svpwm控制原理视频（svpwm在simulink仿真）

前言

本章首先介绍了SVPWM控制技术的原理，然后详细分析了SVPWM控制算法的具体实现方法，包括7段SVPWM和5段SVPWM算法，并通过Matlab/Simulink对SVPWM控制算法进行仿真分析，最后采用永磁同步电机矢量控制实例进行算法应用。

1.SVPWM的控制原理

SPWM控制技术主要是控制逆变器的输出电压尽可能接近正弦波，而不考虑输出电流的波形。电流滞环跟踪控制直接控制输出电流接近正弦波。

交流电机需要输入三相正弦电流，其最终目的是在电机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁扭矩。将逆变器和交流电机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作。这种控制方法称为“磁通跟踪控制”。磁通轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量来实现的，因此也称为“电压空间矢量PWM（Space Vector PWM，SVPWM）控制”。

实践和理论证明，与直接SPWM技术相比，SVPWM算法的主要优点是：

1、SVPWM对谐波的优化程度较高。消除谐波的效果比SPWM要好。实现起来比较容易，并且可以提高电压利用率。输出电压最多可提高约15%。

2、SVPWM算法提高了电压源逆变器的直流电压利用率和电机的动态响应速度，同时减少了电机的转矩脉动等缺点。

3、SVPWM更适合数字控制系统。

2.空间向量的概念

在三相逆变器控制中，通常必须分别描述输入和输出三相变量。如果三相变量可以用一个复合量来表示，并且保持信息的完整性，则三相问题将简化为单向问题。从而引入空间向量的概念。

3、电压与磁链空间矢量的关系

4、三相逆变器基本电压空间矢量

此时，上图中的等效电路为：

由此可以推出：

同理可推导出其他组合的电压空间矢量如下表：

5. SVPWM算法的合成原理

根据以上分析，三相正弦波电压在电压空间矢量中合成了一个等效的旋转电压矢量。其转速即为输入电源的角频率。等效旋转电压矢量的运动轨迹是圆形的。因此，要生成三相正弦波电压，可以采用上述电压空间矢量合成技术。在电压空间向量上，设置从起始位置（例如100）开始的电压向量，每次增加一个小增量。增量设定电压矢量可以与该区域中相邻的两个基本非零矢量和零电压矢量合成，这样得到的设定电压矢量相当于电压空间矢量平面上的平滑旋转。电压空间矢量，从而达到电压空间矢量脉宽调制的目的。

6. SVPWM算法推导

在一个切换周期中，空间矢量按照时间划分作用，在时间上形成空间矢量序列。组织空间向量序列的方法有很多种。根据空间矢量的对称性，可分为两相开关换相和三相开关换相。开关换向。

6.1.七段SVPWM

以减少切换次数为目标，选择基本矢量动作序列的原则为：每次切换状态转换时仅改变一相的切换状态。并且零矢量在时间上均匀分布，使生成的PWM对称，从而有效减少PWM的谐波分量。例如从100变为000时，只需改变A相桥臂上下开关管的状态即可。从100改为111时，需要改变BC两相桥臂上下开关管的状态。此方法使开关数量加倍。损失。因此，为了改变电压矢量100、010和001的大小，必须使用零电压矢量000，并且为了改变110、011和101的大小，必须使用零电压矢量111。这样，通过在不同的时间间隔布置不同的开关序列，可以获得对称的输出波形。其他扇区的切换顺序如下：

6.2.五段SVPWM（也称为DPWM）

对于7段SVPWM，波形产生对称，谐波含量小，但每个开关周期Ts中有6个开关次数。为了进一步减少开关次数，采用了各相开关在每个扇区保持相同状态的顺序排列，即5段SVPWM，这样每个开关周期只有3次开关次数，但5段SVPWM会增加谐波。内容，如下表所示：

7.SVPWM算法的实现

7.1.复合矢量Uref所在扇区的确定

7.2.基本电压空间矢量作用时间的计算

当两个零矢量的作用时间为0时，一个PWM周期内非零电压矢量的作用时间最长，此时复合空间电压矢量的幅值最大。从下图可以看出，其最大幅值不会超过图中所示的正六边形边界，而当合成矢量落在该边界之外时，就会发生过调制，逆变器输出电压波形将发生畸变。在SVPWM调制方式下，逆变器能输出的最大不失真圆形旋转电压矢量为下图所示的点线正六边形的内切圆，其幅值为：

7.3.扇区矢量切换点的确定

7.4.PWM信号产生

确定扇区矢量切换点后，将一定频率的三角载波信号与每个扇区矢量切换点进行比较，生成逆变器所需的PWM控制信号。

8.七段SVPWM仿真分析

8.1.仿真电路分析

信号输入：幅值2、频率50Hz的三相正弦波信号

SVPWM算法实现：载波为20KHz三角波，三相逆变电路直流侧电压为24V

function [Tcm1,Tcm2,Tcm3,sector]=SVPWM(Valpha,Vbeta,Udc,Tpwm,ARR)%输出变量初始化Tcm1=0;Tcm2=0;Tcm3=0;sector=0;%扇区计算%N 与对应扇区之间的关系% 3 1 5 4 6 2% I II III IV V VIVref1=Vbeta;Vref2=(sqrt(3)*Valpha-Vbeta)/2;Vref3=(-sqrt(3)*Valpha-Vbeta) /2 ;if(Vref10) 扇区=1;endif(Vref20) 扇区=扇区+2;endif(Vref30) 扇区=扇区+4;end% 扇区X 中复合矢量作用时间的计算=sqrt(3)*Vbeta* Tpwm/Udc;Y=Tpwm/Udc*(3/2*Valpha+sqrt(3)/2*Vbeta);Z=Tpwm/Udc*(-3/2*Valpha+sqrt(3)/2*Vbeta) ;开关（扇区）情况1 T1=Z；T2=Y；情况2 T1=Y;T2=-X;情况3 T1=-Z;T2=X;情况4 T1=-X;T2=Z;情况5 T1=T1+T2);否则T1=T1; T2=T2;end%计算扇区内合成矢量切换点时间%这里是一个7段公式，中间插入两个零矢量000 111 111，000均匀地插入两个端子ta=(Tpwm-( T1+T2))/4;tb=ta+T1/2;tc=tb+T2/2;%输出调制信号开关(扇区)情况1 Tcm1=tb; Tcm2=ta； Tcm3=tc；情况2 Tcm1=ta; Tcm2=tc； Tcm3=tb；情况3 Tcm1=ta; Tcm2=tb； Tcm3=tc；情况4 Tcm1=tc； Tcm2=ta； Tcm3=tb；情况6 Tcm1=tb； /Tpwm;Tcm3=2*Tcm3/Tpwm;Tcm1=Tcm1*ARR; Tcm2=Tcm2*ARR； Tcm3=Tcm3*ARR;结束PWM信号产生：载波为20KHz三角波

硬件电路：

8.2.仿真结果分析

电压空间矢量的运动轨迹：

部门判断结果：

扇区内的矢量切换点，即调制波波形：

脉宽调制信号：

三相电压及滤波后的三相电压波形：生成的三相正弦电压与预期输入电压参数一致，幅值为2，频率为50Hz。

三相电流及滤波后的三相电流波形：

三相线电压和滤波后的三相线电压波形：

9.五阶段SVPWM仿真分析

与上述7段SVPWM算法的区别在于算法扇区切换点的时间不同。算法变化如下。其余与上述7段SVPWM算法仿真相同。

function [Tcm1,Tcm2,Tcm3,sector]=SVPWM(Valpha,Vbeta,Udc,Tpwm,ARR)%输出变量初始化Tcm1=0;Tcm2=0;Tcm3=0;sector=0;%扇区计算%N 与对应扇区之间的关系% 3 1 5 4 6 2% I II III IV V VIVref1=Vbeta;Vref2=(sqrt(3)*Valpha-Vbeta)/2;Vref3=(-sqrt(3)*Valpha-Vbeta) /2 ;if(Vref10) 扇区=1;endif(Vref20) 扇区=扇区+2;endif(Vref30) 扇区=扇区+4;end% 扇区X 中复合矢量作用时间的计算=sqrt(3)*Vbeta* Tpwm/Udc;Y=Tpwm/Udc*(3/2*Valpha+sqrt(3)/2*Vbeta);Z=Tpwm/Udc*(-3/2*Valpha+sqrt(3)/2*Vbeta) ;开关（扇区）情况1 T1=Z；T2=Y；情况2 T1=Y;T2=-X;情况3 T1=-Z;T2=X;情况4 T1=-X;T2=Z;情况5 T1=T1+T2);否则T1=T1; T2=T2;end%计算扇区内合成矢量切换点时间%这里是一个5段公式，中间插入两个零矢量000 111 111，000均匀地插入两个端子ta=0;tb=ta+T1/2;tc=tb+T2/2;%输出调制信号开关（扇区）情况1 Tcm1=tb; Tcm2=ta； Tcm3=tc；情况2 Tcm1=ta; Tcm2=tc； Tcm3=tb；情况3 Tcm1=ta; Tcm2=tb； Tcm3=tc；情况4 Tcm1=tc； Tcm2=tb； Tcm3=ta；情况5 Tcm1=tc； 6 Tcm1=tb； Tcm2=tc； Tcm3=ta;end%调制信号处理，生成调制信号输入到MCU Tcm1=2*Tcm1/Tpwm； Tcm2=2*Tcm2/Tpwm； Tcm3=2*Tcm3/Tpwm ;Tcm1=Tcm1*ARR; Tcm2=Tcm2*ARR； Tcm3=Tcm3*ARR；end9.1。仿真结果分析

电压空间矢量的运动轨迹：

部门判断结果：

扇区内的矢量切换点，即调制波波形：

脉宽调制信号：

三相电压及滤波后的三相电压波形：生成的三相正弦电压与预期输入电压参数一致，幅值为2，频率为50Hz。

三相电流及滤波后的三相电流波形：

三相线电压和滤波后的三相线电压波形：

10. PMSM电压开环控制Matlab/Simulink仿真分析

10.1.仿真电路分析

直接给定同步旋转坐标系下Vd、Vq的电压值，实现永磁同步电机磁场定向的电压开环控制。

7段SVPWM算法

PWM控制信号生成

三相逆变电路和永磁同步电机，电机参数如下：

10.2.仿真结果分析

电压空间矢量的运动轨迹：

扇区内的矢量切换点，即调制波波形：

脉宽调制信号：

电机转速：

定子电流未滤波和滤波电流：

同步旋转坐标系中的定子电流Id和Iq，未滤波和滤波电流：

同步旋转坐标系中的定子电压Vd和Vq，未滤波和滤波电压：

电磁扭矩：

总结

本章首先介绍了SVPWM控制技术的原理，然后详细分析了SVPWM控制算法的具体实现，并通过Matlab/Simulink对SVPWM控制算法进行了仿真分析。最后通过永磁同步电机矢量控制的例子实现了该算法。实现为后续章节的分析奠定基础。