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• 167•基于SVPWM的永磁同步电机控制器设计广东理工学院电气工程系 梁永忠【摘要】本文详细分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的工作原理，设计了永磁同步电机(PMSM)的硬件控制方案，采用STM32F103C8T6单片机实现了该方案的控制程序，通过实验验证了该方案的可行性。
【关键词】空间矢量脉宽调制；永磁同步电机；单片机Design of PMSM Controller Based on SVPWMLiang Yongzhong（Department of Electrical Engineering Guang Dong Polytechnic College ，Zhaoqing 526100，China ）ABSTRACT ：This paper analyzes the working principle of Space Vector Pulse Width Modulation in detail ，and the hardware control scheme of the PMSM is designed.The control program of the scheme is realized by using STM32F103C8T6.The feasibility of the scheme is verified by the experiment.Key words ：SVPWM ；PMSM ；MCU0 引言永磁同步电动机(PMSM)由于其控制特性良好，结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率和功率因数高，已广泛应用于各种工业传动领域，并取得显著的节能效果[1]。
传统的交流电动机采用正弦脉宽(SPWM)调制技术输出一个频率和电压可调、三相对称的正弦波电动机供电电源，这种方法虽然具有数学模型简单、易于实现的优点，但是它的电压利用率太低。
空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术将逆变系统和电机看作一个整体来考虑，使实际磁链矢量追踪理想磁链圆，其控制简单，开关损耗小，电压利用率比一般的SPWM 高[2]。
DOI ：10．19392/j．cnki．1671－7341．201920174永磁同步电机弱磁调速的研究睢丙东韩伟河北科技大学河北石家庄050000摘要：永磁同步电机弱磁调速是现代电机研究的热点之一，解释永磁同步电机传统的弱磁控制原理，研究分析传统弱磁调速的主要缺陷及限制调速范围的因素。
阐述弱磁调速的研究现状以及总结研究的新动向。
关键词：永磁同步电机；弱磁调速；调速范围现代永磁同步电机因为具有高转矩密度、高效率、较为优秀的低速驱动性能以及较宽的调速范围，已经被广泛的应用于电动汽车的驱驱动中。
永磁同步电机调速系统大多由直流电源、逆变器、控制器和电机组成。
但是永磁同步电机励磁所采用的稀土永磁体，磁场不能被调节，因而需要采用弱磁控制的方法来提高转速。
当电机输出功率一定，在低转速时扭矩的提高必然带来额定转速的降低，此时需要弱磁调速控制，如果保持最高转速且稳定，则弱磁调速的范围也随之提高。
因此对弱磁调速能力的研究对提升整个永磁同步电机控制系统的性能有着重要意义。
1弱磁调速的基本原理永磁同步电机弱磁控制原理在于对它励直流电动机的弱磁控制。
由于PMSM 的转子是永磁体，无法通过控制励磁电流的方法去实现弱磁控制，通过电流所产生的励磁来抵消永磁体的磁通方向从而实现弱磁控制。
当转矩恒定且电机稳定运行时，忽略定子电子Ｒs ，定子电压峰值表示为：|u s |=ωr |ψs |=ωr （ψf +L d i d ）2+（L d i d ）槡2（1）式中u s 为最大电压、ψs 为定子磁链。
根据（1）式可知，当|ψs |稳定时，电机的转子转速ωr 和定子电压成正比，且由于最大电压值|ψs |的约束，转速ωr 受到限制，电机会达到最大转速为ωn ，称其为转折速度。
当需要拓宽调速范围时，就需要使用弱磁控制的方法。
如下图为电机的转子永磁励磁结构。
电机转子结构图一般去磁作用有两种方法：1增加直流去磁电流分量；2减小交轴电流分量，可以维持电机的电压平衡关系。
基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真随着电动机在社会生产中的广泛应用，由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合已获得广泛的应用。
我国制作永磁电机永磁材料的稀土资源丰富，稀土资占全世界的80％以上，发展永磁电机具有广阔的前景。
第一章永磁同步电机的矢量控制原理1.1 永磁同步电机控制中应用的坐标系交流电机的数学模型具有高阶次，多变量耦合，非线性等特征，难以直接应用于系统的设计和控制，与直流电机单变量，自然解耦和线性的数学模型相比较，交流电机显得异常复杂。
因此需要通过适当的转换，将交流电机的控制变换为类似直流电机的控制将大大简化交流电机控制的复杂程度。
永磁同步电机矢量控制的基本思想是把交流电机当成直流电机来控制，即模拟直流电机的控制特点进行永磁同步电机的控制。
为简化感应电机模型，可将电机三相绕组电流产生的磁动势按平面矢量的叠加原理进行合成和分解，使得能够用两相正交绕组来等效实际电动机的三相绕组。
由于两相绕组的正交性，变量之间的耦合大大减小。
1.1.1系统中的坐标系1)三相定子坐标系(U-V-W坐标系)其中三相交流电机绕组轴线分别为U、V、W，彼此之间互差120度空间电角度，构成了一个U-V-W三相坐标系。
空间任意一矢量在三个坐标上的投影代表了该矢量在三个绕组上的分量。
2)两相定子坐标系(α-β坐标系)两相对称绕组通以两相对称电流也能产生旋转磁场。
对于空间的任意一矢量，数学描述时习惯采用两相直角坐标系来描述，所以定义一个两相静止坐标系，即α-β坐标系。
它的轴α和三相定子坐标系的A轴重合，β轴逆时针超前α轴90度空间电角度。
一种过调制算法及其在永磁同步电动机弱磁控制中的应用过调制是一种在永磁同步电动机中用于弱磁控制的算法。
该算法通过在电流控制回路中引入过调制技术，可以在磁通极度减弱的情况下仍保持较高的动态响应性能和较高的功率因数。
本文将介绍过调制算法的原理和应用。
过调制算法的原理基于永磁同步电动机的特性。
永磁同步电动机可以通过调节电流矢量的幅值和相位来实现电机控制。
传统的矢量调制算法在磁通减弱较多的情况下，容易导致电流矢量失真和磁通损耗增大。
为了解决这个问题，过调制算法引入了超调电压信号，并在电流矢量控制回路中引入了超调控制器。
过调制算法的基本思路是通过超调电压信号改变电流矢量幅值和相位，使电机具有更好的响应性能和功率因数，同时减小磁通损耗。
具体来说，当磁通较弱时，通过增大电流矢量的幅值和改变相位，可以提高电机的转矩和降低电机的电磁启动时间。
同时，在电流矢量较小的区域，过调制算法可以提高电机的效率和功率因数。
因此，过调制算法可以有效地解决永磁同步电动机在弱磁运行条件下性能下降和功率因数恶化的问题。
过调制算法的应用主要集中在永磁同步电动机的弱磁控制中。
在传统的弱磁控制方法中，电机容易产生振荡、响应滞后、转矩下降等问题。
过调制算法通过引入超调电压信号和超调控制器，可以减小这些问题，并保持电机的高动态响应性能和高功率因数。
同时，过调制算法还可以减小电机的磁通损耗，提高电机的效率。
在实际应用中，过调制算法可以通过改变超调电压信号的幅值和频率来实现不同的控制效果。
具体来说，当电机处于弱磁工况时，可以适当增加超调电压信号的幅值，从而提高电机的转矩响应和动态性能。
当电机处于负载工况时，可以降低超调电压信号的幅值，以减小电机的磁通损耗和提高效率。
总之，过调制算法是一种在永磁同步电动机弱磁控制中应用的有效方法。
该算法通过引入超调电压信号和超调控制器，可以在磁通减弱的情况下仍保持电机的高动态响应性能和功率因数。
在实际应用中，过调制算法可以根据不同的工况需求来调节超调电压信号的幅值和频率，从而实现不同的控制效果。
现代驱动与控制SVPWM过调制法在永磁牵引逆变器中的应用张育超1徐鹏程2中国船舶重工集团公司第七一三研究所（450000）中船重工海为郑州高科技有限公司（450000）Application of SVPWM Overpopulation Algorithm into Permanent Magnet Traction InvertersZHANG Yuchao XU PengchengCSIC No.713InstituteCSIC Haiwei Zhengzhou High-Tech Co.,Ltd.摘要：为了提高地铁牵引逆变器直流母线电压利用率，将基于叠加原理的过调制处理算法，应用在永磁同步电动机控制系统中，以减小电压谐波畸变率和转矩波动。
文章先介绍过调制算法的原理，然后给出永磁同步电动机的运行方式及各个同步区的调制模式，最后在Matlab/Simulink环境下，建立永磁同步电动机控制系统的仿真模型.将基于叠加原理的过调制算法和传统单模式过调制算法进行对比仿真。
结果表明，采用前者输出相电压谐波含量得到明显的抑制，转矩波动较小。
关键词：永磁同步电动机控制系统过调制牵引逆变器叠加原理中图分类号：TM301.2文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.l006-2807.2019.05.008 Abstract:In order to increase the utilization ratio of De bus voltage of subway traction inverter,the overpopulation algorithm based upon superposition principle is applied into the permanent magnet synchronous motor control system,to lower voltage harmonics distortion rate and increase torque ripple.First,principle of overpopulation algorithm is introduced in detail,and then,the operation mode of the permanent magnet synchronous motor and modulation mode of each synchronous zone are given,and finally,simulation mode of the synchronous motor control system is established under the Matlab/Simulink parison and simulation are done between the overpopulation algorithm based upon superposition principle and traditional single-mode overpopulation e the results that the harmonic contents in the output phase voltage is obviously decreased as same as torque ripple,in case of ap・plying former algorithm.Keywords:permanent magnet synchronous motor control system overpopulation algorithm traction inverter superposition principlePWM技术是交流调速系统中一个关键环节，常用的调制方法有SVPWM和SPWM两种。
三相永磁同步电动机直接转矩控制技术及仿真研究 1引言随着社会实际生产要求的不断提高，现代电机控制技术也不断得以升级。
继矢量控制之后，1986年日本I.TakhaShi 和德国M.Depenbrock 分别提出了直接转矩控制技术。
直接转矩控制(Direct Torque Control ，DTC)是基于定子磁场定向和电压空间矢量分析的方法，根据转矩偏差、磁链偏差及定子磁链的空间位置，选择合适的电压矢量。
这项技术的问世，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能等优点受到普遍关注并被广泛研究。
常规的DTC 方案其实是一种Bang —Bang 控制方法：针对定子磁链幅值和转矩偏差以及磁链的空间位置， 在一个控制周期内，选择和发出单一空间电压矢量，这个电压矢量要同时控制磁链和转矩的误差方向，而忽略了转矩和磁链误差大小，从而经常造成转矩和磁链脉动，不能达到期望的最佳控制效果。
减小滞环容差可以减小脉动，但又会导致逆变器的开关频率增大，开关损耗随之增加；矢量细分法改善了磁链轨迹，但结构相对复杂。
矢量调制 (Space V oltage Vector Modulation)是在一个控制周期内，通过相邻电压矢量和零矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的连续可调。
本文在分析了直接转矩控制原理(DTC)和空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基础上，做了基于磁链空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制技术的仿真。
1直接转矩控制原理永磁同步电机在转子坐标系下的数学模型：⎥⎦⎤⎢⎣⎡ψ+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡f q d q d q d q d i i pL R L L pL R u u ωωω0 (1) []sm q d s sm q f q d sn e L L L L L P t δδ2sin )(sin 243-ψ-ψψ= (2)[]t sm q d s sm q f q d s n t t d d L L L L L P d d eδδδ2cos )(2cos 243-ψ-ψψ= （3）式中：q d q d q d L L i i u u ,,,,,——定子电压、电流、电感在q d ,轴上的分量；s f ψψ,——励磁磁链和定子磁链；p P t n e ，,——电磁转矩、转子极对数和微分算子；δsm ——负载角；式(2)表明，电机参数确定后，在实际运行中，永磁同步电机转子上励磁磁场的磁链幅值一般为恒值，为保证充分利用电动机铁心，通常要使定子磁链的幅值为额定值，这样就可以直接通过控制负载角δsm 的大小来控制电磁转矩的大小，这就是DTC 的核心思想。
