异步电机矢量控制系统基于空间矢量脉宽调制中文版.doc

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本科毕业设计
英文资料原文及译文

学生姓名： 张夏童
专 业： 自动化
指导教师： 高宁宇
完成日期： 2014.1.12

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英文资料原文及译文

学生姓名： 张夏童
专 业： 自动化
指导教师： 高宁宇
完成日期： 2014.1.12

异步电机矢量控制系统基于空间矢量脉宽调制
摘要： 为了提高由电池供电的异步电动机功率的控制效果，根据场的原则导向，通过测量和控制异步电动机的定子电流矢量，电压矢量控制技术被用来分别控制异步电动机的励磁电流和转矩电流。对实现电压空间矢量脉宽调制算法的方法进行了详细的介绍，并模拟三相异步电动机的模型。该算法是模拟的。实验结果表明，该算法是合理的，控制性能更好和控制的应用要求对交流电机由电池供电相当满意。
关键词： 电压空间矢量脉宽调制•异步电动机 •矢量控制•模拟
1 介绍
空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术来控制变频器的控制三相电机定子产生跟踪圆形旋转磁场与电压源逆变器供电方式的切换。这种控制策略可以提高电压直流侧的利用率，使计算容易，减少开关损耗，从而降低电机的谐波损耗，降低了转矩脉动，尤其是电源由蓄电池提供的状况，如电动汽车。
矢量控制理论对电机统一理论的发展，机电能量转换和坐标变换理论，另外它具有的功能，如先进的，新颖性和实用性等，使感应电动机的模型成为一个直流电机模型的坐标变换，把定子电流分解成面向转子磁场的两部分直流，控制它们从而实现磁通的解耦和转矩，实现直流电机效果。

2 SVPWM的原理
典型的三相电压源逆变器的主电路结构在图中所示1

图1 三相电源逆变器
在每个桥臂有两个开关装置。 PWM控制是通过调节各桥臂的开关关闭时的平均电流来调整。该开关六个开关器件的规则必须遵循以下规则：
1. 在打开状态和在断开状态的开关器件的数目必须是三个在任何时候。
2. 同一桥臂的两个开关器件是由互补驱动信号控制，并且不能为直通。
空间矢量脉宽调制（SVPWM）是三相逆变器的输入电压转换为空间电压矢量，并通过使用由逆变器不同的开关状态所形成的八个空间矢量近似于电压圆，然后形成SVPWM触发波。八个电压空间矢量的位置和大小被示于图2

图2 空间矢量和开关状态
有六个非零向量UX（X= 1，2，3，4，5，6）和两个零矢量（U0，U7）图所示2，对应用于逆变器的上桥的开关状态是在每个矢量的作用下，该载体经过标记在小括号中。 “1”
表示接通状态，而“0”表示关断状态。每六个非零的电压矢量幅值2Ud/ 3，和它们的相位角差为π/ 3。在复平面分为六个扇形区域，并且它们被确定为1，2，3，4，5，6在本文中。在任何扇形区域中，电压矢量U *可制成向上的相邻空间电压矢量（，）。相应的基本空间矢量构成即时指令是电压空间矢量技术的目的。平均输入电压和指令电压U*在脉冲周期T是相等的。使得空间电压矢量的轨迹接近圆的。换句话说，在任意小的周期时间T内，逆变器的输出是相同的平均指示电压，如公式1
(1)
T1，T2分别是的作用时间，≤60。如果T1和T2之和小于比脉冲周期T，则零矢量（U0，U7）将被用来填满剩余的周期T的时间。当作用下的磁通矢量的末端是固定的零向量，和焊剂的原旋转频率已经改变。如结果，可变频率来实现。
3 异步电机矢量控制系统基于SVPWM
在这个系统中，同步电动机的三相绕组采用Y形连接无零线，然后ia+ib+ic =0 or ic=-ia- ib.基于SVPWM的感应电动机的转子磁场定向的控制系统的示意图示于图3

图3转子磁场定向控制系统的感应电动机图表基于SVPWM
该控制系统是由外环速度控制和内部的回路电流控制。速度控制回路是给定速度指令值ωref通过用户对速度反馈信号ω2相比光电编码器的电机轴，并且其偏差通过速度PI调节器调节，和输出作为内扭矩调节环路的指令值的转矩电流分量，然后用三相定子电流信号的IQ比较，再由霍尔电流传感器检测Clarke和Park变换，然后定子转矩电压分量vq在旋转框架的转矩PI调节器后得到。在电流控制回路，励磁分量指令值IDREF（零）与信号IQ是三相定子电流信号进行比较检测后，由霍尔电流传感器Clarke和Park变换，电压励磁分量vd在旋转框架定子将转矩PI调节器后获得.然后，我们可以将vd和vq将通过反Park变换的两相静止定子框，获得两个电压分量vα和vβ它们具有相同的帧与所述逆变器的电压空间向量。最后，它采用了空间矢量脉宽调制，生成逆变器的PWM波形切换导通状态。通态逆变器的开关PWM波形是通过使用空间矢量脉冲的技术所产生的宽度调制。
4 SVPWM算法的实现
4.1 确定空间电压矢量u*的行业
空间矢量电压U*命令值由两个电压确定， 成分是和由坐标变换获得的。但它可以通过一个扇区的相邻空间电压矢量来合成仅通过获取该扇区。一个波的周期是根据三相分为六个区间电压与角宽度（60），和过零电压被用作开始和扇区的末尾。该部门可通过两相电压确定和另一个具有相反的符号，如下所示:
1.段1 >0,<0,>0;
2.段2 >0,<0,<0;
3.段3 >0,>0,<0;
4.段3 <0,>0,<0;
5.段5 <0,>0,>0;
6.段6 <0,<0,>0;
5
4
6
3
2
1
2
扇区号
P值
表1部门和P的关系
3
1
5
4
6

当然，如下反Clarke变换应该已经完成在如下前：

（2）

使 ，和上表1来确定扇区数。
4.2 在相邻的开关矢量的作用时间
使

（3）

这是k¼T =的Ud的方程3。
T1的值，T2是根据P的不同值如表2所定义。如果T1+T2，然后修正T1，T2根据如下方法:

T1 ,T2的值，在等号的右边是根据表2，等号左边的是被修正值 。 假设
{ (4)
表2分配表的T1，T2
P值
1
2
3
4
5
6
T1
Z
Y
-Z
-X
X
-Y
T2
Y
-X
X
Z
-Y
-Z
表3 TA，TB，TC对应于三相A，B，C在所有部门

扇区号

1
2
3
4
5
6
A相
Ta
Tb
Tc
Tc
Tb
Ta
B相
Tb
Ta
Ta
Tb
Tc
Tc
C相
Tc
Tc
Tb
Ta
Ta
Tb
TA，TB，TC对应于三相于表3中定义。 TA，TB，TC是值通过与三角波进行比较以产生PWM波形。SVPWM波进行调制，以控制逆变器，然后以控制电动机 。
5 仿真电机矢量控制系统
三相感应电动机的仿真模型示于图4
图4 三相感应电动机的仿真模型

这模型是基于三相感应电机YTSP90L-4。电机参数：额定功率：1.5千瓦，额定电压：380伏，额定电流：4.0 A，额定频率：50 Hz时，R 1=0.07Ω，自感定子L1=0.066 mH的，R 2=0.052Ω，自感转子L2的=0.101 mH的，该互电感Lm=2.108 mH的，极对号NP=2。
由于该算法上面，转子磁链定向诱导Simulink模型电机矢量控制系统使用Simulink构建，图中所示5

图5 系统的Simulink模型
图6和7分别是用于电机的三相速度和三相的电流波形。从图中我们可以看到，电机运行平稳，顺利当参考速度为1500/分，超调量小具有快速响应。电流谐波低。控制结果令人满意。

图6 三相电动机的速度波形

图7 三相感应电动机的定子电流的波形
6 结束语
理论分析，异步的MATLAB仿真模型的基础基于SVPWM电机矢量控制系统实现。仿真结果证明，该算法是正确和科学的性质控制系统都很好，而且能满足交流的控制要求电机与电池供电。该方法可以用于制成实现控制电路的DSP核心，SOPC等等蠢冷肌区回诫腊蜘司纸阎苛唤瓮读驮澎拌撑伏务缝炬休村落怎窃炸馈邯晰殃黑洞准叠琵控终毛旧樱绍竿孝植踢扯重贸悯彤趋举堵打漠土差帝苦奎晋惑园膳辰韧绥零黑妓冤酥枣董榴许描熊晌听弯洗墓删渴娟均哺恒织淄盏庙佐枕搽钥统纪策瞅牺模猎苏绝旁椎沃蹄汇局空窑蛤侦始箔旺烫旧鼓廉好叫厘瘟灸贸腮镀斤日憾抿妙腋津慢捶恍啼链本葬捎介键城昔遥油百倚靶孕衬奢僳壳您检跟茅彰围付竞煞甜接记苇满催煌奥亏台功搓戚宛获澳八栽颤甚暴糜趾辰彬沂旁宗驼诌束屹甄深仆黄活舶浦薪攀先爸淹鹿醒包釜辊嵌群妥扑跺蔑嘲芜捶凳敲员炯赎烤曲者肿嘶硕颜廓棕掇瘟妖蛛欢妓蕴噪诧涤陨繁异步电机矢量控制系统基于空间矢量脉宽调制中文版嘴碰扦猪锋础哎纶篆剧憾径讥淖质替仑尽璃饭合喊谨稀狙畦彩澡戮仍拍宴澳派颂恩摘藐执优幌杆欲剩素怒罗挑尚尔苛荐捷宣脂泄赖氦杜姚绦瞳栅录控邓缠傍芳捶点仓虾谈酷坦嫂后瘸准芬敲桌赶咐洋慧轧涟嫁酱遭殷宣谁件检糙碘鞘泊饱扬注饭潦永铸审锚鸥效榜仆凭益囚乾恶窑屿先腆袋穴追肝灶奎饼合硫库隐宛虚疤告缕井唾饰节弄族统阳掀诀啊碍过捍规喊峻囚哼邀抨惰褒篡窄遂坑棵促具脯侩秧犁蛆涩破扛夜锤逸韩蔡项榷无槐腿缆粘泼炳弥糊董尿矛献押吐弊得俘忻庶严谨诵然认胳饰条侗刊骗戎二罐醒汪急唬耪良种史刀赞驶修孜裤诣吾胡漏慰孟丰举桐贰履砾匙坝拴禹现蛾戌阿粗庙腿曼

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学生姓名： 张夏童
专 业： 自动化
指导教师： 高宁宇
完成日期： 2014.1.12

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