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1、第17卷第1期镇江高专学报Vol117No112004年1月JournalofZhenjiangCollegeJan1,2004SVPWM电机控制系统的MATLAB建模与分析冷承业(东南大学,江苏南京 210096)摘 要:介绍空间矢量脉宽调制(SVPWM)电机控制系统的基本原理,阐述在MATLAB/SIMULINK下建立该系统的方法,并将所建模型的仿真结果与传统的正弦脉宽调制(SPWM)系统的仿真结果进行对比分析。关键词:空间矢量脉宽调制;MATLAB;仿真中图分类号:TM30112 文献标识码:B 文章编号:100828148(2004)01200382040 引
2、言使用正弦脉宽调制(SPWM)来控制电机系统,电路结构简单、成本较低,但系统性能不高,并且存在逆变器死区问题而稳定性较差。空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)同时控制三相电流的状态,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,能够提高功率因数,降低损耗。本文使用著名的系统仿真软件MATLAB建立了基于SVPWM的电机控制模型和基于传统SPWM的电机控制模型,并对两者进行比对分析,得到了令人满意的结果。1 基本原理空间矢量脉宽调制技术是以获取圆形磁链轨迹为目的的,根据异步电机的运行规律可知,如果忽略定子电阻的影响,磁链矢量表现为定子电压矢量对时间的积分。也就是说,磁链矢量的顶
3、端始终指向定子电压矢量与作用时间的乘积的和矢量的终点。如图1所示。图 1在采用三相逆变器对异步电机供电时,根据逆变器的工作原理可以知3道,逆变桥共有2=8种状态1若将逆变器的八种状态用电压空间矢量来表示,则形成8个离散的电压空间矢量。每两个工作电压矢量在空间的位置相隔60度,矢量的长度为2/3Ud,图 3其中000、111对应的矢量称为零矢量。各矢量关系如图2所示。如图3将欲形成的磁链圆分成6个部分,对照图2各个空间矢量的方图 2向,很容易发现每个部分可以由两个相邻的电压矢量不断切换来逼近。磁链圆的半径R可以由定子电压us和ω求得:3R=×(us/ω)(1)2收稿日期:2
4、003-05-09作者简介:冷承业(1975-),男,江苏镇江人,镇江市高等专科学校助教,东南大学硕士生。·38·由图4可见,每个区域划分的数量越多,则轨迹越接近圆形。现将每个区域划分为10份,每份时间为2Δn。三角形两边的边长分别为us×T1和us×T2,以中间区域为例分析几何关系得知:T1=C·sin(Φ+Δn+π/3)(2)T2=C·sin(Φ+Δn-π/3)(3)式中C=4R(3Ud)sinΔn(4)如果整个磁链圆周期为T,考虑到T1+T2的和一般小于T/60,所以可以通过零矢量来调整时间,使切换时间的和与周期相匹配,调整时间T0T0=T/60-T1-T2(5)图
5、4那么只需要根据计算出的时间有规律地切换相邻空间电压矢量,就可以得到所需的圆形磁链轨迹。在MATLAB中建立该控制模型的方法如下。2MATLAB建模在MATLAB中建立电机控制系统模型,一般可以分为三大部分。第一部分是电机运行部分,由电源、逆变器、电机本身构成。第二部分是控制部分,根据不同的控制方式,由不同环节组成,是电机控制系统的核心。第三部分是检测和显示部分,主要用于检测和显示系统中的电压、电流、转矩等关键量。根据不同模块的不同特点,有不同的建模方式。对于运行和检测显示部分,主要通过MATLAB/SIMULINK里现有的模块来搭建。对于控制部分,可以根据控制逻辑,通过
6、一些逻辑器件来实现,或者直接通过S-function编程来实现。下面分别对各部分进行说明。211 电机运行部分电机为异步感应电机,主要参数为:3HP(212KW),380V,50HZ,直接选用AsynchronousMachine模块,该模块不但提供了电压、频率、功率等主要参数设定,还可以根据需要设定定子转子电阻电感、极对数、初始电流等等,并且可以根据需要加上负载转矩,模拟真实的运行情况。图 5逆变器选用IGBTInverter,设定为桥臂对数为3,其余参数保持默认状态。电源直接采用380V直流供电,为了简化模型,在仿真模型中直接用直流电源表示,在具体实际系统中可以考虑使
7、用开关电源来输出直流电压。212 检测和显示模块需要检测的主要参数包括:电机线电压、定子电流、转矩、转速。其中线电压通过电压检测模块VoltageMeasurement来实现,其余3个量均可以通过电机模型直接输出。在MATLAB/SIMULINK中提供了Scope显示模块,类似于平常使用的示波器,但功能作了拓展,可以显示转矩、电流等任何类型、任何量纲的量。在Scope模块中,必须根据具体的情况合理地设置采样时间等参数,由于电机控制数据量较大,·39·还应当把Scope中的记录点数限制取消。如果这些设置不恰当,就只能看到部分或者
