异步电机SVPWM控制系统设计

异步电机矢量控制的数字化系统的设计与实现摘要：为了满足交流传动系统对异步电机控制的要求，根据异步电机的工作原理和矢量控制的原理，详细分析了空间矢量脉宽调制（svpwm）算法和控制实现方法，建立了以tms320f2812型dsp 为控制核心的异步电机矢量控制数字化实验平台，实现了对异步电机的高效控制。

实验结果表明，该数字化系统具有良好的性能，实现方法简单有效便于工程实际应用。

关键词：异步电机矢量控制空间矢量脉冲调制 tms320f28121 引言矢量控制以磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系下的交流量变换到旋转坐标系下的直流量，可以将定子电流分为励磁电流与转矩电流进行分别控制，进而控制异步电机的转矩、转速[1]，从而使电机的控制效果达到直流电机的控制效果。

本文采用基于转子磁场定向的矢量控制结合svpwm对异步电机进行控制[2，3]。

以三相对称正弦电压供电时的理想圆形磁通为基准，用逆变器不同开关模式进行组合，使实际磁通逼近基准磁通。

以tms320f2812型dsp为控制核心，进行了数字化异步电机调速控制系统的研究。

2 svpwm原理及实现2.1 svpwm原理交流电机的对称三相正弦供电电压所合成的电压矢量us是一个旋转的空间矢量，以角速度ω=2πf按逆时针方向匀速旋转。

逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量，定义开关函数 sx （x=a、b、c）为：（sa、sb、sc）的全部可能组合共有八个，6个非零矢量ul（001）、u2（010）、u3（011）、u4（100）、u5（101）、u6（110）和两个零矢量u0（000）、u7（111），如图1所示。

图 1 电压空间矢量图2.2电压空间时间作用时间的计算对于任意的电压矢量，可以通过某两个基本空间矢量来合成，以第一扇区为例：（2）其中ts为参考旋转电压矢量uref的作用时间，t1和t2分别为电压矢量u4和u6的作用时间，在αβ坐标系下有：（3）从上式可以得到，相邻电压空间矢量作用时间t1、t2。

基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的研究异步风力发电机直接转矩控制是风力发电系统中的核心技术之一，其能够确保发电系统的安全运行和高效输出。

在传统控制方法中，由于异步发电机特性的不确定性以及外部环境干扰的影响，控制精度和效率较低。

而基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法能够解决这些问题，并具有出色的控制性能和稳定性。

本文将对此方法进行深度研究和详细阐述。

1. 基于SVPWM的风力发电机直接转矩控制原理SVPWM即空间矢量脉宽调制技术，它是一种高效的PWM控制方法，能够将三相交流电压转换为两个合成对称的方波信号，从而实现对电机速度和转矩的精密控制。

同时，SVPWM也能够有效减小齿槽谐波以及换相过程中的电压尖峰，保证电机运行的平稳性和稳定性。

异步风力发电机的直接转矩控制主要应用了磁场定向控制和电流内环闭环控制原理。

在该控制方法中，电机的速度和位置信息由编码器或者传感器获取，并通过转速控制器反馈至控制器。

根据此信息，控制器能够实现对电机输出磁场定向电流以及转矩电流的控制。

具体来说，SVPWM控制方法主要分为三个步骤：1）采样输入电压和电流信号，并进行四象限运算，确定电机转矩和位置信息。

2）将电机电流信号转化为abc坐标系下的矢量信号，计算出合成矢量以及其所在扇区。

3）根据合成矢量和扇区，进行开关管的开关控制，实现磁场定向和转矩控制。

在SVPWM控制过程中，关键是要确定合成矢量和扇区。

首先，通过坐标变换将三相电流转换为abc坐标系下的矢量；其次，根据矢量的和差性和相邻矢量的夹角，计算出合成矢量以及其所在扇区。

最后，根据合成矢量与各相基波的相对关系，确定开关管的开关方式和时序，实现对电机转矩和速度的控制。

2. 基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的实现基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的实现主要包括以下步骤：1）采集电机的速度和位置数据，通过速度控制器实现转速反馈，控制电机的速度。

目录第一章概述 2 第二章电压空间矢量脉宽调制技术的原理 42.1 矢量控制原理 42.2 电压空间矢量 52.3 电压空间矢量合成82.4 电压空间矢量所在扇区的判断92.5 开关向量作用时间的计算10 第三章SVPWM仿真实现143.1 MATLAB总体仿真图143.2 各模块MATLAB仿真图153.3 MATLAB各模块仿真结果分析17 第四章总结与体会19 参考文献20第一章概述1.空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation)SVPWM的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。

传统的SPWM 方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM 方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。

普通的三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥. 这六个开关器件组合起来（同一个桥臂的上下半桥的信号相反）共有8种安全的开关状态. 其中000、111（这里是表示三个上桥臂的开关状态）这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。

因此称其为零矢量。

另外6种开关状态分别是六个有效矢量。

它们将360度的电压空间分为60度一个扇区，共六个扇区。

利用这六个基本有效矢量和两个零量。

可以合成360度内的任何矢量。

当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量。

而后用这两个基本矢量矢量去表示。

而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。

在变频电机驱动时，矢量方向是连续变化的，因此我们需要不断的计算矢量作用时间。

为了计算机处理的方便，在合成时一般时定时去计算（如每0.1ms计算一次）。

这样我们只要算出在0.1ms内两个基本矢量作用的时间就可以了。

由于计算出的两个时间的总合可能并不是0.1ms(比这小)，而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量。

全数字式SVP WM控制的异步电动机变频调速系统α章丽红(江苏常州轻工职业技术学院电子电气系,常州213164)摘要:由于传统的矢量控制技术对电动机参数依赖大,电机运行后的参数变化对系统性能影响大,而电压空间矢量控制技术,采用磁链环路通过对电压矢量的控制,可以得到逼近圆形的磁链轨迹,以减小电机低频转矩脉动和谐波电流损耗,达到对速度转矩调整的目的。

以80C196M C单片机为控制器,以IP M为主功率开关器件,设计出异步电动机全数字式SV P WM电压空间矢量控制系统,并给出软件编程和硬件电路,通过利用M A TLAB的S I M UL I N K工具对其进行的仿真研究,证实了该系统具有提高电压利用率、抑制电流谐波等方面的优势。

关键词:异步电动机;变频调速;电压空间矢量;仿真中图分类号:TM921 文献标识码:A 文章编号:100328930(2006)0120058205Full D ig ita l SVP WM Con trolled VFVS System of I nduction M otorZHAN G L i2hong(E lectron and E lectric D ep artm en t,Changzhou In stitu te of L igh t Indu stry T echno logy,Changzhou213164,Ch ina)Abstract:T he i m p lem en tati on of traditi onal vecto r con tro l techno logy depends on mo to r param eters and the change of the param eters w ill influence system perfo rm ance greatly.V o ltage space vecto r con tro l techno logy can ob tain app rox i m ately round m agnetis m chain o rb it,reducing mo to r’s low frequency pu lsati on and harmon ic lo sses.It can be adop ted to adju st the speed to rque.A fu ll digital con tro l system fo r inductive mo to r has been designed,w h ich u ses80C196M C single2ch i p as con tro ller and IP M(in tellectual pow er modu le)as m ain pow er devices.T he softw are p rogram and hardw are circu its of the con tro l system are p resen ted.T he advan tages of the system,such as i m p roving the vo ltage u tility rati o and supp ressing cu rren t harmon ics,have been p roved by M A TLAB si m u lati on.Key words:inducti on mo to r;variab le frequency variab le speed(V FV S);vo ltage space vecto r;si m u lati on1　前言 交流异步电动机因其结构简单、价格便宜、维护方便,在生产和生活中得到了广泛的应用。

基于SVPWM的异步电机变频调速系统的研究异步电机变频调速系统是现代电力系统中常用的一种调速方法，其通过改变电机的供电频率达到调节电机转速的目的。

随着电力电子技术的发展，基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的异步电机变频调速系统逐渐成为研究的热点。

本文将从SVPWM工作原理、SVPWM调速系统的基本结构和控制策略等方面对基于SVPWM的异步电机变频调速系统展开详细研究。

首先，介绍SVPWM的工作原理。

SVPWM是一种综合利用直流信号和交流信号来控制逆变器输出的方法，其通过合理的调节直流信号和交流信号的幅值和相位来实现对逆变器输出电压的控制。

SVPWM可以有效地提高电机的工作效率和调速响应速度，同时减小电机的谐波失真。

其次，介绍SVPWM调速系统的基本结构。

SVPWM调速系统主要由电源模块、逆变器模块、电机模块和控制模块组成。

电源模块负责提供电源电压，逆变器模块将直流电压转换为交流电压供给电机，电机模块将交流电压转换为机械能，控制模块对整个系统进行调节和控制。

然后，详细介绍SVPWM调速系统的控制策略。

SVPWM调速系统的控制策略可以分为开环控制和闭环控制两种方式。

对于开环控制，控制算法主要基于电机的数学模型，通过计算电机的工作状态和控制信号来实现对电机转速的调节。

而对于闭环控制，则需要实时采集电机的转速信息，通过反馈控制来实现对电机转速的精确调节。

最后，对基于SVPWM的异步电机变频调速系统的未来发展进行展望。

随着电力电子技术的进一步发展，基于SVPWM的异步电机变频调速系统将进一步提高其控制精度和调速性能，为各个工业领域提供更加可靠和高效的动力系统。

综上所述，基于SVPWM的异步电机变频调速系统是一种非常有潜力的调速方法。

通过深入研究SVPWM的工作原理、调速系统的基本结构和控制策略，可以更好地实现对异步电机的精确调速控制。

同时，基于SVPWM的异步电机变频调速系统也将在未来的发展中得到进一步的完善和应用。

异步电动机基于SVPWM的简化三电平矢量控制系统的研究1 绪论三电平逆变器是应用于高压大容量传输领域的电源转换器,起源于1977年德国学者霍尔兹提出的三电平逆变器主电路及其程序。

1980年,纳夫莱和日本长冈大学的一些人在此基础上继续研究发展,用一对二极管取代了辅助夹开关,并且连接到上部和下部引脚主要开关的中点的按顺序分别补足中点箝位。

图1显示了该二极管中性点固定三电平逆变器的拓扑结构。

图1 二极管中性点固定三电平逆变器拓扑图2 简化三电平SVPWM算法三电平逆变器拓扑结构的每一相需要四个功率开关,两个钳位二极管,和四个持续流二极管。

不同的开关组合能产生不同的电压空间矢量规范，三电平逆变器可以产生27种不同的电压空间矢量规范, 每个适量对应着三电平逆变器不同的开关状态。

三电平电压空间矢量图如图2所示。

图2 三电平电压空间矢量三电平电压空间矢量比两电平电压空间矢量复杂很多。

过去，多数的三电平电压空间矢量控制方式是将一个象限划分为四个小三角形。

然后在每个小三角形里解决每个有效矢量动作时间。

解决所有的24个小三角形计算量是巨大的，为了确定的模式向量合成它需要解决在每个象限每个三角形的开关角。

所以与三角载波比较时我们可以计算比较。

这个计算方法是复杂的,很难适用于拓扑的三级或n能级(n≥3)逆变器。

三电平空间矢量可以被认为是由传统二级空间向量构成的6个小六角形。

三电平空间矢量图的每一个六角形的中心是小六边形内部的顶点。

三级空间矢量的分析如图3所示图3 三电平空间矢量分析三级电压空间矢量平面原始点是V0，当我们将三电平电压空间矢量平面减为两相电压空间矢量平面时，期望合成输出电压空间矢量的平面转化为包含参考电压空间矢量的小六角形。

原始点的6小六角是V1、V2、V3、V4、V5和V6.修正后我们可以考虑新的参考电压空间向量作为所需的输出电压空间矢量，然后按有效的顺序变换每个有效矢量和零矢量的坐标，然后整个研究平面完全转换为两级电压空间矢量平面。

基于svpwm的异步电机直接转矩控制系统研究研究背景：
异步电机（AEM）在很多工业应用领域，如转矩控制和精密位置调节，都具有重要的意义。

近年来，随着电力电子元件和控制算法的发展，异步电机的转矩控制系统也发生了变化。

由于矢量控制（VMC）的出现，直接转矩控制系统，也称为矢量转矩控制系统，也得到了广泛的应用，甚至可以得到理论上的完善。

矢量控制的基本原理是在磁通链路上作用电压，时变电压的柔性调节可以调节磁链恢复矩，从而达到调节转矩的目的。

其中，基于矢量积分正弦（SVPWM）原理的直接转矩控制系统特别值得研究。

研究内容：
本文旨在对一种基于SVPWM（Sine Vector Pulsed Width Modulated）控制技术的直接转矩控制系统进行研究，试图提出一种性能更高的AEM直接转矩控制系统。

首先，研究介绍了该系统的结构和工作原理，并介绍了基于SVPWM控制原理的转矩控制算法。

其次，通过仿真研究，分析系统性能，对仿真模拟结果进行详细分析，全面了解异步电机直接转矩控制系统的工作特性。

最后，研究并且给出了不同背景下，由SVPWM控制的AEM直接转矩控制系统的性能，最终得出的结论是，基于SVPWM控制的AEM直接转矩控制系统可以实现良好的转矩控制效果，在某些工况下表现良好，因此具有一定的实用价值。

研究结论：
本研究针对基于SVPWM控制原理的异步电机直接转矩控制系统，分析了系统结构和工作原理，并进行了仿真模拟分析。

受到仿真计算结果的肯定，研究发现基于SVPWM控制的AEM直接转矩控制系统表现良好，具有一定的实用价值。

张小只智能机械工业网张小只机械知识库基于SVPWM的异步电机位置伺服控制系统研究与仿真引言 在交流电机变频调速中pwm控制已经得到了日益广泛的应用，其中经典的正弦脉宽调制（spwm），它主要着眼于使逆变器输出的电压尽量接近正弦波，使pwm电压波的基波成分尽量大，谐波成分尽量小，但是该方法仅仅是一种近似，抑制谐波的能力有限。

而电压空间矢量脉宽调制（svpwm）是把逆变器和电机视为一体，控制电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场。

它能够明显地减少逆变器的输出电压的谐波成分及电动机的谐波耗损，降低了转矩的脉动。

本文根据矢量控制和svpwm调制原理，建立了仿真模型，并对仿真中的关键问题和仿真结果进行了分析。

 系统仿真模型的建立 基于svpwm的矢量控制模型 图1为位置伺服控制系统框图，该系统通过clarke变换和park变换将检测到的三相定子电流变换成同步旋转坐标系下的直流分量id、iq作为电流反馈。

给定位置与位置反馈的偏差值经过p调节器，输出作为用于转速控制的转速输入，位置环的输出与反馈转速的偏差经pi调节器，输出作为用于转矩控制的电流q轴分量，和通过变换计算的电流d轴分量，与电流反馈的偏差经pi调节器分别输出q、d同步旋转坐标轴下的电压分量vq、vd、vq、vd再经过park逆变换转换成两相静止坐标系下的电压分量vα、vβ。

最后采用svpwm技术产生pwm控制信号来控制逆变器。

根据svpwm矢量控制的原理，在matlab/simulink下建立系统的仿真模型，如图2所示。

整个仿真模型主要由电机本体模块、逆变器模块、svpwm生成模块、矢量变换模块、转子磁链位置观测模块等几部分组成。

为了使仿真模型更加接近于实际系。