基于SVPWM的五相感应电机转矩预测控制策略
基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的研究
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。
五相永磁电机直接转矩控制策略研究
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SVPWM的原理与法则推导和控制算法详解
SVPWM的原理与法则推导和控制算法详解SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种常用于电力电子系统中的调制技术，用于控制交流电机的转速和输出电压。
它通过在电机相电流中施加适当的电压向量来控制电机的输出。
SVPWM的原理基于矢量变换理论和电压空间矢量的概念。
在SVPWM中，通过合理地选择电机相电流的方向和幅值，可以实现各种输出电压波形。
具体来说，SVPWM通过将输入直流电压转化为三相交流电压，然后按照一定的时序开关三相电压源，最终实现对电机的控制。
对于输入直流电压Vin和电机的相电流ia，ib和ic，SVPWM的推导可以分为以下几个步骤：1.将三相电流转换为两相电流：α = ia - ib / √3β = (2*ic - ia - ib) / √6其中，α和β分别表示两个正交轴向的电流分量。
2.计算电机相电流的矢量和以及矢量角度：i=√(α^2+β^2)θ = arctan(β/α)其中，i表示电流的矢量和，θ表示电流矢量的角度。
3.通过计算矢量角度来确定电压空间矢量的方向：根据电流矢量角度的范围，将电流矢量所在的区域划分为6个扇区（S1-S6），每个扇区对应一个电压空间矢量的方向。
4.计算电压空间矢量的幅值：根据电流矢量的大小，计算得出在相应扇区内的电压空间矢量的幅值。
5.根据电压空间矢量的方向和幅值，计算各相电压的占空比：根据电压空间矢量的方向和幅值，可以得出控制电机的各相电压的占空比。
1.读取电机的输入参数，包括电流、速度和位置信号。
2.根据输入参数计算出电机相电流的矢量和和矢量角度。
3.根据矢量角度确定电压空间矢量的方向。
4.根据矢量角度和矢量幅值计算电压空间矢量的幅值。
5.根据电压空间矢量的方向和幅值，计算出各相电压的占空比。
6.将占空比参考信号与电机的PWM生成模块相结合，通过逆变器将控制信号转化为交流电压，并驱动电机运行。
7.循环执行以上步骤，并实时调整占空比，以实现对电机速度和输出电压的精确控制。
SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解
S V P W M的原理及法则推导和控制算法详解Last revision date: 13 December 2020.1 空间电压矢量调制 SVPWM 技术SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。
空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。
SVPWM 技术与SPWM 相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。
下面将对该算法进行详细分析阐述。
SPWM 通过控制开关器件的关断得到正弦的输入电压；SVPWM 的控制目标在于如何获得一个圆形的旋转磁场。
之所以成为矢量控制，是因为通过SVPWM 对晶闸管导通的控制可以得到一系列大小和方向可变的空间电压矢量，通过对空间电压矢量进行控制，从而得到圆形旋转磁场。
1.1 SVPWM 基本原理SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。
在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。
两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。
逆变电路如图 2-8 示。
设直流母线侧电压为Udc ，逆变器输出的三相相电压为UA 、UB 、UC ，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。
一种优化五相感应电机SVPWM算法仿真研究
研究与设计I EMCA違权控刹名阄2018,45 (2)一种优化五相感应电机SVPWM算法仿真研究许伯强，程华鑫(华北电力大学电气工程学院，河北保定071003)摘要：针对五相电机电压空间矢量多、控制复杂的问题，提出了一种优化的五相感应电机空间矢量脉宽调制（SVP+M)算法与仿真。
依据矢量空间解耦理论与载波统一性理论，采用基于最大矢量的SV P+M算法，电压脉动与，对算法了优化。
了系统数学模型，了仿真验证，对仿真过程中产生误差的了优化。
仿真，优化后的算法电机控制的，与统的SVP+M算法相比，谐波，20%。
关键词：五相感应电机"空间矢量脉宽调制"算法"仿真"优化中图分类号：TM 346 文献标志码：A 文章编号：1673-6540(2018)02-0066-05A Study on the Optimization of SVPWM Algoritlim andSimulation for Five Phase Induction Motor #XUBoqiang，CHENGHuaxin(College of Electrical Engineering，N ortli China Electric Power University,Baoding071003，China) Abstract: Compared with the t raditional three-phase motor, five phase induction motor had many advantages. In order to solve the problem that the five phase motor had a lot of voltage space vector was difficult to control, anoptimized algorithm of space vector pulse width modulation (SVPWM) for the five phase induction motor wasproposed. Based on the vector space decoupling theory and the theory of carrier unity, the SVPWM a the maximum vector was used to optimize the algorithm by considering the factors such as voltage r loss. The mathematical model of the system was established, and the simulation r esults were verified. T results showed that t he optimized algorithm meets the requirements of the motor control，compared with the traditionalSVPWM algoritlim and simulation, the harmonic distortion rate was reduced and the switching l about 20%.Key words: five phase induction motor; space vector pulse width modulation (SVPWM); algorithm;simulation; optimize0引言五相感应电机与传统的三相感应电机相比，波 ，波 ，性 [⑴，应用于 、。
SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解
SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解SVPWM全称为Space Vector Pulse Width Modulation，是一种用于交流电驱动的脉宽调制技术。
它通过对电压波形进行合适的调制，实现对交流电驱动变频器输出电压的精确控制。
以下是SVPWM的原理及法则推导和控制算法的详解。
1.原始正弦信号：首先，将三相交流电压信号转化为矢量信号表示。
当输入的三相正弦信号为：$$v_a=v_m\sin(\Omega t)$$$$v_b=v_m\sin(\Omega t - \frac{2\pi}{3})$$$$v_c=v_m\sin(\Omega t + \frac{2\pi}{3})$$其中，$v_m$为幅值，$\Omega$为频率，t为时间。
2.空间矢量表示：将交流信号的三相信号进行矩阵变换，转化为空间矢量表示，例如：$$V_s=\frac{2}{3}\begin{pmatrix} 1 & -\frac{1}{2} & -\frac{1}{2}\\ 0 & \sqrt{3}/2 & -\sqrt{3}/2\end{pmatrix}\begin{pmatrix} v_a\\ v_b\\ v_c \end{pmatrix}$$其中，$V_s$表示空间矢量表示。
3.空间矢量模量：空间矢量模量的大小表示输出电压的幅值，可以通过以下公式计算：$$V=\sqrt{V_s^2}=\sqrt{V_a^2 + V_b^2 + V_c^2}$$4.空间矢量相位：空间矢量相位表示输出电压的相位位置，可以通过以下公式计算：$$\theta=\tan^{-1}(\frac{V_b}{V_a})$$5.确定电压矢量分量：根据设定的输出电压幅值和相位，可以计算出两个主要输出电压分量$V_d$和$V_q$，分别代表感应电机电流的直流成分和交流成分。
6.电压矢量分解：通过将输出电压分解为两个主要分量$V_d$和$V_q$，可以表示为：$$V_d=V_s\cos(\theta - \gamma)$$$$V_q=V_s\sin(\theta - \gamma)$$其中，$V_s$为空间矢量模量，$\theta$为空间矢量相位，$\gamma$为极坐标相角，用来调整电压波形的对称性。
五相永磁同步电机模型预测电流控制仿真分析
【中图分类号】TM351 ［文献标识码】B【文章编号】1561 -0330(2019)09-077-07
1引言
与传统的三相电机驱动系统相比，多相电机驱动系 统具有如下优势3」：（1）转矩脉动幅值与电机相数成反 比，电机振动和噪声减小；（2）可实现低压大功率输出； （3）多相电机具有冗余特性，系统可靠性较强。同时， 多相电机具有更多的自由度，有利于电机本体优化设计 以及高性能控制算法设计，提升电机功率密度并增大输 出电磁转矩。因此，多相电机驱动系统更适合于轨道交
THE WORLD OF INVERTERS
《变频器世界》September, 201 and Analysis of Model Predictive Current Control for Five-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor
通牵引、电动汽车、船舶电力推进等应用场合RT,研 究多相电机驱动系统的高性能控制算法具有较强的工程 应用价值。
为解决多相电机因变量间强耦合导致的控制难度大 的问题，文献［7］提出多相坐标变换矩阵的方法，实现 六相逆变器供电的感应电机解耦控制，文献［8］利用多 相坐标变换理论，建立双三相感应电机数学模型，建立 基波和谐波子空间的方程，并首次把磁场定向矢量控制
模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)算 法由Linder A自2001年引入到电机控制中以来，得到 了越来越广泛的研究问。其中，有限集模型预测控制 依据被控对象的离散状态方程，预测出控制变量在控制 集中电压矢量作用下的变化，并根据控制变量的预测值 来计算目标函数值，最终选取使得目标函数值最小的 电压矢量作为逆变器输出最优电压矢量，直接控制功 率器件的开关动作。相较于传统的FOC和DTC算法， FCS-MPC算法原理简单且无PWM模块，易于在线实现。 文献［13］针对五相逆变器和五相感应电机的FCS-MPC 算法进行了仿真分析，文献［14］研究了六相感应电机的 MPC算法并完成实验验证。但针对五相PMSM驱动系 统的FCS-MPC算法研究较少。
基于五段式SVPWM的永磁同步电机反馈线性化直接转矩控制
基于五段式SVPWM的永磁同步电机反馈线性化直接转矩控制作者：邱赫男王旭东李志伟那日沙来源：《哈尔滨理工大学学报》2015年第06期摘要：针对永磁同步电机（PMSM）直接转矩控制系统存在转矩和磁链脉动较大的问题，引入反馈线性化理论，结合空间矢量脉宽调制技术（SVPWM），提出了使原系统实现输入输出线性化控制的改进方法。
首先分析了控制系统实现反馈线性化的条件，给出了线性化系统控制模型，采用五段式SVPWM的控制算法，最后与传统直接转矩控制系统进行了仿真对比。
结果表明，基于SVPWM的永磁同步电机反馈线性化直接转矩控制系统显著抑制了转矩和磁链的脉动，并且具有理想的动静态性能。
关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；反馈线性化；SVPWM中图分类号：TM341 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2015）06-0065-060 引言永磁同步电机的直接转矩控制凭借着良好的动态性能和较强的鲁棒性，受到了国内外电力电子技术界和产业界的广泛关注。
传统的直接转矩控制采用bang-bang控制策略，这使得转矩和磁链脉动很大。
为此，国内外学者在近年来做了大量的研究。
西安交大何栋炜等人采用了卡尔曼滤波磁链观测器对磁链进行估计，这种方法减小了转矩脉动。
美国威斯康星大学电气工程系的Robert D.Lorenz教授提出了无差拍直接转矩和磁链控制（DB-DFTC）控制方法。
Wei Xu 提出一种低开关频率下的无差拍直接转矩控制器，使得开关损耗达到了最小化。
永磁同步电机的数学模型具有多变量、强耦合的非线性特点，反馈线性化方法能通过对系统进行坐标变换和状态反馈，在输入与输出之间建立线性关系，从而将非线性系统转变成线性系统，实现系统解耦。
通过反馈线性化技术获得的线性模型是精确的状态变换的结果，这样就可以采用线性化理论来设计控制器。
SVPWM技术作为一种优化的PWM技术，能明显的减小逆变器输出电流的谐波成分，降低脉动转矩，且其控制简单，数字化实现方便，电压利用率高。
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基于SVPWM的五相感应电机转矩预测控制策略摘要：多相电机具有低压大功率、效率高、转矩脉动小以及故障时能抗干扰运行等优势，在大功率和高可靠性工业应用场合得到了广泛应用。
直接转矩控制作为高精度多相调速的重要方式得到了深入的研究，针对传统直接转矩控制（dtc）存在的缺点，如开关频率不恒定，转动脉动大等；基于上述问题，本文对基于多相空间矢量脉宽调制（svpwm）的转矩预测控制方法进行了研究。
仿真和实验结果表明，基于多相svpwm的转矩预测控制能够有效改善定子电流，减小转矩脉动，进而提高电机运行性能。
关键词：多相电机直接转矩控制预测控制多相svpwm 前言
与传统的三相电机变频调速系统相比，多相系统[1，2]拥有诸多优势：能够实现低压大功率、拥有更多的控制自由度、更强的容错运行能力和更小的转矩脉动等。
由于上述优点以及大功率传动领域的旺盛需求，多相调速系统成为学术界和工程界的研究热点。
目前高精度多相调速系统控制策略主要有矢量控制和直接转矩控制，其中矢量控制对参数的依赖性比较大，而直接转矩控制具有系统结构简单，转矩动态响应快，以及鲁棒性好等优点，因此得到越来越多的研究。
基于开关表的直接转矩控制[3]策略通过滞环方式，粗略地控制磁链大小和转矩变化方向，而不能精确地控制其变化量，会导致调速系统低速运行性能较差并且稳态转矩脉动较大，特别是在多相电
机中，注入的电压谐波映射到其他平面，进而产生谐波电流，对电机产生不利影响。
而基于多相svpwm的转矩预测控制策略[4]，可以通过相关算法得到所需要的理想电压矢量，从而实现对转矩差值和磁链差值的精确控制。
基于svpwm的转矩预测方法将磁链差值和转矩差值经过两个pi调节器，得到相应平面的电压矢量。
以5相感应电机为例，可以分为基波平面和3次谐波平面，通过上述方法可以很方便实现对任何一个平面电压矢量的控制，进而可以有效抑制定子电流谐波，并且能够应用非正弦供电技术。
1、基于svpwm的转矩预测控制方法
相关文献已经对传统3相电机基于svpwm[的转矩预测控制方法进行了相关介绍与研究[3-4]。
本文将其扩展到5相电机直接转矩控制系统中。
为方便分析，将电机定转子电压方程表示为如下形式：（1）
其
中，，。
将式（1）在坐标系展开可得：
（2）
为简化上述表达式，将式（2）等式右边的表达式分别记为
和：
（3）
图1 基于svpwm的转矩预测控制框图
由于实际控制系统是基于数字控制实现算法，需要对上述连续
系统表达式进行离散化，图1为基于svpwm的转矩预测控制方法的原理框图。
假定系统的中断采样周期为，磁链差值和转矩差值分别为和，则式（3）可以改写为：（4）
从而可以得到和的差分方程：
（5）
以和作为基波平面的电压参考矢量，
即。
然后利用多相svpwm技术合成参考电压矢量，即可实现对转矩和磁链差的精确补偿。
2、实验结果
为了验证上述理论，构建了一套具有tms320f2812为核心的5相感应电机变频调速系统，并给出了基于svpwm转矩预测控制策略的实验结果，如图2所示。
5相异步电机参数为：极对
数，额定电压为200v，额定电流为10a，额定转速为970r/min，额定转矩为100n，定子电阻，电感参数，。
图2 基于svpwm的转矩预测控制实验波形
上述实验结果表明基于svpwm的转矩预测控制策略对3次谐波电流有较好的抑制作用，改善定子波形，并有效减少定子铜耗和转矩脉动。
3、总结
仿真和实验结果中可以看出：
（i）与传统的开关表直接转矩控制相比，基于svpwm转矩预测控制策略能有效控制电压矢量，继而有效控制定子电流。
对多相电机来说，并不是所有谐波都是对电机有利的；不合理注入谐波会给电机带来扰动与额外损耗，进而影响电机总体效率和运行性能。
（ii）svpwm转矩预测控制策略具有良好的稳定性能，稳态时转矩波动较小。
电机加载时，电流冲击也不大，说明该控制策略下的系统具有较好的稳定性和抗干扰能力。
（iii） svpwm转矩预测控制策略没有采用传统dtc的
bang-bang控制方式，在动态性能会有所减弱，这也是该方法的不足之处。
这就需要根据实际应用工况进行合理选择。
参考文献
[1] 康敏. 单绕组多相无轴承电机的研究[博士学位论文]. 杭州：浙江大学， 2008.
[2] 白玉茅.九相感应电机的直接转矩控制研究[硕士学位论文]. 杭州：浙江大学，2012.
[3] 康敏，黄进，刘东，杨家强，郑瑜，姜海博. 多相异步电机参数的计算与测量[j]. 中国电机工程学报， 2010， 30（24）： 81-87.
[4] 刘亚东，吴学智，黄立培. 改善直接转矩控制性能的svpwm方法[j]，清华大学学报， 2004， 44（7）： 869-872.
作者简介：黄建明（1965-），男，浙江省龙泉市人，本科（助理工程师），主要从事电力系统变电运行、电机控制、检修生产技
术管理工作。