【正文】 i t ch 2S w i t ch 1S w i t ch K G a i n 24G a i n 12G a i n0C o n s t a n t 11C o n s t a n tA d d 2A d d 1A d d2U b e t a1U a i f a 圖 32 扇區(qū)判斷模型 （二） 計算基本矢量的作用時間 以扇區(qū) 1為例 ， 用最近的兩個相鄰基本電壓空間矢量 0U ， 60U 和零矢量 000/111U合成參考矢量 rU ， rU 在 o?? 坐標系下分解為 U? 和 U? ， 如圖 33 所示 ?bxta60 (110)U60yPWMtT1110o (111)(000)o?600xPWMt UTrU0(100)? 圖 33 參考電壓矢量映射圖 在周期內(nèi) PWMT ， 0U 作用時間為 st ， 60U 作用時間為 yt ， 000/111U 作用時間為 0t ， 19 根據(jù)矢量作用等效有：0 00 0 / 11 1 0 60x y r P W MU T U t U t u T? ? ? ? ? ? ? 由圖 33 根據(jù)三角關(guān)系得： 0 6 0 0 6 0c o s 6 0 2yyxxP W M P W M P W M P W MttttU U U U UT T T T? ? ? ? ? 6 0 6 03s in 6 0 2yyP W M P W MttU U UTT? ?? 有空間矢量的定義式有：0 60 23 DCU U V??， 根據(jù)以上三式計算得： 03( 3 )23P W MxDCP W MyDCP W M x yTt U UVTtUVt T t t?????????????? ? ? ???? 若定義： 3( 3 )23( 3 +U )2P W MDCP W MDCP W MDCTXUVTY U UVTZUV????????????????? ???? 則 rU 在不同扇區(qū)其相鄰的兩個基本電壓空間矢量 Ux 和 60sU? 的作用時間 xt（對應(yīng) 0U ， 120U ， 240U ） ， yt （對應(yīng) 60U ， 180U ， 300U ）可以按表 32 取值。 (一 )扇區(qū)選擇 根據(jù)圖 31 中各扇區(qū)與 U? ， U? 的關(guān)系 ， 判斷如下：當 U? 0 時 ， 令 A=1， 否則 A=0； 當 30UU????時 ， 令 B=1， 否則 B=0；當 30UU????時 ， 則 C=1，否 則 C=0。 SVPWM 模塊的建立 在 SVPWM 技術(shù)中 ， 首先要確定合成電壓矢量所處的扇區(qū) ， 再次要計算出基本矢量的作用時間和開關(guān)時間。作用時間依次為： 0/4T ，4/2T ， 6/2T ， 0/2T ， 6/2T ， 4/2T ， 0/4T[22]。它由 3 段零矢量和 4 段相鄰的兩個非零矢量組成 ， 3 段零矢量分別位于 PWM 波的開始 ， 中間和結(jié)尾。從圖 31 我們可以得到： 4 4 6 6662 c os 6032 si n 603U T U U U TU T U T??? ?????? ??? 由 上 式就可以求得： 17 4632( ) /222/dcdcT U U T UT U T U???? ??????? SVPWM 調(diào)制模式采用連續(xù)開關(guān)調(diào)制模式。 ?6U (110)outIIIIII4(100)U?5(101)U1U 001（ ）3U 011（ ）2U 010（ ）IVVIV 圖 31 SVPWM 向量和扇區(qū) 對于任意空間矢量 outU 時 ， 假設(shè)位于第 I 扇區(qū) ， 把它沿 4U 、 6U 的方向分解。 空間矢量脈寬調(diào)制概念 從原理上講 ， SVPWM 以三相對稱正弦波電壓供電時交流電機產(chǎn)生的理想圓形磁鏈軌跡為基準 ， 用逆變器不同的開 關(guān) 模式產(chǎn)生的實際 電 機產(chǎn)生的理想圓形磁鏈 16 軌跡為基準 ， 用逆變器不同的開關(guān)模式產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準磁鏈圓 ， 從而達到較高的控制性能 [21]。例如 ，在基速以下恒轉(zhuǎn)矩運行區(qū)中 ， 控制 ? 角 ， 使其在 90 180??? 范圍內(nèi) ， 就可以提高轉(zhuǎn)矩值。 在這種方式下 ， sin 0dsii ???， cos 0qsii ???電樞繞組電流存在直軸分量 ，且該直軸分量對轉(zhuǎn)子勵磁磁場有助磁作用 永磁同步電動機工作在該方式下可在一定程度上提高其輸出 轉(zhuǎn)矩 [20]。 在這種方式下 sin 0dsii ???， cos 0qsii ???， 定子電樞繞組電流存在直流分量 ， 且該直流分量對永磁體的勵磁磁場有去磁作用 ， 永磁同步電動機伺服系統(tǒng)工作在基速以上時 ， 可以在該方式控制下實現(xiàn)弱磁升速控制。永磁同步電動機的電流磁勢與勵磁磁勢正交 ， 當磁路為線性時 ， 定子電樞電流對轉(zhuǎn)子勵磁磁場既無助磁作用也無去磁作用 ， 永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流交軸分量成正比 ， 且電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)最大。 在這種方式下 0di ? ， qsii? ， 轉(zhuǎn)矩表達式變?yōu)?： em qT Ki? 。根據(jù) ? 角 (定子電流 si 相對 r? 的空間角度 )的控制范圍 ， 矢量控制有三種形式。 永磁同步電動機的矢量控制與異步電動機、電勵磁同步電動機一樣 ， 都是一種基于磁場定向的控制策略 ， 只是前者轉(zhuǎn)子永磁體所提供的磁場恒定 ， 加之其結(jié)構(gòu)和參數(shù)各異 ， 故控制方法和其 它 電機也有所不同。若對定子電流幅 15 值也能獨立地直接控制 ， 就將永磁同步電動機模擬為他勵直流電動機。倘若能夠利用電動機外部的控制系統(tǒng) ， 即通過外部條件能對定子磁 動勢相對勵磁磁動勢的空間角度實施定向控制 ，就可以直接控制兩者間的空間角度。正是因為在很寬的運行范圍內(nèi)都能提供可控轉(zhuǎn)矩 ， 直流電動機才在電氣傳動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 [18]。因此，當勵磁不變時，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩間存在線性關(guān)系， 通過單獨調(diào)節(jié)電樞電流可以直接控制轉(zhuǎn)矩?？梢哉f ， 正是因為運用了矢量控制理論 ， 才使 PMSM 的伺服驅(qū)動性能達到直流電動機的水平 ，甚至超過了直流電動機 。從那時起人們運用矢量控制理論為改善 IM 的伺服驅(qū)動性能做了大量研究。本章對用于永磁同步電機矢量控制 和空間矢量的調(diào)制 （ SVPWM） 技術(shù)深入研究并 建立 了 SVPWM 模塊 [17]。 根據(jù)第 二 章推導(dǎo)的永磁同步電機運動學(xué)方程式可以知道 ， 對傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速進行控制是通過對電機轉(zhuǎn)矩控制與調(diào)節(jié)實現(xiàn)的 ， 電機轉(zhuǎn)矩控制是交流電氣傳動系統(tǒng)的控制核心。 本章小節(jié) 本章從永磁同步電機結(jié)構(gòu) 調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā) ， 建立了永磁同步電機在三種坐 13 標系下的磁鏈和電壓方程 ， 分別是 ABC 坐標 系 ， 0?? 坐標 系 ， dq0 坐標系 ， 以及三種坐標系下的坐標變換 ， 并初步簡單的介紹了下關(guān)于永磁同步電機的控制策略主要常用的是 d 0I ? 電流控制。下面以比例積分PI 調(diào)節(jié)為例 ， 于是得系統(tǒng)最終控制方程式： ****( ) ( )( ) ( )s d s s d s q s q p s d s d i s d s ds q s s q f p s q s q i s q s qu R i L i k i i k i i dtu R i k i i k i i dt???? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ????? () 采用控制方法是基于轉(zhuǎn)子磁通定向的矢量控制方法 ， 這種控制方法比較簡單 ，其突出的優(yōu)點是沒有電機直軸電樞反應(yīng) ， 不會引起電機永磁體的去磁現(xiàn)象 ， 并且可以實現(xiàn)電機最大轉(zhuǎn)矩電流比控制 [15]。其缺點是隨著輸出端轉(zhuǎn)矩的增加 ， 電機的端電壓增加較快 ， 功率因此下降 ， 于是對逆變器的容量要求有所提高 ， 無法充分利用電機的磁阻轉(zhuǎn)矩 ， 不能發(fā)揮其輸出轉(zhuǎn)矩的能力。 d 0I ? 電流控制旨在將永磁同步電機 d 軸電流控制為零 ， 是永磁同步電機最常用的控制策略。 每種控制策略都有其優(yōu)缺點 ， 但 是針對永磁同步電機不同控制目標下的矢量控制策略進行比較分析 ， 目前最常用到的控制策略主要是 d 0I ? 電流控制 。 因此 ， 三相永磁同步電機在轉(zhuǎn)子 dq0 坐標下的磁鏈方程和電壓方程就可以簡化為 000dddfqqqiL L i? ??? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? （ ） 0000 0d d d dd qrrqfq q q qdu i i iL Lrp Lu i i iL?? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ ） 即： d d d fq q qLiLi??????????? d d d r qq q q r du ri pu ri p? ? ?? ? ?? ? ????? ? ??? 由此可見 ， 三相永磁同步電機必須建立在轉(zhuǎn)子 dq0 坐標系統(tǒng)下才能實現(xiàn)角度解耦。 10 S ab?q d?Ncoe?e? 圖 22 靜止與同步坐標系 定子靜止兩相 0?? 坐標系統(tǒng)到轉(zhuǎn)子 dq0 坐標系統(tǒng)的坐標變換為 00dq pa rkfff T fff???? ???? ????? ???? ?????? （ ） 其中 park 變換陣為 c os si n 0si n c os 00 0 1eepa rk e eT???????????? （ ） 由此 ， 可得三相永磁同步電機在轉(zhuǎn)子 dq0 坐標系統(tǒng)下的磁鏈方程和電壓方程為 0000 0 10 0 10 0 0dddq q q fsiLLiL i????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ????? ? ? ? ??? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? （ ） 00 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 10 0 0 0 0 0d d d ddqq q q q e d q e fsu i i iLLu r i L p i L iLu i i i? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ ） 11 式中 ， e? 一轉(zhuǎn)子機械角速度。 PMSM 在 dq0 坐標系下的磁鏈和電壓方程 dq0 坐標系統(tǒng)是隨電機轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的 ， 其 d 軸（直軸）與轉(zhuǎn)子的磁場方向重合（定向） ， q 軸（交軸）逆時針超前 d 軸 90 電角度 [11]。 三相永磁同步電機在定子靜止三相 ABC 坐標下的電壓方程為 8 AAABBBCCCdu ridtdu ridtdu ridt???? ????? ????? ???? () 式 ()中： ,A B Cuuu為 定子相電壓； R 為 定子繞組每相電阻； ,A B Ciii為 定子相電流。由此 ， 得到三相 PMSM在定子靜止三相 ABC坐標系統(tǒng)下的磁鏈方程為 [9]： A A ABA= L c osc os ( 12 0 )= M c os ( 12 0 )A A B B A C C f eB B A A B B B B C C f eC A CB B CC C f ei M i M iM i L i M ii M i L i? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ??? () 式 ()中： A,BC? ? ? 為 定子三相繞組磁鏈； AAL , ,BB CCLL為 定子三相繞組自感系數(shù)；