【正文】 分解 在兩相靜止參考坐標(biāo)系（α，β）中，令 Uref 和 U4 間的夾角是θ，由正弦定理可得： （37）因?yàn)?|U 4 |=|U 6|=2Udc/3 ，所以可以得到各矢量的狀態(tài)保持時(shí)間為：236。而零電壓向量所分配的時(shí)間為： T7=T0=(TST4T6 ) /2 （39） T7 =(TST4T6 ) （310） 得到以 UUU7 及 U0 合成的 Uref 的時(shí)間后，接下來就是如何產(chǎn)生實(shí)際的脈寬調(diào)制波形。 SVPWM調(diào)制算法 通過以上 SVPWM 的法則推導(dǎo)分析可知要實(shí)現(xiàn)SVPWM信號的實(shí)時(shí)調(diào)制，首先需要知道參考電壓矢量 Uref 所在的區(qū)間位置，然后利用所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和適當(dāng)?shù)牧闶噶縼砗铣蓞⒖茧妷菏噶?。?dāng)控制矢量在空間旋轉(zhuǎn) 360176。 合成矢量Uref所處扇區(qū)N的判斷 空間矢量調(diào)制的第一步是判斷由 Uα 和 Uβ所決定的空間電壓矢量所處的扇區(qū)。以上等價(jià)條件再結(jié)合矢量圖幾何關(guān)系分析，可以判斷出合成電壓矢量 Uref 落在第 X扇區(qū)的充分必要條件，： 表 扇區(qū)選擇條件扇區(qū)落在此扇區(qū)的充要條件IUα0 ，Uβ0 且Uβ/ UαⅡUα0 ， 且Uβ/ |Uα|ⅢUα0 ，Uβ0 且Uβ/ UαⅣUα0 ，Uβ0 且Uβ/ UαⅤUβ0 且Uβ/|Uα|ⅥUα0 ，Uβ0 且Uβ/Uα 若進(jìn)一步分析以上的條件，有可看出參考電壓矢量Uref 所在的扇區(qū)完全由Uβ，Uα Uβ，Uα Uβ 三式?jīng)Q定，因此令： （311） 再定義，若U10 ，則 A=1，否則 A=0； 若U 20 ，則 B=1，否則 B=0；若U30 ，則 C=1，否則 C=0。為區(qū)別六種狀態(tài)，令 N=4*C+2*B+A，則可以通過下表計(jì)算參考電壓矢量 Uref 所在的扇區(qū)。4 基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 基于空間矢量脈寬調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)（SVMDTC）是采用 PI控制器取代滯環(huán)調(diào)節(jié)器來同時(shí)考慮轉(zhuǎn)矩、磁鏈偏差的大小和方向，利用 SVPWM模塊取代開關(guān)表來根據(jù)二者的偏差實(shí)時(shí)地推導(dǎo)出任意大小、方向的電壓矢量施加在電機(jī)的定子繞組上，而不局限于逆變器固定的輸出電壓矢量，并且實(shí)現(xiàn)逆變器開關(guān)頻率恒定，從而可以大大降低轉(zhuǎn)矩、磁鏈的脈動[14]。SVPWM與正弦 PWM 調(diào)制技術(shù)（SPWM）相比，具有直流母線電壓利用率高、電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動小、電流畸變小、開關(guān)損耗小和數(shù)字化實(shí)現(xiàn)容易等優(yōu)點(diǎn)。利用原有的 8 個(gè)空間電壓矢量可以合成所需的任意的空間電壓矢量，從而使電機(jī)氣隙磁通更好的逼近圓形。表 S 值與扇區(qū)號的對應(yīng)關(guān)系S123456扇區(qū)號ⅡⅥⅠⅣⅢⅤ 在每個(gè)扇區(qū)內(nèi)，都可利用兩個(gè)相鄰非零電壓矢量和作用時(shí)間的不同，來等效來合成所需要的目標(biāo)電壓矢量Us*。 SVPWM 的調(diào)制載波為等腰三角形，為了使輸出的 PWM波形在一個(gè)載波周期Ts內(nèi)對稱本文采用了如圖 （a）的Us*合成方式，該方法是把每個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間都一分為二，同時(shí)將零矢量作用時(shí)間等分給U 0 和U 7。圖 空間電壓矢量調(diào)制（a) 矢量合成 （b） 開關(guān)函數(shù) 由圖 （a）和式（44）可得： （45）6個(gè)非零電壓空間矢量的幅值是相等的，即|U1|=|U2|=2/3Udc代入上式可得： （46）計(jì)算出Tx 和Ty 后，可以由T0 = Ts Tx Ty 得到T0 。表 Tx、Ty 賦值表扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥTxZZXXYYTyXYYZZX定義 （48） Ta ，Tb ，Tc 是與三角波進(jìn)行比較以產(chǎn)生 PWM 波形的三個(gè)比較值。表 a、b、c三相在各扇區(qū)的Ta、Tb、Tc扇區(qū)號ⅠⅡⅢⅣⅤⅥa 相TaTbTcTcTbTab 相TbTaTaTbTcTcc 相TcTcTbTaTaTb(2) 基于 SVPWM 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中應(yīng)用 SVPWM 技術(shù)，關(guān)鍵是確定需要調(diào)制的控制量。無差拍技術(shù)能在理論上完美解決 STDTC 存在的問題，但實(shí)際計(jì)算量較大，不易實(shí)現(xiàn)。 異步電動機(jī)在以WΨs 旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系d q下的定子電壓矢量方程式（49），WΨs 為定子磁鏈?zhǔn)噶喀穝相對于靜止α軸的旋轉(zhuǎn)角速度，d 軸與定子磁鏈?zhǔn)噶糠较蛞恢拢穝=Ψsd+Ψsq即Ψs=Ψsd、Ψsq=0，定子電壓矢量方程式可以寫成式（410）和（411） （49） （410) (411)電磁轉(zhuǎn)矩方程式可以轉(zhuǎn)化為： (412)由式（411）和式（412）可以得到： (413) 由式（410）可知，定子電壓矢量的d 軸分量usd可以影響定子磁鏈的變化；從式（413）可見，在Ψs恒定的情況下，定子電壓矢量的q 軸分量usq可以用來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的控制量，也就是說，在一個(gè)控制周期內(nèi)，通過PI 調(diào)節(jié)器可以得到消除磁鏈和轉(zhuǎn)矩誤差的電壓空間矢量。根據(jù)|Ψs|*和|Ψs|之間的偏差ΔΨs ，Te*和Te 之間的偏差ΔTe，經(jīng)過兩個(gè)PI控制器得到旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系下的參考定子電壓矢量分量usd、usq，再經(jīng)反旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到靜止坐標(biāo)系下的分量usα*、usβ*，作為SVPWM模塊的參考電壓矢量，最終得到恒定開關(guān)頻率的開關(guān)信號控制逆變器。它是一種集命令翻譯、科學(xué)數(shù)值計(jì)算和圖形處理于一體的交互式軟件。 Simulink 最為顯著的特點(diǎn)是，具有控制系統(tǒng)模型圖形組態(tài)輸入與仿真功能，即只需用戶根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型和一些具體的模擬要求，從模塊庫中選擇合適的模塊組合在一起，只需要知道所選模塊的輸入輸出關(guān)系，而不必知道模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)功能的，通過對這些基本模塊的調(diào)用組成控制系統(tǒng)仿真模型，進(jìn)行仿真與分析。Simulink 提供了各種仿真工具，尤其是不斷擴(kuò)展、內(nèi)容豐富的模塊庫為系統(tǒng)仿真提供了極大的便利。 此外，用戶還可根據(jù)自己的需求開發(fā)并封裝新模塊以擴(kuò)充現(xiàn)有的模塊庫。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)基本仿真模塊 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，通過直接控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈達(dá)到轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。 坐標(biāo)變換模塊 根據(jù)式 (21)、（22），有： 圖 3/2 坐標(biāo)變換仿真圖 2r/2s坐標(biāo)變換仿真圖 磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測模塊 由于定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩不能夠直接測量得到，需用通過容易測量的定子側(cè)電壓、電流對其進(jìn)行估算，本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡單的ui磁鏈觀測模型，根據(jù)式（28）、（29）和（210）得到磁鏈幅值、磁鏈位置角和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算模型的仿真圖，如圖 。m2。 基于SVPWM的低速性能仿真 （a) 圖為定子磁鏈軌跡，(b)圖為定子a相電流波形，(c)圖為轉(zhuǎn)矩波形，(d)圖為轉(zhuǎn)速波形。左圖為傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真波形，右圖為基于SVPWM的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真波形。從圖可以看出，直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)快，但轉(zhuǎn)矩脈動和電流諧波很大，其低速性能很不好。因此，從以上的分析可以看出，基于SVPWM的直接轉(zhuǎn)矩相對于傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩能夠有效的減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動、降低電流諧波，提高系統(tǒng)的低速性能。6總結(jié) 在現(xiàn)代交流調(diào)速領(lǐng)域中，直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制之后的又一個(gè)主要研究方向，它的控制思想明確、控制結(jié)構(gòu)簡潔、具有良好的動靜態(tài)性能。由于傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是在定子坐標(biāo)系下直接計(jì)算和控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩，借助離散的調(diào)節(jié)器產(chǎn)生 PWM 信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，造成了磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動大、電流諧波大和逆變器開關(guān)頻率不固定等缺陷。主要工作可以概述為： (1) 分析了異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型以及直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，針對傳統(tǒng)開關(guān)表控制方案中的不足，著重研究了磁鏈、轉(zhuǎn)矩的脈動特性， 詳細(xì)分析了引起脈動的因素，提出了改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制策略，即基于SVPWM的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，并對各控制算法進(jìn)行了仿真研究，給出了與傳統(tǒng)控制方法的對比仿真結(jié)果。 (2) 直接轉(zhuǎn)矩控制需要準(zhǔn)確計(jì)算出定子磁鏈的幅值和相位，采用電壓模型估算定子磁鏈，當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行時(shí)，由于定子電阻壓降占主要部分，使得計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確，影響控制系統(tǒng)的性能。在帶幅值補(bǔ)償?shù)亩ㄗ哟沛溣^測器基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了帶幅值和相位補(bǔ)償?shù)亩ㄗ哟沛溣^測器，通過仿真對比表明，改進(jìn)的磁鏈觀測器可以有效的克服直流偏移和誤差積累問題，從而大大地提高了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的低速性能。以后我們應(yīng)研究轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快，且能減小轉(zhuǎn)矩脈動，提高系統(tǒng)動靜態(tài)性能的新方法。本論文的研究工作是在趙老師的悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下進(jìn)行的，從論文的選題、研究工作的開展到最后的撰寫和定稿，無不傾注了趙老師的心血。在此，謹(jǐn)向趙老師表示我最崇高的敬意和最誠摯的感謝。 最后，向所有評閱論文的老師、專家和學(xué)者們表示誠摯的謝意！