【正文】 只 涉 及 一 個 器 件 ， 所 以 開 關(guān) 損 耗 小 。 2.利 用 電 壓 空 間 矢 量 直 接 生 成 三 相 PWM 波 ， 計 算 簡 單 。 變 器 輸 出 線 電 壓 基 波最 大 值 為 直 流 側(cè) 電 壓 ， 比 一 般 的 SPWM 逆 變 器 輸 出 電 壓 高 15% 第四章 SVPWM 仿真及結(jié)果分析 MATLAB 動態(tài)仿真工具 SIMULINK 簡介隨著控制理論和控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對控制效果的要求越來越高，控制算法也越來越復(fù)雜，因而控制器的設(shè)計也越來越困難。于是自然地出現(xiàn)了控制系統(tǒng)地計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)。近30年來，控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平，出現(xiàn)了很多的計算機(jī)輔助設(shè)計語言和應(yīng)用軟件。目前，MATLAB (Matrix Laboratory)是當(dāng)今國際上最流行的控制系統(tǒng)輔助設(shè)計的語言和軟件工具。MATLAB是由Math Works公司開發(fā)的一種主要用于數(shù)值計算及可視化圖形處理的高科技計算語言。它將數(shù)值分析、矩陣計算、圖形處理和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個極易使用的交互式環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的多科學(xué)提供了一種高效率的編程工具，集科學(xué)計算、自動控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖象處理等于一體。湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文32 MATLAB具有三大特點: 功能強(qiáng)大:包括數(shù)值計算和符號計算，計算結(jié)果和編程可視化，數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理，離線和在線皆可處理； 界面友好，語言自然：MATLAB以復(fù)數(shù)矩陣為計算單元，指令表達(dá)與標(biāo)準(zhǔn)教科書的數(shù)學(xué)表達(dá)式相近； 開放性強(qiáng)：MATLAB有很好的可擴(kuò)充性，可以把它當(dāng)作一種更高級的語言去使用，可容易地編寫各種通用或?qū)Ｓ脩?yīng)用程序； 正是由于MATLAB的這些特點，使它獲得了對應(yīng)用學(xué)科 (特別是邊緣科學(xué)和交叉科學(xué))的極強(qiáng)適應(yīng)力，并很快成為應(yīng)用學(xué)科計算機(jī)輔助分析設(shè)計、仿真、教學(xué)乃至科技文字處理不可缺少的基礎(chǔ)軟件，成為歐美高等院校、科研機(jī)構(gòu)教學(xué)與科研必備的基本工具。 MATLAB有許多工具箱(Toolbox) ，這些工具箱大致分為兩類 :功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。前者主要用來擴(kuò)充MATLAB的符號計算功能、圖視建模功能和文字處理功能以及與硬件實時交互功能。后者專業(yè)性較強(qiáng)，如控制工具箱 (Control Toolbox)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱(Neural Network Toolbox)、信號處理工具箱((Signal Processing Toolbox)等，使MATLAB在線性代數(shù)、矩陣分析、數(shù)值計算及優(yōu)化，數(shù)理統(tǒng)計和隨機(jī)信號分析、電路及系統(tǒng)、系統(tǒng)動力學(xué)、信號和圖象處理、控制理論分析和系統(tǒng)設(shè)計、過程控制、建模和仿真、通信系統(tǒng)、財政金融等眾多專業(yè)領(lǐng)域的理論研究和工程設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。 在MATLAB中，Simulink是一個比較特別的工具箱，它具有兩個顯著的功能:Simu(仿真 )與Link(鏈接) ，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的一個集成環(huán)境。具有模塊化、可重載、可封裝、面向結(jié)構(gòu)圖編程及可視化等特點，可大大提高系統(tǒng)仿真的效率和可靠性；同時，進(jìn)一步擴(kuò)展了MATLAB的功能，可實現(xiàn)多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。 Simulink提供了友好的圖形用戶界面 (GUI )，模型由模塊組成的框圖來表示，用戶湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文33建模通過簡單的單擊和拖動鼠標(biāo)的動作就能完成。Simulink的模塊庫為用戶提供了多種多樣的功能模塊，其中有連續(xù)系統(tǒng)(Continuous )、離散系統(tǒng) (Discrete)、非線性系統(tǒng)(Nonlinear)等幾類基本系統(tǒng)構(gòu)成的模塊，以及連接、運(yùn)算模塊。而輸入源模塊(Sources)和接受模塊(Sinks)則為模型仿真提供了信號源和結(jié)果輸出設(shè)備。模型建立后，可以直接對它進(jìn)行仿真分析?？梢赃x擇合適的輸入源模塊(如正弦波((Sine Wave) )作信號輸入，用適當(dāng)?shù)慕邮漳K(如示波器(Scope) )觀察系統(tǒng)響應(yīng)、分析系統(tǒng)特性、仿真結(jié)果輸出到接收模塊上。如果仿真結(jié)果不符合要求，則可以修改系統(tǒng)模型的參數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行仿真分析。 [15] SVPWM 的 SIMULINK 實現(xiàn)在MATLAB的SIMULINK環(huán)境下，非常容易實現(xiàn)上節(jié)所述的 SVPWM控制算法。實現(xiàn)SVPWM算法的各個子系統(tǒng)框圖如下所示：要實現(xiàn)SVPWM 控制算法，首先要將三相 ABC平面坐標(biāo)系中的相電壓轉(zhuǎn)換到 平面坐標(biāo)系中的 。通過3s/2s變換，可將 轉(zhuǎn)換cbaU,?????U, cbaU,成 。在 SIMULINK中，非常容易實現(xiàn)此轉(zhuǎn)換，其實現(xiàn)框圖如圖34所示。??,圖34： 轉(zhuǎn)換為cbaU,??,根據(jù) 和 的關(guān)系判斷參考電壓矢量 所在的扇區(qū)N，只需經(jīng)過簡單的加?U? ref減及邏輯運(yùn)算即可確定其所在的扇區(qū)。在Simulink中實現(xiàn)此判斷的框圖如圖35所示。湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文34圖35：判斷參考電壓是矢量 所處扇區(qū)NrefU只需將 和 以及采樣周期 和逆變器直流電壓 作為輸入，經(jīng)過?U?sTd簡單的算術(shù)運(yùn)算即可得到X, Y, Z，在Simulink中實現(xiàn)此算法的框圖如圖36所示。本文中，取 =300v, =。ds圖36：計算X，Y，Z湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文35根據(jù)參考電壓矢量 所處的扇區(qū)N確定相鄰兩基本電壓矢量的作用時間refU〔根據(jù)表32進(jìn)行賦值 )。在Simulink中實現(xiàn)該算法的框圖如圖37所示。YXT,圖37：計算 YXT, 經(jīng)過簡單的算術(shù)運(yùn)算可得到 ,然后根據(jù)參考電壓矢量 所sYXT, cba, refU處的扇區(qū)N確定A,B,C三相的調(diào)制波 (根據(jù)表33進(jìn)行幅值)在Simulink中實321,cmcT現(xiàn)該算法的框圖如圖38所示。湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文36圖 38：計算 和cbaT,321,cm圖39給出了在Simulink中實現(xiàn)逆變器和PWM的框圖。此時，將三相逆變器的六個功率開關(guān)器件看作為六個理想開關(guān)器件。調(diào)制波 ，載波是周期為 、321,cmcTsT高度為 /2的三角波。最后得到信號波輸入到三相逆變器的控制端，來控制逆變器開sT關(guān)的關(guān)斷。圖39：逆變器和PWM實現(xiàn)湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文37以上給出了在Simulink中實現(xiàn)SVPWM控制算法的各個子系統(tǒng)的框圖，而圖310給出了封裝后的SVPWM波的整個仿真框圖。給定PWM周期(即采樣周期) 和母線直流電壓 ，sTdU參考電壓矢量 在A, B, C軸系下的分量由三相對稱正弦電壓( )提供，逆refU cba,變器的輸出電壓為實時產(chǎn)生的SVPWM波形。圖310 封裝后的SVPWM波的框圖 仿真結(jié)果及其波形分析電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)是用一定頻率( )和幅值( )的等效時間三sT/12/s角波去調(diào)制3個輸入時間 。321,cmcT由SVPWM的基本調(diào)制原理可知，SVPWM脈寬調(diào)制最大的線性調(diào)制范圍為如圖41所示的內(nèi)切圓OM，即在內(nèi)切圓OM內(nèi)的電壓空間矢量脈寬調(diào)制都是線性調(diào)制。從仿真圖可觀測不同的輸入情況下，調(diào)制信號 和輸出線電壓的波形及關(guān)系。cmXT湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文38圖41：SVPWM線性調(diào)制范圍設(shè)定以下參數(shù)：三相交流電壓 Ua,Ub,Uc頻率為 ，幅值為173v，相位分別相差?60；采樣周期T=；直流電源電壓為300v；，幅值012。仿真結(jié)果如下： 圖42：逆變器輸出的線電壓 abu湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文39圖43：濾波后逆變器輸出的線電壓 abu圖44： 波形1cmT湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文40圖45：扇區(qū)N （通過參考文獻(xiàn)[13]可以得出），由仿真圖可以看出SVPWM較SPWM方式直流電壓利用率可以提高約15%。通過仿真得到在一個采樣周期 里輸出線電壓的 SVPWM波形 以及濾波后的線電壓波形 如圖42和圖43所示，sTabuabu可以看出線電壓的峰值為300v；調(diào)制波 和扇區(qū)N的波形分別為圖44和圖45。從仿1cmT真波形中可以看出:調(diào)制波 是馬鞍形。扇區(qū)N的變化是5612345(表明參考電壓1cm矢量 是以逆時針的方向沿著磁鏈圓的軌跡旋轉(zhuǎn))。這些都與第三章的理論分析完全refU一致。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文41第五章 結(jié)束語 由于傳統(tǒng)的SPWM控制技術(shù)不能充分地利用逆變器直流側(cè)的直流電壓 ，即其直dU流利用率不高。并且傳統(tǒng)的SPWM 控制技術(shù)只適合與模擬電路的實現(xiàn)，無法滿足現(xiàn)代電力電子技術(shù)數(shù)字化的發(fā)展趨勢。而由外國學(xué)者提出的SVPWM控制技術(shù)是基于磁鏈追蹤的思想，其物理概念清晰，控制方法簡單，易于數(shù)字化實現(xiàn)；直流利用率高，比傳統(tǒng)的SPWM控制技術(shù)提高了約15%；并且當(dāng)SVPWM控制技術(shù)應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中時，輸出電流的諧波少，電機(jī)脈動轉(zhuǎn)矩小。故目前SVPWM控制技術(shù)有取代傳統(tǒng)SPWM控制技術(shù)的趨勢。通過對仿真結(jié)果的分析可以得到以下結(jié)論(1) 相同的直流母線電壓 下, 采用SVPWM 方式比傳統(tǒng)的SPWM方式直流電壓利dV用率提高約15%, 能更好的利用電源電壓。(2) 實際系統(tǒng)中，為了能夠確保能夠充分利用直流電壓，必須要合理的選擇線性調(diào)制范圍。 (3) 中SIMULINK 環(huán)境很容易對 SVPWM算法進(jìn)行仿真，這為SVPWM技術(shù)應(yīng)用到電動機(jī)方面開辟了廣闊的前景。 由于時間關(guān)系，本文研究的SVPWM控制技術(shù)還有相當(dāng)多的問題值得研究，進(jìn)一步工作設(shè)想如下： (1) 本課題做的是仿真，在硬件上沒有深入的研究，硬件的研究是以后進(jìn)一步研究的方向。(2)，對于過調(diào)制情況沒有加以討論，還有在開關(guān)頻率下引起的電壓諧波沒有進(jìn)行詳細(xì)分析，希望以后有機(jī)會能在工作實踐把這些問題一一解決。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文42致 謝在此論文完成時，我首先要特別感謝我的老師李新君，李老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實的工作作風(fēng)和樸實的人生風(fēng)格，一直都在熏陶著我，在這一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計中他給予我很大的幫助。我為能遇到這樣一位好老師而深感慶幸。在李老師的精心指導(dǎo)下，使我從論文的選題，設(shè)計過程，到最后的撰寫，順利地完成了論文，更培養(yǎng)了我開展科研的能力。在整個設(shè)計過程中，老師給了我很多寶貴的意見和方法，并指導(dǎo)我怎么進(jìn)行一個課題的研究。對擔(dān)任我這一組、參加評審工作和答辯的全體老師表示誠摯的謝意。在這四年大學(xué)學(xué)習(xí)生涯中，還得到了很多老師和同學(xué)的幫助，在此表示感謝。特別感謝我的父母和親人，感謝他們多年來在精神和物質(zhì)上對我的支持和鼓勵，使我不斷克服困難前進(jìn)。湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文43參考文獻(xiàn)[1] 陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng)[M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2022：147217[2] 嚴(yán) 杰 ， 阮 毅 ， 徐 靜 ．基 于 DSP 的 SVPWM 研 究 [J]． 電 氣 傳 動 自 動 化 ， 2022[3] 胡壽松．自動控制原理（4 版）[M] ．北京：科學(xué)出版社， 2022：7882，224 [4] 竺 偉 ， 陳伯時．高壓變頻調(diào)速技術(shù)[J]．電工技術(shù)雜志，1999，5（3）：2628[5] 錢明華．矢量控制技術(shù)[J] ．電氣牽引，2022，01：69[6] 王成元，夏加寬，楊俊友，孫宜標(biāo)。電機(jī)現(xiàn)代控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：8591[7] 張武榮．異步電機(jī)矢量控制研究[M] ．沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2022，01：110[8]楊玉杰，汪仁先．基于 MATLAB 的 SVPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)的 仿真[M]．鞍山鋼鐵學(xué)院學(xué)報，第25 卷第 4 期 [9] 姚俊. 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