基于simulink的SVPWM仿真.doc

1、摘 要： 介绍了电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理，详细阐述了在仿真软件MATLAB/SIMULINK环境下实现SVPWM的方法，最后给出了仿真实验结果。关键词： SVPWM; SIMULINK; MATLAB仿真Simulation of SVPWM based on SIMULINKAbstract：The basic principle of space-vector pulse width modulation is introduced and its arithmetic is presented in detail. The arithmetic is simulate

2、d by SIMULINK in MATLAB and the result is also given. Key words：SVPWM; SIMULINK; MATLAB simulationMATLAB是美国Math Works公司的产品，是一个高级数值分析、处理与计算的软件。SIMULINK是MATLAB的进一步扩展，比传统的仿真软件更直观和方便其最为显著的特点是具有控制系统模型图形组态输入与仿真功能，只需在图形窗口画出所需分析、设计的控制系统方框图，软件本身就能对模型系统进行线性化处理和动态仿真。采用SIMULINK仿真方法对SVPWM进行辅助设计，可通过计算机修改参数，直到获得理想

3、的特性为止。通过仿真研究，实现优化设计，这对高性能的变频调速系统具有一定的应用价值和现实意义。电压空间矢量控制技术是把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的。目 录摘 要 第1章 SVPWM的基本原理.1第2章 SVPWM方法的算法.32.1 扇区判断的算法.32.2 扇区内矢量作用时间的算法.32.3 矢量切换点的算法.7第3章 SVPWM的SIMULINK仿真.83.1 SVPWM的各仿真模块.83.2 3s/2s变换仿真的实现.13设计心得.16参考文献.17第1章 SVPWM的基本原理SVPWM实际是对应

4、三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合。按一定规律来控制逆变器三对桥臂晶体管的通断，将直流侧电压变为三相正弦电压输出。三相逆变电路如图1所示。将逆变桥看作理想开关，并且定义开关量a、b、c为A、B、C三相的开关状态。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1和2、3和4、5和6之间是互锁的，即一个接通（=1）时，另一个断开（=0），共有8种开关状态。根据空间矢量的定义，可以得到8个夹角互为的基本控制矢量， 、和2个零矢量、。8个基本矢量的分布如图2所示。根据矢量合成原理可知 ，在坐标系中的任意一个矢量都可以由8个基本矢量中的与这一矢量相邻的

5、两个基本矢量合成。在一个PWM周期T内，坐标系中合成矢量作用效果和相邻的两个的两个基本矢量分别作了、的效果一致。因此只要知道了基本矢量的作用时间(k=0、1、2、3、4、5、6、7)，就可以计算出脉冲宽度。第2章 SVPWM方法的算法2.1 扇区判断的算法SVPWM信号的实时调制，需要的二维静止坐标系轴和轴的分量和以及PWM周期T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：若0，则A=1，否则A=0；若0，则B=1，否则B=0；若0，则C=1，否则C=0。因此，扇区N=A+2B+4C。2.2 扇区内非零矢量和零矢量作用时间的算法计算每个扇区内两个非零矢量和零矢量作用的时间、。

6、为求解方便定义：，。对于不同的扇区 、，按表2-1取值。扇区ZY-Z-XX-YY-XXZ-Y-Z表2-1 、取值表、赋值后，还要对其进行饱和判断。当+时，则取=，= 。2.3 矢量切换点Tcm1、Tcm2 、Tcm3的算法矢量切换点的计算Tcm1、Tcm2 、Tcm3。由图2-1所示。此处先以第扇区为例，可以得到矢量的切换点：，。TTaTbTc 图2-1 第扇区的三相PWM调制模式下面分别画出第扇区和第扇区的三相PWM波。如图2-2，2-3所示。TTaTbTc 图2-2 第扇区的三相PWM调制模式TTaTbTc 图2-3 第扇区的三相PWM调制模式各扇区的切换点如下表2-2所示。扇区Tcm1T

7、bTaTaTcTcTbTcm2TaTcTbTbTaTcTcm3TcTbTcTaTbTa表2-2 各扇区的切换点第3章 SVPWM的SIMULINK仿真3.1 SVPWM的各仿真模块用SIMULINK实现空间矢量所处扇区的判断，相关模块搭建的仿真模块如图3-1所示。其输入为与，Gain 与Gain1 的值分别取与，Gain2 与Gain3 的值分别取2与4。Switch开关逻辑块起判断作用，它有3个输入值，分别是1、中间输入值、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3-1 判断空间矢量所在区域的仿真实现分别给与赋

8、值，对空间矢量所在区域的仿真进行验证，通过接入示波器观察其所得出的扇区所在区域。将设定为220，设定为220，示波器输出为3，即判断空间矢量所在区域为第扇区。其他空间矢量扇区所在区域的判断，见下表3-1 2200220-220220-2200220220-220-2200N123456表3-1 各扇区的判断图3-2所示为计算X、Y、Z的仿真实现，图中Gain 、Gain1、 Gain2 、Gain3的取值分别为、1.5、1.5。图3-2 计算X、Y、Z的仿真实现取220，取220，T取10，取600，仿真结果示波器显示为X为6.35，Y为-80.715，Z为-2.325。将=220，=220，

9、T=10，=600，代入图3-3所示为、赋值的仿真实现，图中Gain 、Gain1、 Gain2为-1。图3-3 、赋值的仿真实现 N取3，X取6.35，Y取-80.715，Z取-2.325，仿真结果示波器显示为为2.325，为6.35。图3-4所示为Tcm1、Tcm2 、Tcm3赋值的仿真实现，图中Gain 、Gain1、 Gain2的取值分别为0.5、0.5、0.25。图3-4 Tcm1、Tcm2 、Tcm3赋值的仿真实现图3-5所示为生成PWM触发信号的仿真实现。图3-5 生成PWM触发信号的仿真实现三角波时间设置为0 2 4,输出设置为0 2 0, Tcm1为0.331，Tcm2为1.

10、494 ，Tcm3为4.669。接入示波器仿真图如下图3-6、3-7所示。图3-6 示波器Scope输出 图3-7 示波器Scope输出3.2 3s/2s变换仿真的实现要实现SVPWM控制算法，要将三相平面坐标系中的相电压a,b,c转换到-平面坐标系中的，。通过3s/2s变换，可将a,b,c转换成，。在SIMULINK中，非常容易实现此转换，其实现框图如图3-8所示。图3-8 3S/2S变换仿真实现将上述的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3-9所示为SVPWM的仿真实现。图3-9 SVPWM的仿真实现 设定为220，相角设为120，频率设为314；设定为220

11、，相角设为-120，频率设为314；设定为220，相角设为0，频率设为314，T设为10，Vde设定为600，仿真结果如下图3-10、3-11、3-12、3-13、3-14所示。图3-10 示波器Scope1输出图3-11 示波器Scope2输出图3-12 示波器Scope3输出图3-13 示波器Scope4输出图3-14 示波器Scope5输出设 计 心 得通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关SVPWM控制算法方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手绘图

12、仿真，使我掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的仿真验证环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。本设计“SVPWM控制算法MATLAB仿真” ，在理论分析的基础上，应用MATLAB/SIMULINK构建了SVPWM控制算法的仿真模型，并验证理论分析的结论。仿真部分，运用SIMULINK工具箱对系统进行了仿真，得到了仿真波形。通过此次课程设计深入理解了控制算法的设计方法，扩展了知识面，各门课程综合应用，收益颇多，使我对SVPWM控制算法有了更深的认识。这次课程设计终于顺利完成了，在仿真中遇到了很多问题，最

13、后在卢老师的指导下，终于游逆而解。同时，在卢老师的身上我学得到很多实用的知识，再次表示感谢！在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！参 考 文 献1 阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统M.4版.北京：机械工业出版社，2009.8.2 杨贵杰，孙力.空间矢量脉宽调制方法的研究期刊论文-中国电机工程学报 2001（05）3 吴天明.MATLAB电力系统设计与分析.20044 控制系统仿真与计算机辅助设计/薛定宇著.-2版.-北京：机械工业出版社，2008.105 陈坚.电力电子学M.北京：高等教育出版社，2002.1.6 周渊深.电力电子技术与MATLAB仿真M.北京：中国电力出版社，2004.