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SVPWM控制_3S_2r模型搭建

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SVPWM只是一个表现，内部实质的东西其实 clark 、park 变换，dq变换这
些东西，只有搞懂这些了，再去看SVPWM才是正路，搞懂这些，电机，乃至反向
变换的三相整流，逆变，变流，都会通了许多。

坐标变换原理
坐标变换是指采用一定的数学方法将一种坐标系的坐标变换为另一种坐标
系的坐标的过程。对于很多电气领域的朋友来说，这是一个比较简单的问题， 且
Simulink/SimPowerSystem 里有现成的坐标变换模块，此处赘述，只是给出自己
当时学习「坐标变换」时的一点心得。
1.坐标变换的性质及约束条件
坐标变换是一种线性变换，如无约束，变换就不是唯一的。在电机的系统分
析中，所应用的坐标变换可有两种约束：(1)功率不变约束，即变换前后功率保
持不变；(2)合成磁动势不变约束，即变换前后合成磁动势保持不变。
1.1功率不变约束
设在某坐标系统中各绕组的电压和电流向量分别为

在新的坐标系统中电压和电流向量变为
新向量与原向量的坐标变换关系为：
由于变换前后功率不变，则
从而

其中E 为单位矩阵。上式就是功率不变约束下坐标变换阵需要满足的关系
式。在一般情况下，电压变换阵与电流变换阵可以取为同一矩阵，即令

则有

由此可知，在功率不变约束下，当电压向量和电流向量选取相同的变换阵时， 变
换阵的转置与其逆矩阵相等，这样的坐标变换属于正交变换。
1.2合成磁动势不变约束

至于合成磁动势不变约束，因为绕组电流与磁动势成正比，只要把电流的合
成向量分别在新坐标系和原坐标系进行投影，就可以确定新向量与原向量之间的
坐标变换关系。

2.三相-两相变换(3/2变换)
三相-两相变换即指在三相静止坐标系A-B-C和两相静止坐标系alpha-beta
之间的变换，简称 3/2 变换或Clarke变换。

2.1 Clarke变换矩阵
图1给出了A-B-C坐标系和 alpha-beta 坐标系，为方便起见，取 A 轴和
alpha 轴重合。设三相绕组每相有效匝数为N3， 两相绕组每相有效匝数为N2 ，
各相磁动势为有效匝数与电流的乘积，其空间矢量均位于有关相的坐标轴上。由
于交流磁动势的大小随时间在变化着，图中磁动势矢量的长度是随意的。
图1 三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量
设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与二相总磁动势相等时，两套
绕组瞬时磁动势在 alpha、beta 轴上的投影都应相等，即

写成矩阵形式，得
考虑变换前后总功率不变，在此前提下，匝数比应为
从而，

令C3/2 表示从三相静止坐标系A-B-C到两相静止坐标系 alpha-beta 的变
换矩阵，则

令C2/3 表示从两相静止坐标系 alpha-beta到 三相静止坐标系A-B-C 的
变换矩阵，则
按照所采用的条件，电流变换阵也就是电压变换阵，同时还可证明，它们也
是磁链的变换阵。

2.2 Clarke变换的MATLAB实现
在MATLAB/SIMULINK环境下，建立Clarke变换模块，并封装为一个子系统，
如图(2)所示。

图2 Clarke变换模块 (a)封装示意图；(b)内部示意图
图(2)中的“alphaFun”和“BetaFun”均为SIMULINK/USER-DEFINED FUNCTIONS
中的Fcn模块，可设定较为复杂的函数表达式。两个函数的设置如图(3)所示，
可实现C3/2所描述的Clarke变换。

图3 函数设置示意图 (a)alphaFun模块设置；(b)BetaFun模块设置
而C2/3表示的逆变换可按照类似的过程生成。利用这两个模块建立如图(4)
所示的仿真模型，进行Clarke变换的验证。
图4 Clarke变换仿真模型
其中的三个正弦信号分别为

表示A-B-C坐标系下的分量，频率为50Hz。经Clarke变换后所得变量，再
经逆变换后又可得到原来的三相正弦信号，图(5)为仿真结果。

图5 Clarke变换仿真图(a)原信号；(b)Clarke变换后信号；(c)Clarke逆变换后信号；(d)
误差信号
3.两相-两相变换(2s/2r变换)
两相-两相变换即指在两相静止坐标系 alpha-beta 和两相旋转坐标系d-q
之间的变换，简称 2s/2r 变换或Park变换。

3.1 Park变换矩阵
图(6)给出了两相静止坐标系 alpha-beta 和两相旋转坐标系 d-q 。 图中，
两相交流电流i_alpha、i_beta 和两相直流电流i_d、i_q 产生同样的以同步转
速W1 旋转的合成磁动势Fs。 由于各绕组匝数都相等，可以消去磁动势中的匝
数，直接用电流表示。但必须注意，这里的电流都是空间矢量，而不是时间相量。

图6 两相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量
d,q轴和矢量Fs都以转速 W1 旋转，分量 i_d、i_q 的长短不变，相当于
d-q绕组的直流磁动势。但 alpha，beta轴是静止的， alpha 轴与d轴的夹角
随时间变化，因此i_s在 alpha，beta轴 上分量也是 随时间变化的，相当于
绕组交流磁动势的瞬时值。由此可知，

则两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的变换阵是：
两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系的变换阵是：
电压和磁链的旋转变换阵也与电流（磁动势）旋转变换阵相同。
3.2 Park变换的MATLAB实现
在MATLAB/SIMULINK环境下，建立Park变换模块，并封装为一个子系统，
如图(7)所示。

图7 Park变换模块 (a)封装示意图；(b)内部示意图

图8 函数设置示意图 (a)dFun模块设置；(b)qFun模块设置
而式C2r/2s表示的逆变换可按照类似的过程生成。利用这两个模块建立如
图(9)所示的仿真模型，进行Park变换的验证。

图9 Park变换仿真模型
把图(9)中经Clarke变换后得到的两相静止坐标系下的分量输入到Park变
换模块，并令d轴与A、B、C三相分量合成的空间矢量重合，即Park变换模块
输入的角度为wt, 则可得Pake变换后的分量，再经Park逆变换又可得到原来
经Clarke变换后得到的分量。图(10)为仿真结果。
图10 Park变换仿真图
(a)原信号；(b)Clarke变换后信号；(c)Park变换后信号；(d)Park逆变换后信号

4.三相-两相变换(3s/2r变换)
三相-两相变换即指在三相静止坐标系A-B-C和两相旋转坐标系d-q 之间的
变换，简称 3s/2r变换。

4.1 3s/2r变换矩阵
图(11)给出了三相静止坐标系A-B-C和两相旋转坐标系d-q 坐标系。
图11 三相静止坐标系A-B-C和两相旋转坐标系d-q
从三相静止坐标系A-B-C到两相旋转坐标系d-q 的变换式为：

其反变换式为：
4.2 3s/2r变换的MATLAB实现
在MATLAB/SIMULINK环境下，建立3s/2r变换模块，并封装为一个子系统，
如图(12)所示。
图11 3s/2r变换模块 (a)封装示意图；(b)内部示意图
图12 函数设置示意图 (a)dFun模块设置；(b)qFun模块设置
而式C2r/3s表示的逆变换可按照类似的过程生成。利用这两个模块建立如
图(13)所示的仿真模型，进行3s/2r变换的验证。
图(13) 3s/2r变换仿真模型
仿真结果如图(14)所示。

图(14)3s/2r变换仿真图
（a）原信号；(b)3s/2r变换后信号；(c)3s/2r逆变换后信号；(d)误差信号
参考文献：
[1]谢卫. 电力电子与交流传动系统仿真[M]. 机械工业出版社, 2009

[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统 运动控制系统[M]. 机械工业出版社, 2003
资料来源：http://zhuanlan.zhihu.com/electric-engineering/19693088

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SVPWM仿真详细说明

SVPWM仿真详细说明

附 SVPWM 的仿真实现1 SVPWM 的基本原理SPWM 常用于变频调速控制系统，经典的SPWM 控制主要目的是使变频器的输出电压尽量接近正弦波，并未关注输出的电流波形。

而矢量控制的最终目的是得到圆形的旋转磁场，这样就要求变频器输出的电流波形接近正弦波。

锁定得到圆形的旋转磁场这一目标，SVPWM 控制技术利用逆变器各桥臂开关控制信号的不同组合，使逆变器的输出电压空间矢量的运行轨迹尽可能接近圆形。

SVPWM 是从电动机的角度出发，着眼于使电机获得幅值恒定的圆形磁场。

图1所示为PWM 逆变器的拓扑结构以及等效开关模型。

AS B S CS 4622d U 2d U 0'135A B C逆变器拓扑结构 等效开关模型图1 PWM 逆变器电路电压源型逆变器常采用180ο导通型。

用A B C S S S 、、分别标记三个桥臂的状态，规定当上桥臂器件导通时桥臂状态为1，下桥臂导通时桥臂状态为0，当3个桥臂的功率开关管变化时，就会得到328=种开关模式，每种开关模式对应一个电压矢量，矢量的幅值为23d U ；有两种开关模式对应的电压矢量幅值为零，称为零矢量。

例如：在某一时刻，设V1，V2，V3管处于开通状态，即10a b c s s ,s ===，设为三相对称负载，各开关管的开通电阻均相等，则逆变器的等效电路为：图2 10a b c s s ,s ===时逆变器的等效电路图这样，很容易就能得到该瞬时时刻的相电压：112333AN d BN d CN d v U ,v U ,v U ===- (1)将其在静止坐标系中表示出来，如图3所示：图3 10a b c s s ,s ===电压矢量图其中，U 是合成的电压矢量，在两相静止坐标系（,αβ坐标系）下，利用相电压合成电压矢量U 的表达式：U 2433j j AN BN CN k(v v e v e)ππ=++ (2)其中，k 为三相静止坐标系向两相静止坐标系转换的变换系数，变换分为基于等功率的坐标变换和基于等量的坐标变换，这里选择等量的坐标变换，则23k =，式(2)即为： U 243323j j AN BN CN (v v e v e )ππ=++ (3)将式(1)的具体数值代入上式，则有：U 1323j d U e π= (4)这样就得到了10a b c s s ,s ===开关状态下的电压矢量，按照同样的方法分析另外7种开关状态，可以分别得到每种开关状态所对应的电压矢量，总结为表1所示。

两电平SVPWM算法

两电平SVPWM算法

3 SVPWM的原理及实现方法随着电压型逆变器在高性能电力电子装置（如交流传动、不间断电源和有源滤波器）中的广泛应用，PWM控制技术作为这些系统的公用技术，引起人们的高度重视，并得到越来越深入的研究。

本章首先推导出SVPWM的理论依据，然后给出5段式和7段式SVPWM的具体实现方法。

3.1 SVPWM的基本原理空间矢量PWM从电机的角度出发，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场，即磁通正弦。

它以三相对称正弦波电压供电时交流电机的理想磁通圆为基准，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，并由它们比较的结果决定逆变器的开关状态，形成PWM波形。

由于该控制方法把逆变器和电机看成一个整体来处理，所得的模型简单，便于微处理器实时控制，并具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高的优点，因此目前无论在开环调速系统或闭环调速系统中均得到广泛的应用[2]。

设交流电机由理想三相对称正弦电压供电，有[2][14]cos2cos34cos3ssAsB ssCstuu tutωωπωπ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎛⎫⎢⎥=-⎢⎥⎪⎢⎥⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎛⎫-⎢⎥⎪⎝⎭⎣⎦（3.1）其中，LU为电源线电压的有效值；LUsω电源电压的角频率，2s sfωπ=。

由于三相异步电动机的定子绕组空间上呈互差1200分布，定义电压空间矢量为2433()j jS sA sB sCU k U U e U eππ=++（3.2）其中，SU为电压空间矢量，考虑到不同的变换，k可以取不同的值，如功率不变，电压电流幅值不变等[15~18]。

所采用交流电机的定子坐标系如图3.1所示。

图3.1 交流电动机定子坐标系为了使合成空间矢量在静止三相坐标轴上的投影和分矢量相等，将k 值取为23，（这也是Park 变化所采用的系数）。

所以电压空间矢量可以表示为24332()3j j S sA sB sC U U U e U e ππ=++ （3.3）将（3.1）式中的值代入式（3.3）可得理想供电电压下的电压空间矢量23()32j t j t S m m U U e U e ωω--==（3.4）其中，m U =； 可见理想情况下，电压空间矢量为幅值不变的圆形旋转矢量。

svpwm空间矢量控制原理课件

svpwm空间矢量控制原理课件


03
空间矢量调制波形的生成
通过计算得到各相电压的期望值，然后利用SVPWM算法生成相应的
PWM波形。
SVPWM算法实现
SVPWM算法的基本步骤
首先计算出电压矢量的期望值，然后根据该期望 值计算出相应的扇区，再根据扇区计算出相应的 矢量时间，最后生成相应的PWM波形。
矢量时间的计算
根据扇区数和期望的电压矢量幅值，可以计算出 相应的矢量时间。
THANKS
THANK YOU FOR YOUR WATCHING
05
SVPWM控制策略优化
控制策略改进方法
引入滑模控制
通过设计滑模控制器，实 现SVPWM控制系统的快 速响应和鲁棒性。
优化死区时间
通过调整死区时间的设置 ，减小SVPWM控制过程 中的谐波分量，提高控制 精度。
引入重复控制
将重复控制算法应用于 SVPWM控制系统，减小 稳态误差，提高系统跟踪 性能。
SVPWM空间矢量控制原理课件
目录 CONTENTS
• SVPWM技术概述 • 空间矢量控制原理 • SVPWM实现方式 • SVPWM与PWM对比 • SVPWM控制策略优化 • SVPWM实验与验证
01
SVPWM技术概述
SVPWM定义
SVPWM
Space Vector Pulse Width Modulation的缩写，即空间矢量脉 宽调制技术。
波形生成的实现方式
利用SVPWM算法生成相应的PWM波形，并通 过驱动电路将PWM波形输出到逆变器中，从而 控制各相电压的大小和频率。
波形生成的优点
SVPWM波形生成具有较高的电压输出能力和较 低的谐波畸变率，能够实现精确的电压控制和较 高的功率因数。
运动控制课程设计--异步电机仿真模型建立、仿真及SVPWM的研究与MATLAB仿真

运动控制课程设计--异步电机仿真模型建立、仿真及SVPWM的研究与MATLAB仿真

运动控制综合实验异步电机仿真模型建立、仿真及SVPWM的研究与MATLAB仿真摘要对异步电动机的数学模型进行综合分析，分析异步电动机按两相静止和转子磁场定向分解的数学模型，然后用Matlab/Simulink 仿真软件包括建立异步电动机仿真模型，并给出仿真结果。

以电机基础理论为出发点，针对SPWM电压利用率低，谐波多和一般空间电压矢量SVPWM（space vector pulse width modulation）结构模糊复杂的缺点，本文通过用MATLAB/simulink平台自行设计的模块，搭建了整套SVPWM系统，并且通过仿真验证了整套系统的正确性和简单易行。

关键词：Matlab/Simulink 异步电动机状态方程空间电压矢量 SVPWM SPWM目录摘要 (II)目录 (III)引言.......................................................错误！未定义书签。

1 异步电动机动态数学模型....................................-2 -1.1电压方程..............................................-2-1.2磁链方程..............................................-3-1.3转矩方程..............................................-5-1.4运动方程..............................................-6-2 坐标变化和变换矩阵........................................ - 7 -2.1三相--两相变换（3/2变换）.............................-7 -3 异步电动机仿真............................................ - 8 -3.1异步电机仿真框图.......................................-8-3.2异步电动机的仿真模型 (8)4 异步电机仿真模型仿真结果................................. - 17 -5 SVPWM技术原理 (19)5.1 SVPWM调制技术原理 (19)5.2 SVPWM算法实现 (21)6 SVPWM建模与仿真 (24)6.1 SVPWM仿真模块图 (24)6.2仿真结果 (34)参考文献 (37)引言随着电力电子技术与交流电动机的调速和控制理论的迅速发展,使得异步电动机越来越广泛地应用于各个领域的工业生产。