基于SIMULINK的SVPWM仿真

２００９年第３ｌ卷　第３期第１９页　电气传动自动化　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＤＲＩＶＥ　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ　Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．３　２００９，３１（３）：１９－２１　文章编号：ｌｏｏ５—７２７７（２００９）Ｏ３—０ｏｌ９一　３　基于ＳＩＭＵＬＩＮＫ的ＳＶＰＷＭ仿真　范心明　（江西理１一大学应用科学学院，江西赣州３４１０００）　摘要：介绍了空间电压矢量脉宽调制（ＳＶＰＷＭ）的基本原理，并且详细阐述了ＳＶＰＷＭ的算法，最后用Ｍａｔｌａ１）　的Ｓｉｎｍｌｉｎｋ对ＳＶＰＷＭ的算法进行了仿真，给出了仿真结果、　关键词：ＳＶＰＷＭ；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ：仿真　中图分类号：ＴＭ３４ｌ　文献标识码：Ａ　Ｓｉｒｅｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＶＰＷＭ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＳＩＭＵＬＩＮＫ　ＦＡＮＸｉｎ－ｍｉｎｇ　（Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ）ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ㈣ｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ）　．Ｇａｎｚｈｏｕ　３４ｌ０００．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｆｉｌｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｓｐａ（’ｅ－ｖｅｃｔｏｒ　ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｔｒ（）ｄｉｎ。ｅ（Ｉ　ａｍｌ　ｉｔｓ　ａｒｉｆｌｍｌｅｔｉｒ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　ｉｎ　ＭＡＴＬＡＢ￣ｌｎ（ｔ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｓ　ａｌｓｏｇｉｖｅｎ，　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＳＶＰＷＭ－Ｓｉｍｕｌｉｎｋ：ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｌ　引言　随着微电子技术、计算机控制技术以及电力电　子技术的发展．正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）策略已广泛　应用于交流变频调速系统中，但是ＳＰＷＭ方法不　一个断开（＝０），共有８种开关状态。　能充分利用馈电给逆变器的直流电压；ＳＰＷＭ是基　于调节脉冲宽度和间隔来实现接近于正弦波的输　出电流，但是仍会产生某些高次谐波分量，引起电　机发热、转矩脉动甚至系统振荡；另外，ＳＰＷＭ适合　模拟电路，不便于数字化实现。在交流电机调速的　图１＝　相逆变电路　根据空间矢量的定义，可以得到８个夹角互为　磁通轨迹控制思想的基础上，发展产生了电压空间　６０。的基本控制矢量，　和Ｖ　为零矢量．其它６个矢　矢量脉宽调制（ｓＶＰＷＭ）方法。ＳＶＰＷＭ物理概念清　量为工作矢量。８个基本矢量的分布如图２所示？　晰。算法简单且适合数字化实现．在输出电压或电　机线圈电流中产生的谐波少，提高了对电压源逆变　器汽流供电电源的利用率。　水文在介绍ＳＶＰＷＭ方法的基本原理和算法　的基础上详细介绍了在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下　对算法仿真的方法并给出了仿真结果　（０ＩＩ）　（“　孥，　ｉ孕）　（“　，ｓｉｎ　Ｊ　ｊ　ｊ　Ｏｌ０）１１０）　＼１　／　、．、　√　：“　、（ｒｏｓ０．ｓｉｎＯｊ　／　／　Ｉ’　、、　１　（０００）＼　７一／／　：：　…ＪＩ、、　（（！ＯＳ＇／Ｔ．ｓｉｎ＇ｒｒ）　２　ＳＶＰＷＭ方法的原理　电流经整流后变为直流再经过逆变电路输出　ＰＷＭ波进行控制、　相逆变电路如图１所示。将逆　变桥ＩＧＢＴ看作为理想开关，并且定义开关量ａ、ｂ、　ｃ为Ａ、Ｂ、Ｃ　相的开关状态。６个功率晶体管受３　组、６个开关（１、４，３、６，５、２）的控制，其中ｌ和２、３　（　挚　ｎ孚）　ｓ５丁＂ｉＴ．　）　罔２基本矢量分布图　根据矢量合成原理可知，在Ｏｔ　坐标系中的　和４、５和６之间是互锁的，即一个接通（＝１）时，另　任意一个矢量都可以由８个基本矢量中的与这一　２０·　电气传动自动化　２００９年第３期　矢量相邻的两个基本矢量合成。在一个ＰＷＭ周期　７１内，ＯＬ　坐标系中合成矢量　作用效果和相邻　扇区　ｍ１　Ｔｃｍ２　Ｔｃｍ３　表２各扇区的切换点　Ｉ　Ｔｂ　Ｔａ　Ⅱ　Ｔａ　Ｔｃ　Ｔｂ　Ⅲ　Ｔａ　Ｔｂ　Ｔｃ　Ⅳ　Ｔｃ　Ｔｂ　Ｔａ　Ｖ　Ｔｃ　Ｔａ　Ｔｂ　Ⅵ　Ｔｂ　Ｔｃ　Ｔａ　的两个的两个基本矢量分别作了Ｔｘ、　的效果一　致。因此只要知道了基本矢量的作用时间瓦（　＝０、　ｌ、２、３、４、５、６、７），就可以计算出脉冲宽度。　３　ＳＶＰＷＭ方法的算法［　１１２］　关模块搭建的仿真模块如图４所示。其输人为　与ＶＢ，Ｇａｉｎ与Ｇａｉｎｌ的值分别取、／丁与一、／丁，　ＳＶＰＷＭ信号的实时调制，需要　的二维静　Ｇａｉｎ２与Ｇａｉｎ３的值分别取２与４。Ｓｗｉｔｃｈ开关逻　止坐标系Ｏｌ轴和　轴的分量　和　以及ＰＷＭ周　辑模块起判断作用，它有３个输入值，分别是ｌ、中　期　作为输入。　判断矢量　所处的扇区。分析　和　的关　系，可得到如下的规律：如果ｌ，８＞０，则Ａ＝Ｉ，否则Ａ＝　０；如果、／３　一　８＞０则Ｂ＝Ｉ，否则Ｂ－－－０；￣ｒｌ果、／丁　＋　＜０则Ｃ＝Ｉ，否则Ｃ＝０。因此，扇区Ｎ＝Ａ＋２Ｂ＋４Ｃ。　计算每个扇区内两个非零矢量和零矢量作用的　时间　、　．、Ｔｏ。为求解方便定义：Ｘ＝Ｘ／３－　、　Ｖ‘Ｉ‘　’，＝　（孚　＋手　）、ｚ－　（孚　一手　对于不同的扇区　、　，按表１取值。　、　赋值后，　还要对其进行饱和判断。当　＋　＞　，则取　＝　（　一十　），　７ｙ（Ｔｌ＋　）。　表１　Ｔｌ、　取值表　扇　Ｉ　Ⅱ　Ⅲ　Ⅳ　Ｖ　Ⅵ　７’．　Ｚ　Ｙ　－Ｚ　—Ｘ　Ｘ　—Ｙ　Ｙ　—Ｘ　Ｘ　Ｚ　—Ｙ　－Ｚ　矢量切换点的计算　、　，。由图３所示　（以第　扇区为例），可以得到矢量的切换点：　：　（　一　）／４，　＝（　＋　／２），　＝（　＋　／２）。其他扇区　同理可以求得，整理结果如表２所示。　ｌ　ＰＷＭ　ｌ　Ｊ．．．．．ｊ一一一．．．．！．一一．．　１　：　ｌ　ＰＷＭ　』ｌ　ｊ　ｌ　ｌ　ＰＷＭ　ｌ　Ｉ　ｌ　：　１、　ｉ、　．一Ｉ、　·Ｔ　：’　　．一　：、Ｔ　：１　图３第　扇区的　相ＰＷＭ调制模式　４　ＳＶＰＷＭ的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真【　］［４］　用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现空间矢量所处扇区的判断，相　间输人值、０，当中间输入值大于０时，Ｓｗｉｔｃｈ开关　输出为１，否则输出为０。最后，整个仿真模块的输　出值为空间矢量所在扇区的扇区号。　图４判断空间矢量所在区域的仿真实现　图５所示为定义Ｘ、Ｙ、Ｚ的仿真实现，图中　Ｇａｉｎ、Ｇａｉｎｌ、Ｇａｉｎ２、Ｇａｉｎ３的取值分别为、／丁　ｊ＝：．１．５。　、／３　ＩＧ　１　３　Ｔ　４　穗　Ｇａ＞－ｉｎ２　ｌ　Ｘ　Ｖ　Ｇａｉｎ３　图５计算Ｘ、Ｙ、Ｚ的仿真实现　图６　Ｔ。、　赋值的仿真实现　２００９年第３期　范心明　基于ＳＩＭＵＬＩＮＫ的ＳＶＰＷＭ仿真　·２１．　图６所示为　、　赋值的仿真实现，图中　Ｇａｉｎ、Ｇａｉｎｌ、Ｇａｉｎ２为一ｌ。　图７所示为　、　赋值的仿真实现，图　中Ｇａｉｎ、Ｇａｉｎｌ、Ｇａｉｎ２的取值分别为０．５，０．５，０．２５。　图８所示为生成ＰＷＭ触发信号的仿真实现，将上　述各模块封装成子系统后，就可以联结得到空间矢　量控制器的仿真模型，如图９所示。　５仿真结果及其分析　为了检验建立模型的正确性，结合一台永磁同　步电动机（ＰＭＳＭ）进行仿真，整个仿真系统如图１０　所示。开关频率为５００ｋＨｚ，直流电压源电压为　Ｍｕｈｉｐｏｒｔ　Ｓｗｉｔｃｈ２　图７　、　。赋值的仿真实现　图１　１　Ｉ　的输ｍ波形　，、、　０　图８　ＰＷＭ齑生的仿真　０　Ｏ０５　Ｏ．１　Ｏ．１５　０．２　ｔ（Ｓ）　图９　ＳＶＰＷＭ的仿真实现　图１２转矩与转速波形　ｗｍ　ｍ　Ｔｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｄ￣ｎｌｕｘ　图ｌ０系统仿真实现　（下转第３４页）　３４·　电气传动自动化　２００９年第３期　（９）开关频率２０—２５ｋＨｚ。　４结论　机调速等）、通信电源（电信、舰船、飞机）、逆变电　源、计算机电源、医疗、环保等系统中。　参考文献：　版社．　　松．綮宣　．肝芙电源的原理·ｊ设ｉｌ￣［Ｍｊ．电子丁业…　传统的全桥（ＦＢ）ＰＷＭ变换器适用于输　低电　［１］张ｌ压（例如５Ｖ）、大功率（例如ｌｋＷ）的情况。而软开关　ｆＪ电源技术丁册一电源厄器件分册．辽宁科学　技术综合了ＰＷＭ开关与谐振变换器技术两者的　［２］史平君．实『优点。既有脉冲方波高效传递功率和恒频控制便于　优化参数，义有谐振技术的低损耗和零电　转换的　技术Ｈ｛版社．　［３］杨旭，裴云庆，王兆安．开关电源技术［Ｍ］．机械丁业｝｝Ｉ版社．　［４］阮新波．严仰光．直流开关电源的软开关技术［Ｍ］．科学Ⅲ　特点，充分利用变压器漏感与功率输｝｝Ｉ管结电容之　版社．　间的谐振，产生满足零电压导通或者零电流截止的　作者简介：　条件，使开关管在零电压时导通，大大减小了功率　马红霞（１９７６一）．女，１９９９年毕业于西安理工大学自动控制专　管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低了开关　业，主要从事软开关电源控制技术的开发及设计生产调试　过程中的损耗，开关频率明显提高。使变换器的体　燕伟康（１９８２一），男，２１１１）５年毕业于西安电子科技大学电气　积、重量大为减小，提高了变换器的功率密度，并且　自动化专业，主要从事软开关电源控制技术的开发及设计　降低了开关电源的音频噪声，对改善动态响应也大　生产调试、　有好处。现在软开关技术已广泛应用于基础直流电　赵升男，工程师，现在金川公司三矿区工作ｊ　源、各种Ｔ业电源（电焊、电解、加热、充电、超声、电　收稿日期：２００８—０８一ｌ０　（上接第２１页）　电机Ｔ程学报，２００１，２ｌ（５）．　１００Ｖ，电机转矩设定为２Ｎ．ｍ，ＳＶＰＷＭ的仿真结果　［２］Ｈ　ｗ　Ｖａｎｅ　ｒｌ，ｒ０Ｐ‘ｌｋ．Ｈ　Ｃ　ＳｋｕｄＰｌｙ，Ｇ　Ｖ　ＳｔｒａｎｄｋＰ．Ａｎａｌｈ，ｓｉｓ　如　ｌ　ｌ、图ｌ２所示　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄ　Ｐｕｌｓｅｗｉｄｌｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　Ｉｌｎ　Ｖｏｈａｇｅ　仿真是产品设汁的重要手段，本文用ＭＡＴＩ　ＡＢ　Ｓｐａｃｅ　ｖｔ　ＩｏｒｌＪｊ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｏｉｌ　ＩＥ，１９８８，２４（１）：１４２—１５０．　的ＳＩＭＵＬＩＮＫ对ＳＶＰ＇ｆＭ进行了仿真实现，仿真建　［３］　火叫　．ＭＡ　１＂１　ＡＢ｝乜力系统设汁　ｊ分析ｌＭｊ．北ｊ　：同　卡；ｌ简　。为检验仿真模　的ｉＦ确性，结合永磁同步　防Ｊ一业版礼．２００４．　电机（ＰＭＳＭ）进行系统仿真，从输　的＿ｆ日关波形来　［４　ｃ乃川等．电力电了和电力拖功拄制系统的ＭＡＴＬＡＢ价　［Ｍ　．北　：ｆＪ【械１－业…版礼．２００６．　看，仿真效果良好．符合实际电机控制的仿真要求，　作者简介：　算法可以用ＤＳＰ来实现数字化，为基于ＳＶＰＷＭ　范心明（１９７７一），男，江西Ｉ勃康人，华南理工大学电气工程　的电机控制打下ｒ良好的基删ｉ　专业硕士毕业．主要从事电机控制、电力系统运行分析与控　参考文献：　制方面的研究与教学工作　［Ｉ　１］杨贵　．孙力等．　，人　脉宽洲制　法的研究［Ｊ］．ｒｆ　收稿日期：２００８—０８—２ｌ　天水电气传动研究所有限公司和《电气传动自动化》期刊社　深兀开展学习实蘸斟学发展娅活动　科学发展观是以为总的党，立足我国社会主义初期阶段的基本国情，总结我国长期的发展实践，借　鉴国外的发展经验，适应新时期我国新的发展要求而提出来的最新科学理论。科学发展观是对党的ｉ代领导集体　关于发展的重要思想的继承和发展．是我国经济社会发展的重要指导方针，是发展中国特色社会主义必须坚持和贯彻　的重大战略思想。深入开展学习实践科学发展观活动，是党的十七大作出的一项重要决策部署，是一项重要的政治任　务，是党用马克思主Ｙ．￣ＰＩ￥１化的最新理论成果武装全党的重要举措，是提高党的执政能力，保持和发展党的先进性　的必然要求，是推进经济社会又好又快发展的迫切需要。天水电气传动研究所有限公司和《电气传动自动化》期刊社领　导高度重视科学发展观学习实践活动，根据上级部门统一要求，结合公司和刊社具体实际，制定了详细的活动实施方　案，扎实有序推进活动的开展。公司和刊社全体员下把学习实践活动作为思想、转变观念、查找问题、分析原因、仔　细调研、制定措施、破解难题、解决矛盾、应对挑战，有力推动公司和刊社科学稳定发展的重大契机。　（赞存庆报道）