【文章內(nèi)容簡介】 逆變器的電壓空間矢量只有8個，但現(xiàn)代電力電子器件的開關頻率都比較高，如果我們將已有的8個電壓空間矢量進行線性組合，就可以獲得更多與原有效的6個電壓空間矢量等幅不等相的電壓空間矢量，從而得到盡可能多的多邊形來逼近理想的圓形磁場。，得到了一新的電壓空間矢量，圖中表示在時間內(nèi)電壓空間矢量起作用，且與的幅值相等，分別為和的部分分量，合成矢量為。電壓空間矢量PWM控制就是把原來的6個電壓空間矢量區(qū)間分成若干個小區(qū)間，每個小區(qū)間內(nèi)又有若干個組合的電壓空間矢量按一定規(guī)律作用，從而獲得逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場的多邊形旋轉(zhuǎn)磁場。 電機轉(zhuǎn)速控制交流電機的轉(zhuǎn)速由旋轉(zhuǎn)磁場的速度決定，即定子磁鏈矢量的旋轉(zhuǎn)速度，由前面分析可知，定子繞組電阻壓降一般很小，可忽略不計，則定子磁鏈矢量的變化率與電壓矢量幅值成正比。所以，可通過改變電壓矢量的大小來控制磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，最終達到控制轉(zhuǎn)速的目的。歸納起來，電壓空間矢量PWM控制有如下特點：(1)6個電壓空間矢量扇區(qū)分為若干個小區(qū)間，越小，旋轉(zhuǎn)磁場越接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場，但的最小值要受功率開關器件頻率的制約。(2)雖然小區(qū)間多，但每次切換只涉及一個開關器件，開關損耗小。(3)采用SVPWM控制時，逆變器輸出線電壓基波最大幅值為直流側電壓，相比一般的SPWM逆變器輸出，輸出電壓提高了15%。[12]本章小結本章以矢量控制的簡單介紹引入了當前主流的矢量控制策略，分析了主要兩種控制策略的優(yōu)缺點，根據(jù)畢業(yè)設計任務要求選取了適合的控制策略——SVPWM。之后簡要介紹了SVPWM的控制理論。重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文） 電機控制系統(tǒng)仿真第3章 電機控制系統(tǒng)仿真 Matlab/Simulink仿真環(huán)境Matlab 是世界上使用最為廣泛的科學計算軟件，它提供了良好的人機交互界面，便捷而高效的編程語言，為各個領域的科學工程研究創(chuàng)造了非常實用的環(huán)境。在電機控制研究方面，Matlab 同樣發(fā)揮著巨大的作用，其自帶的 Simulink 包含了很多種類的電機模型，允許用戶將控制語言轉(zhuǎn)化為類似流程圖的模塊，大大增加了可讀性。而且可以在沒有硬件環(huán)境的條件下，從仿真層面驗證控制算法的正確性。更為可貴的是，Matlab/Simulink 不僅僅能用來仿真，更能直接生成 C 語言代碼，與單片機編程語言完全兼容。這是一個明顯的優(yōu)勢，省去了編寫代碼的麻煩，而且減少了出錯的風險，提高了效率。只需寫好單片機底層設置函數(shù)，再與Matlab/Simulink 生成代碼鏈接，就能直接將程序下載進單片機，十分方便。 Simulink Library包含的電機模型在matlab的Simulink Library中包含了所有可能用到的電機種類，可以根據(jù)仿真的需求進行選擇并設置對應參數(shù)。在對控制系統(tǒng)進行仿真的時候，首先需要選定三相異步電機型號，我所選擇的三相異步電機型號為M112_180_4。 M112_180_4實驗數(shù)據(jù)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，取電機穩(wěn)定運行下的多組參數(shù)平均值確定為仿真電機模型參數(shù)。 仿真電機參數(shù)設置電機參數(shù)選取值定子電阻（Rs）定子漏感（Lls）轉(zhuǎn)子電阻（Rr）轉(zhuǎn)子漏感（Lrs）互感（Lm）電機極對數(shù)（P）2轉(zhuǎn)動慣量（J）完成參數(shù)選取之后選擇Asynchronous MachineSI Units電機模塊作為仿真用電機，并完成參數(shù)設置。 電機模型參數(shù)設置圖 數(shù)據(jù)初始化設置完成數(shù)據(jù)初始化設置及電機參數(shù)配置后，構建三相異步電機SVPWM控制仿真模型，為了方便觀察，矢量控制模塊之外的轉(zhuǎn)速單位均為RPM，為了方便計算矢量控制模塊內(nèi)的轉(zhuǎn)速均為角速度。[13]、[14]本次畢業(yè)設計主要任務在于構建矢量控制的MATLAB仿真模型并自動生成DSP的可執(zhí)行C代碼，最后完成實驗，驗證此種電機控制系統(tǒng)開發(fā)流程的正確性。（Vector Control）。而逆變器驅(qū)動電路則選用現(xiàn)有產(chǎn)品，所以仿真中使用Simulink中自帶的逆變器模型，設置為三橋臂、IGBT并聯(lián)二極管形式的逆變器模型即可。（Vector Control） 速度控制模塊速度控制模塊（speed controller），圖中Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)，其作用是根據(jù)給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)，獲得電機輸出轉(zhuǎn)矩的給定量，并且給定轉(zhuǎn)矩通過Saturation模塊進行了限幅，確保了輸出轉(zhuǎn)矩在安全范圍之內(nèi)，在電機啟動時不會有太大的沖擊電流。 controller模塊 DQ軸給定電流計算模塊DQ軸給定電流計算模塊（iq* calculation/ id* calculation）中，Q軸給定電流可以根據(jù)電機理論通過激磁電感（Lm）、轉(zhuǎn)子磁通（Lr）、電磁轉(zhuǎn)矩（Te）、電機極對數(shù)P和磁通量（phir）求得： （31）根據(jù)式（31）構建Simulink模塊。* calculation模塊在Q軸給定電流輸出端加了一個限幅模塊，這樣能夠保證電機運轉(zhuǎn)時三相電流均在安全范圍內(nèi)，能夠更有效的保護硬件電路以及延長使用壽命。，波形從上到下依次為三相電流、轉(zhuǎn)速、輸出電磁轉(zhuǎn)矩、電機AB相電壓。 Q軸電流限幅電機輸出波形 Q軸電流未限幅電機輸出波形根據(jù)兩組波形對比可知未加限幅模塊，電機能夠更快的達到給定轉(zhuǎn)速，但是超調(diào)量高于加了限幅模塊的模型，同時未加限幅模塊三相電流在仿真過程中幅值最大超過1000A，所以限幅模塊在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是必要的。D軸給定電流可以根據(jù)電機理論知識通過激磁電感（Lm）和給定磁通量（phir*）求得： （32）其中給定磁通量（phir*）常根據(jù)自身搭建模型和需求估算給定，此處給定為。* calculation模塊 磁鏈觀察模塊磁鏈觀察模塊（Theta calculationamp。 Flux calculation）， calculation和 Flux calculation兩個部分。其中Flux calculation模塊通過abc to dq0模塊變換所得的D軸電流可以求得此時電機的磁通量（Phir）。其計算公式根據(jù)電機理論知識可知為： （33）其中Tr為電機時間常數(shù)： （34）： calculation模塊abc to dq0模塊為Simulink庫中自帶模塊，其內(nèi)部結構由Clarke變換模塊和Park變換模塊連接構成。 to dq0模塊Theta calculation模塊通過Q軸電流和Flux calculation模塊計算所得的磁通（Phir）可以計算出同步角速度以及磁鏈位置角（Theta）。根據(jù)電機學原理可由式（35）求出轉(zhuǎn)子角速度，并且由式（36）求出磁場角速度，之后對磁場角速度積分即可求出磁鏈位置角。 （35） （36） （37）所以根據(jù)式(35）~（37）。 calculation模型 電流控制模塊電流控制模塊（CurrentControl）包括兩個部分，首先根據(jù)矢量控制中的電流前饋解耦控制獲得D軸給定電壓Ud*和Q軸給定電壓Uq*，如式（38）和（39）所示，之后通過Clarke變換得到（Ualpha）和（Ubeta）。 （38） （39）根據(jù)前饋解耦框圖和Clarke變換構建完整的電流控制器模型。 Control模塊。 decouple模塊 電壓空間矢量控制模塊整個電壓空間矢量控制模塊（SVPWM）是結合了Simulink中SVPWM模塊和電機控制理論中SVPWM的理論知識構建的，包含了四個部分，分別為Determine reference vector (U*)模塊，其功能是確定（Ualpha）和（Ubeta）合成電壓的模以及夾角；Determine the sector of U*based on alpha (rad). Also, determine if the sector number is odd模塊，其功能是確定合成電壓所在的扇區(qū)并判斷所在扇區(qū)的奇偶；Compute time duration of switching states (Ta,Tb,To)Ta、Tb、To時間確定模塊；查表生成PWM波模塊。 SVPWM模塊（1）Determinereference vector (U*)模塊此模塊功能是將（Ualpha）和（Ubeta）的合成電壓取模，并對其進行標幺化，基準電壓為直流電壓源電壓，同時計算兩個電壓向量之間的夾角，由此確定輸出電壓所應處的扇區(qū)。 vector (U*)模塊，MATLAB自帶模型中的校正量為pi/2，此補償下存在的問題在于電機無法工作在高轉(zhuǎn)速狀態(tài)。 MATLAB自帶模型補償量，在MATLAB自帶模塊pi/2的補償量下電機轉(zhuǎn)速無論是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)都無法達到較高轉(zhuǎn)速要求，只能達到177。4000RPM左右的轉(zhuǎn)速，所以這不是最優(yōu)的補償量。通過嘗試獲得了補償量為pi/6，但是在pi/6補償量下電機反轉(zhuǎn)時在轉(zhuǎn)速達到4000RPM左右時，系統(tǒng)開始震蕩。所以補償量為pi/2依然不合理，所以通過分析補償量為pi/2和pi/6兩種情況下的波形，并經(jīng)過不同補償量的仿真，得出了兩種較為合理的給定方案，方案一：反饋轉(zhuǎn)速為正時補償量設為pi/6，反饋轉(zhuǎn)速為負時補償量設為2*pi/3；方案二：增加滯環(huán)比較器判定補償量，當給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速之差大于滯環(huán)比較值（50RPM）時補償量設為pi/6，給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速之差小于滯環(huán)比較值（50RPM）時補償量設為2*pi/3。~，方案一在電機到達穩(wěn)定運行階段時，三相電流和輸出電磁轉(zhuǎn)矩十分穩(wěn)定，但是轉(zhuǎn)速的超調(diào)量較明顯；方案二中到達穩(wěn)定狀態(tài)時，因為滯環(huán)比較器的存在，所以轉(zhuǎn)速超調(diào)范圍在177。50RPM之間波動，但是由于轉(zhuǎn)速的波動，使得輸出轉(zhuǎn)矩和三相電流跟著波動，且波動量較大，不利于電機的穩(wěn)定運行。最終選擇方案一，即給定轉(zhuǎn)速為正時補償量設為pi/6，給定轉(zhuǎn)速為負時補償量設為2*pi/3。（2）Determine the sector of U*based on alpha (rad). Also, determineif the sector number is odd模塊此模塊功能是確定合成輸出電壓經(jīng)過相位補償后的相位角所在的扇區(qū)，其方法是通過查找表確定輸出電壓所在扇區(qū)，并通過mod模塊判斷出輸出電壓的所在扇區(qū)的奇偶。（3）Compute time duration ofswitching states (Ta,Tb,To)模塊根據(jù)電機矢量控制理論，SVPWM生成PWM波形是分為了七段進行控制的，每一段控制時間均是基于Ta（Ualpha持續(xù)時間）、Tb（Ubeta持續(xù)時間）、To（0向量電壓持續(xù)時間）的，以扇區(qū)1內(nèi)SVP