变频器SVPWM控制系统设计及仿真毕业设计论文

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基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真

基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真

基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真张海啸 王淑红(太原理工大学电气与动力工程学院,太原 030024)摘要本文研究永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统。

采用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)算法,在Matlab/Simulink环境下,通过对坐标系转换、SVPWM逆变器、速度控制器等功能模块的建立与组合,构建了PMSM控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。

仿真结果证明了该系统模型具有很好的静态、稳态性能。

关键词:永磁同步电机;空间矢量脉宽调制;仿真Modeling and Simulation of PMSM Control System Based on SVPWMZhang Haixiao Wang Shuhong(Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024)Abstract Vector control of PMSM was studied in the paper.A novel method for modeling and simulation of PMSM system in Matlab had been proposed. In Matlab/ Simulink , the independent functional blocks and such as vector controller block , hysteresis current controller block and speed controller,ect.,had been modeled. By the organic combination of these blocks , the double loop of control system model of PMSM could be easily established. The reasonability and validity had been testified by the simulation results.Key words:PMSM;SVPWM;modeling and simulation1引言永磁同步电机(PMSM)广泛应用于诸如高性能机床进给控制、位置控制、机器人等领域。

基于SVPWM的异步电机变频调速系统的研究

基于SVPWM的异步电机变频调速系统的研究

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。

基于SVPWM的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真

基于SVPWM的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真
性.
关键词 :空间矢量脉宽调制 ; 永磁同步电机 ; 矢量控制 ; 正弦脉宽调制法
中 图分 类 号 :T 2 3 T 3 1 P 7 ; M 5 文 献 标 志 码 :A
Th o e i g a d S m u a i n o c o n r l S s t o y t m n o 0 M S s d o VPW M fP M Ba e n S

20 9 ) 0 0 0

要 :在分析永磁 同步 电机 ( MS 数学模型和矢量 控制 ( c 原理 的基础上 , P M) v) 阐述 了 电压 空间矢量 脉宽
调制( V WM) SP 的原理及算法 , 并在 M t b/ i uik al Sm l 环境下构建 了基于 S P a n V WM 的 P S M M磁场定 向 V C系统 仿真模 型. 仿真结果表明 , 于 S P 基 V WM 的控制 系统具有更好 的控制性能 , 说明了该仿 真模 型的正确性 和有效
S ag a n e i l tc o e, h n hi 2 0 9 ,C i ) h n h i i r t o Ee r w r Sa g a 00 0 h a U v sy f ci P n
Ab t a t On t a i fa a y i g t e PMS mo e n h i cp e.te p i cp e a d sr c : he b ss o n lzn h M d la d t e VC prn il h rn il n a g rt m fv la e S lo ih o otg VPW M Si to u e i n r d c d.a h e d o i ne nd t ef l . re td VC y tm i lto de a e i s se smu ain mo lb s d

基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真

基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真
控制原理 。

理论便可得到路 q轴下 PMsM数学模型。
电压平衡方程:
仇 二 心 p化一 汽 尺 + 衅
式中, p为微分算子; R:为电 枢绕组电阻( 。) :
U。 凡 +夕 = 几 几+衅 礼
( 1)
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. 2 2 PMSM 矢量控制系统
( 1) 矢量控制原理 矢量控制技术可以实现交流电动机产生转矩
和产生磁通的电流分量之间的解祸控制,使交流电
入嘛 、谕 。 后 相电 检 电 检 然 由 流 测 路 测到礼 、 . 0 1 经 标 换 到 、 , 、 分 与 坐 变 得 与 i 将与 与 别 它 v , 们的参考给定愉 、瑞 进 较 这里控制 、 行比 嗬 =0 通 个电 I 调 器 到 , 过两 流P 节 得 理想的 控
文在分析PMSM数学模型的基础上,借助Ma a 强 l t b
大的 真 模能 在 m n 中 立了 于 仿 建 力, 影 u k 建 基 i l
SVPw M的PMSM控制系统的仿真模型, 并进行了仿 真实验,为PMSM伺服控制系统的分析与设计提供 了有效理论依据。
目 PMsM的矢量控制己 前, 被证明是一种高性 能的控制策略.1 ,但系统结构、具体实现方案还需 ] 进一步研究。脉宽调制技术以正弦脉宽 ( SPWM)
者提出了空间电压矢量脉宽调制 ( SVPWM) 方法, 它具有线性范围宽,高次谐波少,易于数字实现等 优点,在新型的驱动器中得到了普遍应用。仿真和 建模是各工程领域分析、设计各种复杂系统的有利 工具,因此,如何建立有效的Ph1SM控制系统的仿

基于SVPWM的异步电机变频调速系统的研究

基于SVPWM的异步电机变频调速系统的研究

基于SVPWM的异步电机变频调速系统的研究专业班级:J电气1001 学生姓名:王荀指导老师:乔薇职称:摘要:关键词:矢量控制; 变频调速; MATLAB; SVPWMResearch on Variable Frequency Speed Regulating System of AsynchronousMotor Based on SVPWMAbstract: In recent years, with the development of power electronics,micro-processorof motor control and the new theory of motor control, the control technology of asynchronous motor is highly promoted. Asynchronous motor has simple structure, low cost, comparable to DC motor control performance when using the vector control technology. Moreover, vector control of asynchronous motor has higher precision wider peed-regulating range and faster response. After in-depth study on the principle of asynchronous motor vector control system based on Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM).Vector Control System(VC) is one of the advanced theories,which is based on motor unification Principle,energy conversion and vector coordinate transformation theory.It has many advantages such as novelty, practicability and advancement.By transforming the model of AC motor to DC motor, the stator current is decomposed into two DC parts which are orientated towards the rotor magnetic field and controlled respectively.Thus the magnetic flux and torque are decoupled.In which way,It controls the asynchronous motor in a synchronous way.This thesis introduces the correlative information of variable frequency speed regulating, vector control system of asynchronous motor,and expatiates Space Vector Pulse Width Modulation(SVPWM).By using MATLAB dynamic simulation software,through the principle of the vector control system,get the structure model of variable frequency speed regulating system of asynchronous motor based on SVPWM,given all the detailed subschema and plan all the data,using the algorithm for SVPWM,the simulated model of variable frequency speedregulating system fed by SVPWM inverter is set up for asynchronous machine.Through the simulated model,get the result and analyzed it in detail.Key Words:Vector Control; Variable Frequency Speed Regulating;MATLAB;Space Vector Pulse Width Modulation目录第1章绪论 (1)1.1 交流电动机的发展概况 (1)1.2交流调速系统的特点 (1)1.3交流调速系统的发展历史 (2)1.4电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术 (3)1.4.1电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的原理 (3)1.4.2传统的正弦脉宽调制(SPWM)技术 (3)1.4.3电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的发展 (4)1.5本章小结 (4)第二章电压空间矢量脉宽调制技术 (5)2.1 SVPWM的主要思想 (5)2.2电压空间矢量 (5)2.2.1电压空间矢量的原理 (5)2.2.2 空间矢量的定义 (7)2.3 SVPWM的实现方式 (12)2.3.1 零矢量集中的实现方式 (12)2.3.2 零矢量分散的实现方法 (13)2.4 SVPWM控制的定子磁链 (14)2.4 SVPWM 控制模式的特点 (17)第三章直接转矩控制技术 (18)3.1直接转矩控制系统的特点与存在的问题 (18)3.1.1 直接转矩控制系统的特点 (18)3.1.2 直接转矩控制系统存在的问题 (19)3.2基于SVPWM的直接转矩控制系统 (19)3.2.1SVPWM控制直接转矩系统的原理 (19)3.2.3 PI 转矩控制 (21)3.2.4 参考电压的计算 (22)3.2.5 坐标变换 (22)3.3基于SVPWM 的直接转矩控制系统结构 (23)第四章仿真建模以及结果分析 (25)4.1Matlab/Simulink仿真工具箱的简介 (25)4.2异步电机直接转矩控制的仿真 (25)4.2.1 坐标变换模块 (26)4.2.2 磁链和转矩观测模块 (27)4.3 SVPWM模块 (27)4.3.1 电压矢量所处扇区判断模块 (27)4.3.2 扇区基本电压矢量工作时间计算模块 (28)4.3.3 开关时间切换模块 (29)4.3.4 PWM波生成模块图 (30)4.3.5 SVPWM模块图 (31)4.4 基于SVPWM 的直接转矩控制系统仿真 (32)4.4.1直接转矩控制系统仿真模型 (32)4.4.2直接转矩控制系统仿真结果 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第1章绪论随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展,以电动机速度控制为中心的电动机控制系统已经得到了广泛应用。

基于SVPWM矢量控制变频仿真分析

基于SVPWM矢量控制变频仿真分析

基于SVPWM矢量控制变频仿真分析
佘艳
【期刊名称】《电气传动自动化》
【年(卷),期】2009(0)5
【摘要】为了给变频调速系统提供必要的设计参数,依据空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)基本原理,介绍了异步电动机及SVPWM算法在Matlab/Simulink环境下的建模过程及基于矢量控制理论的变频调速系统动态模型建立.详细地阐述了实现仿真的方法,并针对仿真中的关键问题及系统的仿真结果进行了分析.仿真结果表明,采用该控制系统,电压及转矩波动小,转速响应迅速,系统的各项指标都满足电机实际运行特性要求.其仿真算法对于实现数字化控制变频调速系统具有一定的价值.【总页数】4页(P23-26)
【作者】佘艳
【作者单位】顺德学院,电子工程系,广东,顺德,528333
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.2
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基于SVPWM的异步电动机变频调速系统仿真研究

基于SVPWM的异步电动机变频调速系统仿真研究

基于SVPWM的异步电动机变频调速系统仿真研究Keywords Vector control variable-frequency drive dynamic analysis SVPWM Asynchronous machine 目次1绪论.11.1变频调速技术的发展历史及现状.11.2变频调速技术简介11.3SVPWM发展情况概述.21.4课题研究的意义42SVPWM技术理论基础52.1异步电机的特性52.2异步电机的物理模型62.3异步电动机的两种不同数学模型.62.4矢量控制原理82.5矢量控制方式.102.6异步电机的坐标变换.113电压空间矢量脉宽调制技术.133.1电压空间矢量的原理.133.2电压空间矢量的合成.163.3电压空间矢量所在扇区的判断.183.4开关向量作用时间的计算.193.5SVPWM算法仿真研究214基于SVPWM的异步电动机变频调速的仿真研究.254.1异步电机变频调速的仿真模型.254.2异步电机变频调速各个子模块的实现255异步电动机变频调速仿真波形.295.1SVPWM模块的仿真波形图295.2异步电动机总模型仿真波形图.305.3仿真结果分析.32结论.33致谢.34参考文献.351 绪论 1.1 变频调速技术的发展历史及现状 1766 年蒸汽机问世,人类自此进入动力时代。

1885 年交流电动机的产生,标志着工业生产进入了电动机时代。

交流电动机是近现代工业蓬勃发展的基础,其中的笼型异步电动机,更是具有价格低、耐用性高和结构简单等特点,被广泛应用于各种场合。

1970 年以前,电动机约消耗三分之二的各国工业用电,这其中五分之四左右是交流电动机消耗的,且极大一部分是异步电动机直接拖动,在剩下的五分之一中,大部分是直流电动机。

直流电动机的优点主要体现在调速性能好,操作管控方便,由于它动态响应快、调速精度高、调速范围广的优点,被大量的选择。

但是,直流电动机由于电刷和机械换向器存在固有缺陷,造成其寿命短、造价高,且最高电压和单机容量均受到一定程度的限制。

SPWM变频调速系统设计毕业论文

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SPWM变频调速系统设计毕业论文毕业论文SPWM变频调速系统毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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摘要随着电力电子器件和微处理器芯片的发展,使得数字化变频调速技术成为当代电机控制技术的趋势。

传统的SPWM控制算法未顾及输出电流波形,不易于数字化。

所以需要更进一步的控制算法,来使电机产生恒定转矩,于是便产生电压空间矢量PWM(Space Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)控制算法。

变频器SVPWM控制系统就是利用该算法的来对异步电机实行控制的,它的输出谐波小,也使得直流侧的电压利用率提升了15%。

本课题变频器的控制芯片是TMS320F2812DSP,采用SVPWM调制技术,产生PWM波形,并对6个IGBT的通断进行控制,从而在电机空间产生圆形旋转磁场,使电机产生恒定转矩。

本文最后一章还使用MATLAB /SIMULINK对变频器SVPWM进行仿真分析,仿真结果进一步验证了变频器SVPWM算法的可行性和正确性。

关键词:变频器;SVPWM;异步电机;MATLAB/SIMULINK仿真AbstractWith the development of power electronic devices and microproc essor chips, digital frequency conversion technology has become the trend of modern motor control technology. The traditional SPWM control algorithm does not take into account the output current waveform, not easy to digitize. Therefore, the need for further control algorithms, so that the motor generates a constant torque, so it will produce a voltage space vector PWM (Space Vector Pulse Width, SVPWM). Inverter SVPWM control system is the use of the algorithm to control the motor, its output harmonic is small, but also makes the DC side voltage utilization increased by 15%.The inverter control chip is TMS320F2812DSP, using SVPWM modulation technology, PWM waveform, and the 6 IGBT on-off control, resulting in a circular rotating magnetic field in motor space, makes the motor produce constant torque. In the last chapter of this paper, MATLAB /SIMULINK is used to simulate the frequency converter SVPWM, and the simulation results verify the feasibility and correctness of the SVPWM algorithm.Keywords: inverter;Space Vector Pulse Width Modulation;Asynchronous motor;simulation目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2变频器SVPWM的发展现状和趋势 (3)1.3课题研究要求及任务 (6)1.4论文的主要内容 (7)2变频器SVPWM控制系统结构及原理 (8)2.1变频器SVPWM控制系统结构 (8)2.2变频器SVPWM基本原理 (10)2.3变频器SVPWM法则推导 (12)2.4变频器SVPWM控制算法 (14)3变频器SVPWM控制系统设计 (22)3.1总体设计 (22)3.2主电路设计 (22)3.3驱动电路设计 (24)3.4控制电路设计 (26)3.5软件设计 (28)4变频器SVPWM控制系统建模仿真及结果分析 (29)4.1系统仿真模型的建立 (29)4.2系统仿真结果分析 (34)总结 (38)参考文献 (39)致谢 (40)1 绪论1.1 课题研究背景及意义在当今工业社会,能源的有效利用一直是科学研究的重要方向,这关乎与我们的可持续发展,因此,节能研究就显得越来越重要。

随着电动机制造技术的进步,电机越来越多的被应用在工业生产、农业生产、科技研究、国防各方面,作为主要的动力设备。

从世界范围来看,电机的用电量超过全球各国总用电量的一半以上,约占工业用电量的70%,如此之高的一个比例数量,如能提高用电效率,优化电机控制算法,将具有十分重大的意义。

使异步电机和变频器相结合,所组成的交流调速系统具备非常高控制性能。

如果能够对电机的调速控制容易实现。

那么对电机的高效性并且连续,启动、运行和停止的高频性也就容易实现。

在上个世纪,由于电力电子器件的限制,电机控制技术的不成熟。

对电机实施高性能控制就很难实现,即便能提高性能,从经济上来说也不划算。

更无法大范围的推广此项技术,被人所接受。

所以在控制要求高的地方,或是精确调速要求的地方就不会出现异步电机。

后来,随着电力电子技术的发展,半导体全控型器件进一步发展,这使得对电机的调速可以实现数字化,对其控制精度也大大的提高。

于是使得异步电动在工业上被慢慢应用。

同时这些半导体器件的出现,也使得电机的控制系统大大简化。

性能更高、更可靠、而且经济,这就在很大程度上促使了对异步电机的高性能变频调速的发展。

同时,随着微电子技术的发展,微控制器芯片的推陈出新,结合功率半导体装置和数字控制技术,使变频器的控制更加稳定,所产生的波形更标准,以前不能实现的SVPWM电机控制方法也能实现。

现在可以使用变频器SVPWM控制技术来对电动机进行控制,进而满足对电机在工业中的要求,节能与转矩脉动小,具有很高的控制精度。

所以对变频器SVPWM 控制技术进行深入研究很有必要,它所在工业控制中所发挥着的作用是不可忽视的。

我国是一个工业大国,使用电动机对生产机械进行传动是不可或缺的,一些大型的钢厂、制造业加工厂更加如此,电动机也被广泛应用在生活中,比如我们学校随处可见的电动车,电梯等等驱动传动设备,还有其他社会应用方面。

正因为电动机具有重要的应用,所以我们国家对于它的发展和控制处于高度重视状态。

在电气传动实际应用中,运用电动机作为动力来源,给各类生产机械提供原始动力,实现这些要求的同时,我们还需要对其控制精度,性能做出要求,使其既能实现我们的目的,又具有稳定、节能、高精确性的特点,这在以前的实现中还是具有问题的。

然而,在还没有变频器的年代,使用的电机基本上都是直流电机,对其调速方法主要是调节它的电枢供电电压的恒转矩调速、改变电机的主磁通,实现无级平滑调速、改变电枢回路电阻,进行电枢回路外串电阻的有级调速。

而后来不一样,变频器的出现与应用,大大简化了此前的繁杂操作,并且减小了设备体积,大幅度的减少维修次数,使得操作更加简单和安全。

SVPWM技术一出现,就被应用在变频器中。

交-直-交中的最后一个逆变环节,SVPWM算法对三相逆变器控制产生PWM波,进行电机调速,这种调速方式是基于电动机气隙的旋转磁场。

产生旋转磁场的上一步是使电机的定子上具有三相对称电压,电压与旋转磁场的方向相互垂直,逆推SVPWM方法,是根据参考电压的大小,来计算所需合成的电压所在区间,利用最近的基本电压矢量对其进行平行四边形法则矢量合成,利用公式计算出基本电压矢量的作用时间,根据产生圆形电压空间矢量的原理,防止过调试,使得电压矢量不超调,还需计算出零矢量的作用时间,总的时间电压积分与参考电压积分相等,在优化逆变器的开关顺序,使遵循每个周期开关相等的原则,产生固定的开关顺序,并且尽可能的选择每次变换只改动一个开关的状态,此时所产生的PWM波用来驱动全控型器件,从而实现SVPWM控制。

SVPWM 控制方法具有更宽的线性调制范围,因为产生的磁链圆是逼近圆形的,可以十分明显地减少谐波成分,使得转矩脉动明显减小,具有更高的直流电压利用率。

况且SVPWM的控制方法简单、容易实现数字化,这就使得该控制方法被广泛的应用在交流调速中。

采用不同的开关顺序还可以最大限度的降低开关损耗,SVPWM控制方法还能够解决压频比的矛盾。

正是因为SVPWM控制算法的具有以上优点,所以本课题的应用有现实意义使得本课题的研究具有现实意义。

变频器控制的优点:(1)对电机的调速当采用变频器进行控制后,能大大减少能量的损耗,尤其是风机、泵类负载,对电能的节约可提高20%~60%,如此高的节电率是由于风机的功率与其转速的三次方成正比关系。

所以,这个节能是巨大的。

由于在实际生产之中,我们应用的此类负载很多,所以在这类负载应用中意义十分明显。

(2)变频器调速在电动机启动、运行、停止方面具有明显的调速优势,通过编程改变其逆变器的开关状态,就可以调节输出电压,对电机实施控制。

改变其逆变单元的开关管的导通顺序,就可以对输出换相。

一般通过变频器启动进行,大部分是从低速开始的,所以其加速减速控制都很平稳,可以进行高频率的启动控制。

使用变频器制动的时候,变频器能够使用内部电路将电能回馈电网或是内部电阻进行消耗。

当对电机进行制动时,变频器将会直接给电机加压制动,无需外接制动电路进行制动。

(3)能够提高工艺水平和产品质量,变频调速是可以在零电压的时候对电机进行启动,当其进行稳定运行之后,变频器是能够按照压频比不变来带动负载运行,这样可以充分减小启动电流,提高绕组的使用寿命,可以减少维修费用,同时变频器进行集成,也大大减小了控制器的体积。

我国的可持续发展政策离不开环境与能源的相互协调,正因为这变频调速技术的高速发展,使得我们告别了传统的粗放型经济体质,放眼全世界,能源和环境的现状,各个国家越来越重视能源、环境和发展的三位一体,协同发展。

而此时,变频器对电机调速正好与此切合,各种高性能的电机控制方法得以发挥,满足了,对节电节能,增加系统稳定性和保护电机,减少转矩的波动起到积极的作用,因此,变频器SVPWM控制技术具有广阔的应用发展前景。

1.2 变频器SVPWM的发展现状和趋势“我国是一个发展中国家,许多产品的科研开发能力仍然落后于发达国家。

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