【正文】 的運動速度。 SVPWM的具體實現(xiàn)方法在實際應用中，應當利用SVPWM自身的特點找到控制規(guī)律，避開復雜的數(shù)學在線運算，從而較為簡單的實現(xiàn)開關控制，本節(jié)將給出實現(xiàn)SVPWM的具體方法。 SVPWM 矢量、扇區(qū)圖通常在矢量控制的系統(tǒng)當中，根據(jù)控制策略，進行適當?shù)淖鴺俗儞Q，可以給出兩相靜止坐標系即（）坐標系電壓空間矢量的分量，這時就可以進行SVPWM的控制，具體要做以下三部分的工作：1. 如何選擇電壓矢量。2. 如何確定每個電壓矢量作用的時間。3. 確定每個電壓矢量的作用順序。 電壓空間矢量的空間位置這里需要引入扇區(qū)的概念，將整個平面分為六個扇區(qū)。，每個扇區(qū)包含兩個基本矢量，落在某個扇區(qū)的電壓空間矢量將由扇區(qū)邊界的兩個基本電壓空間矢量進行合成。在確定扇區(qū)時，引入三個決策變量A,B,C。根據(jù)給出的待合成的空間矢量的兩個分量來決定A,B,C的取值，有以下關系式所在扇區(qū)的位置為。，這樣給定一個空間電壓矢量就可以確定其所在的扇區(qū)。表 44 N 值與扇區(qū)對應關系 電壓空間矢量的合成 扇區(qū)確定之后，就可以利用扇區(qū)邊界上的兩個基本矢量合成所需的矢量，在合成過程中應當使得兩個基本矢量的合成效果接近于期望矢量的效果。于是采用伏秒平衡的原則，Ⅲ扇區(qū)為例，以軸為基準，將兩個基本矢量向軸上投影，應當有軸：軸： 其中，為對應電壓矢量作用的時間，為采樣周期，通常為PWM的調制周期。且。 （）通過上面的方法即可以確定基本矢量的作用時間，當需要合成的矢量位于各個不同的扇區(qū)時都存在如上的運算。通過對每個扇區(qū)基本矢量動作時間的求解不難發(fā)現(xiàn)它們都是一些基本時間的組合。所以給出幾個基本的時間變量X,Y,Z。定義 （）通過計算可以得到在每個扇區(qū)內的基本矢量動作時間，（由于五段和七段式的實現(xiàn)方法不同，所以這里沒有考慮矢量的動作順序，僅按照逆時針方向）。 設每個扇區(qū)的兩個基本矢量動作的時間為。 與的對應關系表扇區(qū) 在實際的應用中當給定的電壓值太大時會出現(xiàn)過調制的情況，即。此情況出現(xiàn)時，還要對上述計算出來的電壓矢量的作用時間進行調整。 （） 即為調整后的動作時間。在一個PWM周期內除了非零電壓矢量的作用，還要有零電壓矢量的作用，零電壓矢量包括。 確定矢量切換點 以零矢量開始，以作為中間矢量，為了實現(xiàn)每次切換只有一個開關動作，就必須人為的改變作用順序。假設零矢量000和零矢量111在一個開關周期中作用時間相同，生成的是對稱PWM波形，再把每個基本空間電壓矢量作用時間一分為二。以第Ⅰ區(qū)間為例，對應的開關狀態(tài)為（010），而對應的開關狀態(tài)為（110）。由于初始狀態(tài)為，所以首先應當動作的為，然后為，然后為零矢量動作，這樣就實現(xiàn)了整個過程中每次只有一個開關動作。 零矢量的動作時間為。 在這里定義： （） 每個扇區(qū)的時間切換點扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥTcm1Tcm2Tcm3 將三角波周期 作為定時周期，與切換點TcmpTcmpTcmp3比較，從而調制出SVPWM波。同理，可以得到其它扇區(qū)的波形圖。 扇區(qū)I內三相PWM波調制方式第5章 直流無刷電機矢量控制系統(tǒng)的設計與仿真 本文在第三章介紹的=0的轉子磁場定向控制和電壓空間矢量脈寬調制技術的基礎上，確定了直流無刷電機控制系統(tǒng)的控制方案并在Matlab／Simulink環(huán)境下搭建系統(tǒng)模型并進行仿真研究。 控制系統(tǒng)的總體設計 直流無刷電機控制系統(tǒng)主要是實現(xiàn)快速、高精度的速度控制，即在極短時間內快速采集獲取電機的實際速度，將其與給定的電機速度進行比較，將轉速差經(jīng)過控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)對電機的精確控制。該控制環(huán)節(jié)包括速度環(huán)和電流環(huán)兩個閉環(huán)系統(tǒng)，電流環(huán)是電機控制系統(tǒng)中的一個非常重要的組成部分，它將采集獲取的實際電流值與給定值進行比較，然后經(jīng)過電流控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)控制，由于轉矩跟電流成正比關系，因此該環(huán)節(jié)對電流巨大變化所產(chǎn)生的轉矩脈動有抑制作用；它在電機控制系統(tǒng)中加快響應速度、提高控制精度、改善系統(tǒng)性能處于關鍵的地位。速度環(huán)能夠增強整個電機控制系統(tǒng)抵抗負載擾動、抑制速度脈動的能力，它也是電機控制系統(tǒng)中非常關鍵的環(huán)節(jié)。根據(jù)第三章介紹的矢量控制、=0的轉子磁場定向控制和電壓空間矢量脈寬調制技術和坐標變換方法，： 基于=0控制的直流無刷電機控制系統(tǒng)原理圖 圖5．1中，為轉速給定值；，n為傳感器采樣獲取的電機實際轉速；為轉速差經(jīng)速度環(huán)后輸出的q軸電流分量；為電流傳感器采樣獲得的電機實際電流經(jīng)坐標變換后所得的q軸電流分量；為給定值，由于采用=0控制，所以其值為零；為電流傳感器所獲得的電機實際電流經(jīng)坐標變換后的d軸電流值。 電機控制系統(tǒng)過程為通過位置傳感器采樣得到電機轉子位置信息，通過邏輯運算得到電機轉速；將實際獲得的電機轉速n與轉速給定值作比較，經(jīng)速度環(huán)得到q軸的電流分量；電流傳感器經(jīng)采集獲得電機的實際三相電流值經(jīng)兩次坐標變換得到,，將這兩個電流值分別子給定值和先前的計算值進行比較，將比較差值經(jīng)電流調節(jié)器得到電壓矢量和。電流調節(jié)器的輸出量經(jīng)Park逆變換后所獲得的電壓值可作為SVPWM調制器的輸入量，由SVPWM調制器生成六路PWM波用來實現(xiàn)對IGBT通斷和作用時間的控制，從而可以有效的實現(xiàn)對電機的控制。 直流無刷電機矢量控制系統(tǒng)建模與仿真 電機模塊和電機參數(shù)測量 電機模塊為Simulink里自帶的永磁同步電機模塊，將輸出波改為方波即可。而采用BUS Selector模塊可選擇測量信號來源。 永磁無刷直流電機 坐標變換模塊 根據(jù)本文第三章坐標變換可以得到以下模型，并對相關模型進行參數(shù)設置：（1）3s/2s變換：F=sqrt(2/3)*(u(1)*u(2)*u(3))F1=sqrt(1/2)*(u(2)u(3)) (2)2s/2r變換：F2=u(1)*u(3)+u(2)*u(4)F3=u(2)*u(3)u(1)*u(4) (3)2r/2s變換：F=u(1)*cos(u(3))u(2)*sin(u(3))F1=u(1)*sin(u(3))+u(2)*cos(u(3)) (a) 3s/2s變換(b)2s/2r變換(c)2r/2s變換 坐標變換模型 SVPWM模塊 該模型按照第四章第三節(jié)所述的SVPWM原理進行搭建，包括扇區(qū)判別子模型,X,Y和Z的計算子模型，時間T1，T模型，矢量切換點子模型，PWM生成子模型。 SVPWM總模型(a) 扇區(qū)選擇模塊（b) 時間X、Y和Z計算模型（c) 時間T1，T2確定模型（d）矢量切換點Tcm1Tcm2Tcm3模塊（e) PWM波生成模塊 SVPWM各子模塊模型 無刷直流電機總體仿真 基于以上各模塊的搭建，在Simulink中搭建直流無刷電機控制系統(tǒng)的整體仿真模塊，：圖 直流無刷電機矢量控制整體仿真圖 仿真結果 通過運行上面的仿真模型，得到的結果波形如下 轉矩波形從轉矩波形中可以得出，在電機啟動時，其最大轉矩約為 ， 轉速波形 圖 ，電機在剛開始啟動時，其轉速為負值，而在實際傳動系統(tǒng)中，電機是不動的，即轉速為 0。其原因在于，該系統(tǒng)的仿真是建立在滿載啟動方式下，在啟動時，電機的驅動電磁轉矩為 0，但此時轉軸上已經(jīng)存在 ，而仿真軟件只能根據(jù)機械運動數(shù)學方程計算轉速，在初始狀態(tài)下，電磁轉矩小于負載轉矩，故轉速波形顯示出來負值，最后在轉速調節(jié)器的作用下，電磁轉矩大于負載轉矩，轉速慢慢回升，向給定值逼近。 三相交流電流波形六 總結與展望 總結 無刷直流電機擁有出力大，調速性能好等優(yōu)點，在當今社會已經(jīng)廣泛被應用，本文將基于轉子磁場定向的矢量控制技術應用于永磁無刷直流電機的驅動控制當中，以解決其因多變量、非線性、強耦合等特性難于控制的問題?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)了永磁無刷直流電機在不同負載下低轉矩紋波、運動平滑、噪音小、效率高的運行效果。本文主要完成了一下工作： 介紹了研究無刷直流電機的背景及意義，講述了它的優(yōu)勢、應用領域等，推導了無刷直流電機的動態(tài)數(shù)學模型，描述了無刷直流電機的工作原理，搭建了無刷直流電機控制仿真模塊。 對矢量控制理論進行了研究，深入研究了坐標變換和 SVPWM 控制，并推導了有關 id=0矢量控制的數(shù)學方程式。設計了無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)，根據(jù)推導建立了無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)的仿真模型。 展望 如前所述，無刷直流電機是一個多變量，強耦合、時變非線性系統(tǒng)。所以相對于普通直流電機調速而言，它的控制系統(tǒng)更加復雜。本文提出了基于勵磁分量電流為零的控制策略，通過坐標變換將電機等效為一臺他勵直流電機，實現(xiàn)解耦控制。 但是在分析控制理論和電機工作原理的時候，有著很多假設條件，所以上述理論結果都是理想條件下的結果。在實際工程中，會存在諧波轉矩，產(chǎn)生轉矩脈動，而且在本文的控制系統(tǒng)中，存在 PI 環(huán)節(jié)，所以，控制系統(tǒng)依然有一些弊病，比如 PI 環(huán)節(jié)對電機參數(shù)敏感等等。 并且本人對Matlab/Simulink軟件屬于零起步，仿真系統(tǒng)運用不是很熟練，在仿真期間遇到很多難題無法解決，在本次設計過后相信會有很大的進步。 而本文的工作均是建立在仿真的基礎之上，并未以實驗的波形給出強有力的說明，以驗證控制器參數(shù)設計的正確性，這是論文最大的不足之處。致謝 通過這幾個月的努力，我的畢業(yè)論文《電動汽車用無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)設計》終于完成了，這意味著我的大學生活即將結束。 在大學階段我在學習上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外與各位老師、同學和朋友的關心、支持和鼓勵是分不開的。 首先我要感謝我的導師陳俊碩老師，在本次畢設的完成過程中我和陳老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告；從實習報告到最后的仿真，陳老師一遍又一遍地指出我的畢設中的具體問題，嚴格把關循循善誘。我感到非常感動。 同時我還要感謝在我學習期間給我極大關心和支持的各位老師以及關心我的同學和朋友。 最后感謝我的家人我永遠的支持者正是在你們殷切目光的注視下我才一步步的完成了求學生涯。沒有你們就不會有今天的我我一直很感謝你們讓我擁有一個如此溫馨的家庭讓我所有的一切都可以在你們這里得到理解與支持得到諒解和分擔。你們的支持和鼓勵是我前進的動力。 做畢業(yè)設計是一次再系統(tǒng)學習的過程，畢業(yè)論文的完成同樣也意味著新的學習生活的開始。我將銘記我曾是一名長大學子并在今后的工作中把長大的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚光大！參考文獻[1] [D]. 西安:西安科技大學圖書館,2007:39. [2] 王成元,夏加寬. 電機現(xiàn)代控制技術[M]. 機械工業(yè)出版社, :296～304. [3] 甄長飛. 矢量控制算法在永磁同步電動機驅動中的應用研究[D]. 重慶：重慶理工大學，2012. [4] 唐任遠. 現(xiàn)代永磁電機理論與設計[M]. 機械工業(yè)出版社, 1997年. [5] 袁登科, 陶生桂. 交流永磁電機變頻調速系統(tǒng)[M]. 機械工業(yè)出版社, 第1版. [6] 楊建飛. 永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)若干關鍵問題研究[D]. 南京:南京航空航天大學,2011. [7] 許大中. 交流電機調速理論[M]. 浙江,浙江大學出版社,1997. [8] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)[M]. 機械工業(yè)出版社, 1998年. [9] 雷波. 永磁同步電機控制策略研究及仿真: [碩士論文]. 武漢: 武漢理工大學圖書館, 2008[10] 張榜英. 永磁同步電機的智能控制方法研究: [碩士論文]. 長沙: 湖南大學圖書館, 2008 共 頁 第 頁