【正文】 的矢量控制原理，在分析永磁同步電機數學模型的基礎上，利用 Matlab 仿真工具，建立了系統(tǒng)的仿真模型。根據系統(tǒng)模塊化建模的思想，將控制系統(tǒng)分成各個功能獨立的子模塊 [8]，主要有：幾種坐標變換模塊、SVPWM 模塊、 電流反饋控制模塊 和電機本體模塊。通過對這些模塊的有機結合，實現了永磁同步電機的矢量控制。下面介紹和分析各個子模塊的結構與作用。 坐標變換模塊 永磁同步電機矢量控制的基本思想是通過坐標變換后使得其被控量和控制 方式類似于直流電機的控制方式，使得電機在此控制方式下獲 得快速的轉矩響應、優(yōu)異的動穩(wěn)態(tài)性能等優(yōu)點 [7]。要想控制永磁同步電機像控制直流電機一樣方便高效，需要進行兩相旋轉 /兩相靜止 ( ??/dq )的坐標變換，將 du ， qu 轉換為變換為 ?u ， ?u 。模塊的結構如圖 所示，輸入信號為旋轉坐標系下 dq 軸電壓 du ，qu 及位置信號 ? ，輸出為兩相靜止坐標系下的電壓 ?u ， ?u 。 c o s sinsin c o s dquuu u???? ????? ??? ???? ?????? ?? () 2ub1uas i ns i nco sco sP r o d u ct 4P r o d u ct 3P r o d u ct 2P r o d u ct 13t h e t s2ud1uq 圖 dq 坐標系到 ??坐標系變化模塊 空間矢量脈寬調制 (SVPWM)模塊 空 間矢量脈寬調制根據電流環(huán)輸出的 ?u 和 ?u 以及當前的轉子位置角 ? 輸出六路 PWM 控制信號 [9]來控制逆變器橋臂上功率開關器件的通斷使電機獲得幅值恒定的圓形磁場。典型的三相電壓源型逆變器的結構如圖 所示。 2/du2/du V T 1V T 2V T 3V T 4V T 5V T 6R 圖 三相逆變器主電路 該電路是由 VT1VT6 六個功率開關器件進行控制的，同一橋壁不能同時處于導通狀態(tài)或者關 閉狀態(tài)。三組橋臂共有八種通斷狀態(tài)，這八種通斷狀態(tài)產生六個有效的空間矢量 u1(001)～ u6(110)和兩個無效的零矢量 u0(000)～ u7(111)如圖 所示。 132645)001(1u)010(2u)011(3u )100(4u)101(5u)110(6uABCDEF 圖 電壓空間矢量扇區(qū)分布 變換器產生的矢量不可能是角度連續(xù)變化的空間矢量。圖 表示電壓空間矢量u4， u6合成新的電壓矢量 us。假設在一個 PWM 脈寬調制波周期 T 內， T1 時間段處于工作狀態(tài) u4， T2 時間段處于工作狀態(tài) u6 T0 時間段處于工作狀態(tài) u0。 則有： 4 1 6 2 0 01 2 0su T u T u T u TT T T T? ? ??? ? ? ?? () 6u4usu62 uTT41 uTT 圖 電壓空間矢量的線性組合 分步搭建 SVPWM 中的各個子模塊 [10] [11]： (1) 根據測得的兩相靜止電壓 u? 和 u? 通過矢量所在扇區(qū)判斷模塊確定電壓矢量 su 所在的扇區(qū)。當 ?u 0 時，令 A=1；當 30uu????時，令 B=1；當30uu????時，令 C＝ 1，有八種組合，但是有邏輯關系判斷可知道 A、 B、 C不會同時為 1 或者 0，所以實際有效的組合只有六種，并一一對應于矢量控制的六個扇區(qū)。取 n=A+B+C， 通過 n 判斷電壓矢量 su 所在的扇區(qū)。模塊結構框圖如圖 所示。 表 與扇區(qū)對應關系 扇區(qū)號 A B C D E F n 3 1 5 4 6 2 1NS w i t ch 2S w i t ch 1S w i t ch4G a i n 32G a i n 2 K G a i n 1 K G a i n0C o n s t a n t 11C o n s t a n t2U b e t a1U a l f a 圖 扇區(qū)判斷模塊 (2)基本矢量有效作用時間計算模塊（ X,Y,Z 與 T1,T2） 定義 X， Y， Z 三個變量，令duXTu?? ， 3 2duuYTu???? ， 32duuZTu?????其中 u? 、 u? 、 T 上同， du 為逆變器直流母線電壓。利用所得到的扇區(qū)號 n 判斷每個扇區(qū)內相鄰兩矢量的作用時間 (T1,T2)。由于過飽和的影響，使得 T1+T2T，因此要進行過飽和判斷。但是當 T1+T2T 時，存在 11 12TTT TT? ?, 22 12TTT TT? ?。模塊結構框圖如圖 所示。 表 基本矢量作用時間 n 1 2 3 4 5 6 T1 Z Y Z X X Y T2 Y X X Z Y Z zyzxxyyxxzyzT1T2TT1T22T31T2S w i t ch 1S w i t chTU alf aU be t aU dcXYZS u b s ys t e mS co p e 4M u l t i p o r tS w i t ch 1M u l t i p o r tS w i t chf ( u )F 2f ( u )F 1u ( 3 ) u ( 2 ) u ( 1 )F A d d1 1 1 6T15N4U d c3U b e t a2U a l f a1T 圖 基本矢量作用時間模塊 (3)空間電壓矢量切換點計算模塊 定義電壓空間矢量的切換 點 Tcm1 ， Tcm2 ， Tcm3 ，令 124a T T TT ???，1 2baTTT?? , 2 2cbTTT?? 。如表 所示。 表 N 與 Tcm Tcm Tcm3 對應關系 n 1 2 3 4 5 6 Tcm1 Tb Ta Ta Tc Tc Tb Tcm2 Ta Tc Tb Tb Ta Tc Tcm3 Tc Tb Tc Ta Tb Ta TaTbTcbaaccbacbbaccbcaba3T cm 32T cm 21T cm 1S u b t r a ct 3S u b t r a ct 2S u b t r a ct 1M u l t i p o r tS w i t ch 2M u l t i p o r tS w i t ch 1M u l t i p o r tS w i t ch0 . 5G a i n 30 . 5G a i n 21 / 4G a i n 14N3T2T21T1 圖 功率開關占空比計算模塊 (4)PWM 波形 的生成模塊 通過對一個周期為 T，幅值為 T/2 的等腰三角波與 Tcm1， Tcm2， Tcm3 進行比較，比較結果可以生成三路 PWM 波形，在對其求反又可以得到三路 PWM 波形，最終得到用于控制三相逆變器功率開關管通斷的六路 PWM 信號。產生模塊結構如圖 48 所示。 1p u l s eS u b t r a ct 2S u b t r a ct 1S u b t r a ctS co p e 1R e p e a t i n gS e q u e n ceR e l a y2R e l a y1R e l a yN O TN O TN O Td o u b l eD a t a T yp e C o n ve r s i o n 2d o u b l eD a t a T yp e C o n ve r s i o n 1d o u b l eD a t a T yp e C o n ve r s i o n3T cm 32T cm 21T cm 1 圖 PWM 波形生成模塊 (5)將各個模塊組裝成 SVPWM 模塊 將以上各個模塊封裝組合，得到 SVPWM 整體封裝模塊，如 49 所示。 1p u l s eT c m 1T c m 2T c m 3pu ls ep r o d u ce P W MTU alf aU be t aU dcXYZX . Y . ZT1T2TNT c m 1T c m 2T c m 3S u b s ys t e m 1NXYZTT1T2S u b s ys t e mU alf aU be t aN