【正文】 示，其基本矢量切換點(diǎn) 、 、 的計(jì)算公式如下：Tabc （419 ）???????24)(12TbcastUU0U1U2U7U7U2U 1 U0圖 扇區(qū)Ⅰ內(nèi)的 SVPWM 調(diào)制波形示意圖安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 22 圖 第一扇區(qū)的三相調(diào)制波形 圖中包括三角載波和三相輸出電壓波形及該扇區(qū)的電壓空間矢量序列，設(shè)、 、 分別為、與三角波進(jìn)行比較以產(chǎn)生 P WM 波形的三個比較值，Tcm1c2cm3先假定三角載波幅值和周期相等，要保證各矢量持續(xù)的時間，應(yīng)如下計(jì)算比較值： （420）???????24)()(321 TTyxyxscmyxscm其中， 、 為兩個非零矢量的作用時間， 、 在不同扇區(qū)中對應(yīng)不同矢Txy xy量的作用時間，具體對應(yīng)哪個矢量可由各扇區(qū)矢量順序確定。無論在哪一個扇區(qū)， 都對應(yīng)最先作用的非零矢量時間(如扇區(qū) I 中 等于 )， 則為另一個x Tx1y非零矢量的作用時間(如扇區(qū) I 中 等于 )。在一個載波周期中，三個比較值Ty2具體分配給哪一相可由各扇區(qū) PWM 波形確定， 應(yīng)分配給輸出占空比最大cm1的相， 分配給占空比最小的相。Tcm3根據(jù)上述分析以及連續(xù)開關(guān)調(diào)制模式下各扇區(qū)的 PWM 波形可得出以下結(jié)論：定義： （421） ???????24)(Tybcxays則在不同的扇區(qū)內(nèi) A, B, C 三相對應(yīng)的開關(guān)時間可用 、 、 ，根據(jù)表Tcm1c2cm3安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 23 43 進(jìn)行賦值。表 43 切換點(diǎn) 、 、 的賦值表Tcm1c2cm3扇區(qū)號Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵcm1abTccTbaT2baabcccm3ccbaab其他扇區(qū)的開關(guān)切換順序和切換點(diǎn)，如表 44 所示：表 44 各扇區(qū)的開關(guān)切換順序和切換點(diǎn)扇區(qū) 開關(guān)切換順序 切換點(diǎn)Ⅰ V01272V10 TabcⅡ 330 Ⅲ V3474V30 TcabⅣ 547450 cbaⅤ V5676V50 TbcaⅥ 011 ab通過各開關(guān)的切換，可以得到所希望的 PWM 波形。但一切皆是自動進(jìn)行無需人為干涉，只需做好 的賦值工作即可。Tabc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 、 、Tcm1c2安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 24 的計(jì)算值再通過與載波進(jìn)行比較得來。Tcm3ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ圖 參考電壓矢量 在各個扇區(qū)中的 SVPWM 波形Vref至此，SVPWM 技術(shù)的理論方面的工作基本結(jié)束，總結(jié)包括：（1） 、參考電壓矢量 所在扇區(qū)的確立；ref（2） 、相鄰兩個基本向量作用時間的計(jì)算；（3） 、飽和情況下相鄰兩個基本向量作用時間的計(jì)算；（4） 、矢量作用時間的切換點(diǎn)確定與 PWM 脈沖的生成。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 25 第五章 SVPWM 控制算法仿真5. 1 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(jì)也越來越困難。于是自然地出現(xiàn)了控制系統(tǒng)地計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。近 30 年來，控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算及可視化圖形處理的高科技計(jì)算語言。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)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(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的總多科學(xué)提供了一種高效率的編程工具，集科學(xué)計(jì)算、自動控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖象處理等于一體。 MATLAB 具有三大特點(diǎn): 功能強(qiáng)大：包括數(shù)值計(jì)算和符號計(jì)算，計(jì)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(jì)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(diǎn)，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(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)、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(jì)算功能、圖視建模功能和文字處理功能以及與硬件實(shí)時交互功能。后者專業(yè)性較強(qiáng)，如控制工具箱C 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(jì)算及優(yōu)化，數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(jì)、過程控制、建模和仿真、通信系統(tǒng)、財(cái)政金融等眾多專業(yè)領(lǐng)域的理論研究和工程設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)，可大大提高安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 26 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(shí)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)(Continous )、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。 SVPWM 的 SIMULINK 的實(shí)現(xiàn) 在 MATLAB 的 SIMULINK 環(huán)境下，非常容易實(shí)現(xiàn)上節(jié)所述的 SVPWM 控制算法。實(shí)現(xiàn) SVPWM 算法的各個子系統(tǒng)框圖如下所示： 要實(shí)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 、 。通過 clark 變換，可將Uabc???U??、 、 轉(zhuǎn)換成 、 。在 SIMULINK 中，非常容易實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)換，其實(shí)U現(xiàn)仿真圖如圖 所示。圖 、 、 轉(zhuǎn)換到 平面坐標(biāo)系中 、Uabc???U?? 根據(jù) 、 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?? Vref單的加減及邏輯運(yùn)算即可確定其所在的扇區(qū)。在 Simulink 中實(shí)現(xiàn)此判斷的仿真圖如圖 所示安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 27 圖 判斷參考電壓矢量 所處扇區(qū) NVref只需將 、 以及采樣周期 和逆變器直流電壓 作為輸入，經(jīng)過U??Ts udc簡單的算術(shù)運(yùn)算即可得到 X, Y, Z，在 Simulink 中實(shí)現(xiàn)此算法的仿真圖如圖 所示。圖 計(jì)算 X,Y,Z 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Vref時間 、 〔根據(jù)表 42 進(jìn)行賦值)。通過編寫 S 函數(shù)實(shí)現(xiàn)扇區(qū)過渡特殊情況Txy的處理；而經(jīng)過簡單的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)參考電壓矢量 過調(diào)制的處Vref理。在 Simulink 中實(shí)現(xiàn)該算法的仿真圖如圖 所示。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 28 圖 計(jì)算 、Txy 5 , 、 、 經(jīng)過簡單的算術(shù)運(yùn)算可將得到 、 、 ，在Txys TabcSimulink 中實(shí)現(xiàn)該算法的仿真圖如圖 所示。圖 計(jì)算 、 、Tabc 根據(jù)參考電壓矢量 所處的扇區(qū) N 確定 A, B, C 三相的調(diào)制波 、Vref Tcm （根據(jù)表 43 進(jìn)行賦值 )。在 Simulink 中實(shí)現(xiàn)該算法的仿真圖如圖Tcm2c3 所示。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 29 圖 計(jì)算 、 、Tcm12cm3圖 給出了在 Simulink 中實(shí)現(xiàn)逆變器和 PWM 的仿真圖。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，加入了一定的死區(qū)。調(diào)制波為 、 、 ，載波是周期為 ，高度為 的三角波。Tcm1c2cm3s2Ts圖 逆變器和 PWM 實(shí)現(xiàn) 以上給出了在 Simulink 中實(shí)現(xiàn) SVPWM 控制算法的各個子系統(tǒng)的框圖，而圖 給出了實(shí)時產(chǎn)生 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 ，參考電壓矢量 在 A, B, C 軸系下的分量由三相Ts UdcVref對稱正弦電壓( 、 、 )提供，逆變器的輸出電壓為實(shí)時產(chǎn)生的 SVPWMab波。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 30 圖 SVPWM 波的整個仿真框圖 仿真結(jié)果與分析 在前一節(jié)中，詳細(xì)列出了實(shí)現(xiàn) SVPWM 控制算法的各個子系統(tǒng)仿真框圖及實(shí)時產(chǎn)生 SVPWM 波的整個仿真框圖。而在本節(jié)中將通過建立 SVPWM 逆變器供電下三相有源電力濾波器系統(tǒng)仿真模型，對 SVPWM 的算法進(jìn)行詳細(xì)地仿真分析，同時對 SVPWM 逆變器供電下三相有源電力濾波器系統(tǒng)動態(tài)性能進(jìn)行仿真分析。 逆變器供電下三相有源電力濾波器系統(tǒng)仿真模型在 SIMULINK 電氣系統(tǒng)模塊庫(SimPowerSystem)中有 4 個子模塊:電源、基本元件、電力電子器件和測量模塊庫。電氣系統(tǒng)模塊庫中的 Powerlib 模塊與常規(guī) SIMULINK 模塊有本質(zhì)的區(qū)別，在仿真前的初始化過程中，需要把 Powerlib模塊的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為 SIMLTLINK 能夠仿真的等效系統(tǒng)，這些處理過程對用戶是屏蔽的。并且系統(tǒng)中若同時使用兩種信號，需要采用中間接口模塊，常規(guī)模塊信號進(jìn)入電氣模塊信號時，一般采用可控電壓源或可控電流作為中間接口環(huán)節(jié)。電氣模塊進(jìn)入常規(guī)模塊時，一般采用電壓測量模塊或電流測量模塊作為中間接口環(huán)節(jié)。具體仿真圖如圖 所示。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 31 圖 諧波電流檢測仿真圖說明：PWM 發(fā)生模型被組合成一個子系統(tǒng)，產(chǎn)生的 PWM 波送至逆變橋控制IGBT 器件的開關(guān)。 圖 有源電力濾波器仿真模型 仿真結(jié)果選定的仿真環(huán)境如下：（1）電源：三相電源有效值為 380V，頻率為 50Hz；（2）非線性負(fù)載：三相可控整流橋，直流側(cè)選擇的 RLC 負(fù)載，額定電壓為 380V，額定頻率為 50Hz；（3）有源電力濾波器主電路 RLC BRANCH 中 R 為 ，L 為 5MH，濾波器直流側(cè)的電源電壓是 1200V。根據(jù)給定的仿真條件和計(jì)算的各參數(shù)，建立 APF 系統(tǒng)進(jìn)行仿真，當(dāng)負(fù)載系統(tǒng)為三相不可控整流橋時，以 A 相為例得到的仿真得到的波形如圖所示：安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 32 圖 A 相負(fù)載電路上電流波形圖 A 相負(fù)載電路上電流諧波分量安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 33 圖 pwm 波圖 補(bǔ)償后的電流波形 仿真結(jié)果分析 1．對目前諧波電流檢測方法和補(bǔ)償電流控制策略的基本原理進(jìn)行對比分析可以發(fā)現(xiàn)目前還沒有一種非常理想的檢測方法能夠既快速又準(zhǔn)確的檢測出要補(bǔ)償?shù)闹C波和無功分量。2. 空間矢量的算法較復(fù)雜，有一定的延時，這不利于有源電力濾波器的實(shí)時控安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 34 制。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選用 DSP 進(jìn)行數(shù)字控制