Ts 為 PWM 開關周期， T1 和 T2 分別為 V1 和 V2 在一個 PWM 開關周???TTs1TTs2V1V2? ?1001V? ?1102VVrefo安徽工