SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真
交流电机SPWM调速系统建模与动态仿真
交流电机SPWM调速系统建模与动态仿真1交流电机调速原理正弦脉宽调制技术SPWM (Sine Pulse Width Modulation)是用所期望的正弦波为“调制波”(Modulation Wave),而以N倍于调制波频率的三角波为“载波”(Carrier Wave)的一种逆变器控制技术。
SPWM技术的控制的特点是原理简单、通用性强、控制方便、调节灵活，能有效降低谐波分量、稳定输出电压，是一种比较好的波形改善法，在目前中小型逆变器中获得了广泛的应用。
1.1 SPWM控制原理(1)单极性SPWM法是指三角波载波信号Uc与正弦波调制信号Ur始终保持相同极性Uc为正的三角波，当Ur处于正半周期时，产生正向调制脉冲信号；当Ur 处于负半周期时，通过倒向电路保持同极性，产生负向调制脉冲信号，如图1-1所示。
(2)双极性SPWM法是指三角波载波信号与正弦波调制信号的极性均为正负交替改变，如图1-2所示。
载波信号Uc为正负对称的三角波，调制信号Ur 直接与Uc 进行比较，便可得到双极性SPWM脉冲。
对于三相逆变器来说，载波信号Uc可以三相共用；由正弦波发生器产生三相相位相差120°的可变幅，变频的正弦波信号Uru、Urv和Urw分别作为三相调制信号。
三相调制信号分别于Uc进行比较，可获得三相SPWM信号，利用三相SPWM信号控制相应的电子开关的开通和关断，便可得到三相双极性SPWM输出电压。
图1-2双极性SPWM原理1.2 SPWM的控制算法常用的生成SPWM波的控制算法主要有自然采样法和对称规则采样法（本文只介绍这两种）。
（1）自然采样法：按照正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度与间隙时间的采样，从而生成SPWM波形，称为自然采样法，如图1-3所示，图中Tc为载波周期，S为脉冲宽度。
自然采样法采用计算的方法寻找三角载波Uc与参考正弦波Ur的交点作为开关值以确定SPWM的脉冲宽度，这种方法误差小、精度高，但是计算量大，难以做到实时控制，用查表法将占用大量内存，调速范围有限，一般在实际的机算计控制中不采用。
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解随着电力电子技术的发展，SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉，这项技术的特点是通用性强，原理简单。
具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波，设计简单，是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
由于大功率电力电子装置的结构复杂，若直接对装置进行实验，且代价高费时费力，故在研制过程中需要借助计算机仿真技术，对装置的运行机理与特性，控制方法的有效性进行试验，以预测并解决问题，缩短研制时间。
MATLAB软件具有强大的数值计算功能，方便直观的Simulink建模环境，使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。
本文利用MATLAB／Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型，并对其输出特性进行仿真分析。
首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理，其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点，最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构，具体的跟随小编一起了解一下。
一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示，电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式，即每个桥臂的导电角度为180，同一相上下2个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120。
这样，在任一瞬间，将有3个桥臂同时导通。
可能是上面一个臂下面2个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。
因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的，因此也被称为纵向换流。
当urU》uc时，给上桥V1臂以导通信号，给下桥臂V4以关断信号，则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud／2。
当urU《uc时，给V4导通，给V1关断，则uUN=Ud／2。
V1和V4的驱动信号始终是互补的。
当给V1（V4）加导通信号时，可能是V1（V4）导通，也可能是二极管VD1（VD4）续流导通。
二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM，他是根据面积等效原理，PWM波形和正弦波是等效的，对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。
电压型三相SPWM逆变器建模和仿真研究
* * * 学 院本科毕业设计（论文）作者姓名 指导教师学科门类 所学专业 题 目代分类号学号 密级 提交论文日期成绩评定 Voltage-source SPWM Inverter电压型三相逆变器就是供给逆变器的交流电源是三相电电源， SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，并能够消除谐波，且设计简单等一系列的优点，SPWM 正弦脉宽调制法是一种比较好的波形改善的方法。
SPWM正弦脉宽调制法的出现为中型和小型逆变器的快速发展起到了一个重要的推动作用。
伴随着电力电子技术的高速发展，电压型三相SPWM逆变器已被广泛应用在各个领域之中，并且SPWM技术已经成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。
通过电压型三相SPWM逆变器建模和仿真研究这项课题，能够加强自己对电压型三相SPWM逆变器控制原理和建模进行深入理解，并提高自己在三相电压逆变方面的计算机仿真能力，为今后自己从事交流电机控制与电源逆变相关工作打下良好的基础。
关键词：电压型；频率；SPWM；逆变器The AC power supply voltage three-phase inverter is supplied to the inverter is three-phase electric power supply, the technology of SPWM sine pulse width modulation method is simple in principle, strong versatility, with fixed switching frequency, control and regulation performance, so that the output voltage harmonic component contains only the fixed frequency, and can eliminate the harmonic, and has the advantages of simple design a series of, SPWM sine pulse width modulation method is a good waveform improvement. SPWM sine pulse width modulation method for the rapid development of medium and small inverter plays an important role in promoting. Along with the rapid development of power electronic technology, three-phase voltage-source SPWM inverter has been widely used in various fields, and the SPWM technology has become the most widely used PWM technology of inverter.Through research on Modeling and Simulation of three-phase voltage-source SPWM inverter this subject, it can make me have a strength to voltage three-phase SPWM inverter control principle and modeling a more depth understanding, and it can improve myself in the three-phase voltage inverter aspects of computer simulation ability, which can make me have a good foundation of engaged in AC motor control and power inverter related work.Key words: Voltage type; frequency SPWM; Inverter目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1 引言 (1)2 电压型三相SPWM逆变器的工作原理及控制方法 (1)2.1 三相电压型逆变器电路 (1)2.2 SPWM控制的基本原理 (4)2.3电压型三相SPWM逆变器的实现及控制 (6)3 电压型三相SPWM逆变器的建模与仿真 (8)3.1 Simulink软件的介绍 (8)3.2 电压型三相SPWM逆变器的建模和仿真 (9)4 总结 (16)参考文献 (17)谢辞 (18)1 引言近年来，随着大功率全控型电力电子器件的研究与开发成功和应用技术的不断成熟，电能变换技术得到了突破性的进展，在一些领域中，已经开始使用各种新型逆变器电源，其中，也包括电动机。
基于SPWM控制的电压_电流双环逆变器建模及其仿真_图文(精)
第4卷中国舰船研究第4卷第5期2009年10月中国舰船研究Chinese Journal of Ship Research Vol .4No.5Oct.2009收稿日期:2008-09-03作者简介:朱承邦(1963-,男,高级工程师。
研究方向:雷达应用1引言现代科技发展日新月异,各类电气设备对电源的品质要求也越来越高。
逆变供电作为一种有效的电力供应形式,已广泛应用于生产生活的各个领域。
为了不断改善逆变器输出性能,人们发展出了多种逆变器控制方法,常见的有:电压瞬时值控制、电流滞环控制、电流预测控制、鲁棒控制[1]、重复控制[2,3]、滑模控制[4]及SPWM 电流控制等。
就各种逆变器控制策略的特点来看,基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制是一种较好的控制方法[5,6]。
本文针对电压电流双环逆变器控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制参数,对设计的双环控制逆变器模型进行了仿真分析,分析结果基于SPWM 控制的电压、电流双环逆变器建模及其仿真朱承邦1李乐2王晓鹏21大连船舶重工集团有限公司军事代表室,辽宁大连1160052中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064摘要:基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制相对其他逆变器控制策略具有一定优越性,但其控制器参数设计却是一个重点和难点。
针对逆变器的SPWM 电压电流双环控制策略,建立了系统的控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制器参数,并根据经典控制理论的判据,分别对控制器电流内环和电压外环参数进行了理论验证。
最后根据设计的控制器参数,对SPWM 电压电流双环控制系统模型进行了仿真分析,结果表明,系统设计合理,效果满意。
关键词:SPWM ;逆变器;电压电流双环;仿真中图分类号:TM743文献标志码:A文章编号:1673-3185(200905-54-05Modeling and Si mulation of Voltage and Current Double Loop Control Based on SPWM InvertersZhu Cheng-bang 1Li Le 2Wang Xiao -p eng 21The Naval Representative Office ,Dalian Shipbuilding Heavy Industry Co.,Dalian 116005,China2China Ship Development and Design Cent er ,Wuhan 430064,ChinaAbstract :Comparing with other inverters control strategy ,voltage and current double loop control based on SPWM inverters are superior in capabilities though the controller parameters design is significant and difficult.In this paper ,the system controlmodel has been constructed in term s of inverters of SPWM voltage and current double loop control strategy ,and the current inner loop and voltage outer loop controller parameters design has been proposed with theoretical validation of classic control theory criterion.T he SPWM voltage and current double loop control system model simulation provided with designed controller parameters show s that the system design is reasonable and the effect is satisfying.Key words :SPWM ;inverter ;voltage and current double loop ;simulation第5期证明了系统参数设计的合理性。
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究在目前逆变电源的控制技术中，滞环控制技术和SPWM控制技术是变频电源中比较常用的两种控制方法。
滞环控制技术开关频率不固定，滤波器较难设计，且控制复杂，难以实现；SPWM控制技术开关频率固定，滤波器设计简单，易于实现控制。
当二者采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略时，均能够输出高质量的正弦波，且系统拥有良好的动态性能。
对于SPWM变频电源，采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略，工程中参数设计往往采用试凑法，工作繁琐，误差较大。
本文详细介绍了SPWM变频电源主要的控制参数设计准则和方法，对于快捷、准确地选择合适的闭环参数，有很大的实践应用价值。
2系统简介图1 双闭环控制的SPWM变频电源系统构成简化图图1为系统构成简化图，该系统由主电路和控制电路两部分组成。
逆变电源主电路采用以IGBT为开关器件的单相逆变电路, 采用全桥电路结构，经过LC低通滤波器，滤去高频成分，在滤波电容两端获得相应频率的光滑的正弦波。
虚线框包括的是控制电路，电压电流瞬时值双闭环反馈控制是由输出滤波电感电流和输出滤波电容电压反馈构成的。
其外环为输出电压反馈，电压调节器一般采用PI形式。
电压外环对输出电压的瞬时误差给出调节信号，该信号经PI调节后作为内环给定；电感电流反馈构成内环，电流环设计为电流跟随器。
电流内环由电感电流瞬时值与电流给定比较产生误差信号，与三角形载波比较后产生SPWM信号，通过驱动电路来控制功率器件，保证输出电压的稳定，形成典型的双环控制。
在实际应用中采用电流内环之外还设置电压外环的目的除了降低输出电压的THD外，还在于对不同负载实现给定电流幅值的自动控制。
3SPWM变频电源的线性化模型由于SPWM变频电源中存在着开关器件，因此是一个非线性系统，但因为一般情况下，SPWM变频电源的开关频率远高于调制频率，故可以利用传递函数和线性化技术，建立起SPWM变频电源的线性化模型[1]，如图2所示。
Simulink的SPWM逆变电源的建模与仿真-论文
ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｌ ｙ ｒ ａ ｉ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ，ｂ ｕ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ
正 弦波峰值 ， 为三角波峰值 。 当载波频率远高于输 出电压基波频率且调制深度 尺≤１时 ， 可
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ５
以及调制模 型的构建提供依据 … ， 对 改善 逆变电源性能具有重要
意义 。
件通 断 的 信 号 的
获取方 法一 般有 ：
等面积 采样 法 ， 规 则采样 法 ， 自然 采 样法。 自然 采 样
法是 按 照 Ｓ Ｐ ＷＭ ｆ ）
＾ ＾ ＾ ＾ ＾ ＾一 ｌ Ｖ ｙ ｌ Ｖ Ｕ ｆ 疽
０ 引 言
在 光伏发 电系统 中， 并网逆变器作为光伏 电池 与电 网的接 口 装置 ， 将光伏 电池的直 流 电能转换成 交流 电能并 传输 到 电网上 ，
起着至关重 要的作用 。随着逆变技术 的迅速发展 ， 尤其 是正 弦脉 宽调制技术 （ Ｓ Ｐ ＷＭ） 的出现 ， 以其输 出谐波小 、 噪声 小 、 结构简单
ｊ
本文从工程 的角度 出发 ， 基 于 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ对 逆变 电源输 出 电 压、 输 出电流 中的谐波及 其产生 规律进 行 了较为详 尽 的分析 ， 为 寻求更加有效 的谐 波抑制 策略 和设 计变频 电源 的滤 波器提 供理 论参考 。
三相双极性SPWM逆变电路的建模及应用仿真
三相双极性SPWM逆变电路的建模及应用仿真1.三相电压型逆变电路三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。
应用最广的是三相桥式逆变电路，可看成由三个半桥逆变电路组成。
1.1 180°导电方式：每桥臂导电180º，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120º，任一瞬间有三个桥臂同时导通，每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。
图1-1 三相电压型桥式逆变电路波形分析：图1-2 电压型三相桥式逆变电路的工作波形负载各相到电源中点N´的电压：U相，1通，u UN´=U d/2，4通，u UN´=-U d/2负载线电压1-1负载相电压1-2负载中点和电源中点间电压1-3负载三相对称时有u UN+u VN+u WN=0，于是1-4 利用式(5-5)和(5-7)可绘出u UN、u VN、u WN波形。
负载已知时，可由u UN波形求出i U波形，一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似，桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流i d的波形，i d每60°脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点。
1.2 定量分析：a、输出线电压u UV展开成傅里叶级数1-5 式中，，k为自然数输出线电压有效值1-6基波幅值1-7基波有效值1-8b、负载相电压u UN展开成傅里叶级数得：1-9式中， ，k 为自然数负载相电压有效值1-10基波幅值1-11基波有效值1-12防止同一相上下两桥臂开关器件直通，采取“先断后通”的方法。
2.三相逆变器SPWM 调制原理2.1.PWM 控制的基本思想PWM 控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM 技术。
常用的PWM 技术主要包括：正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制（SHEPWM ）、电流滞环调制（CHPWM ）和电压空间矢量调制（SVPWM ）。
三相SPWM逆变器仿真报告
电力电子建模仿真报告
一、仿真要求
设计一个三相SPWM逆变器，使得输出相电压100Hz，有效值220V，负载RL类型（R=50Ω，L=10mH）直流母线电压540V，观察输出电流波形，对电流电压进行谐波分析。
二、仿真模型
图1 SPWM三相逆变电路仿真模型
三、仿真分析
设置参数，即将调制波频率设为100Hz，载波频率设为基波的30倍（载波比N=30），即3000Hz，m=0.9，负载RL类型（R=50Ω，L=10mH），直流母线电压540V，在powergui 中设置为离散仿真模式，采样时间设为1e-006s，运行仿真模型。
双击powergui，选择FFT 分析。
图2 SPWM三相逆变电路输出A相电流a I的波形
图3 SPWM三相逆变电路输出A相电流a I的FFT分析
U的波形图4 SPWM三相逆变电路输出A相电流a
U的FFT分析
图5 SPWM三相逆变电路输出A相电流a
由上面分析可知，电流谐波分布中最高的为28次谐波，最高频率为3000Hz时的THD=12.63%，输出电流近似为正弦波。
电压谐波分布中最高的为28次谐波，最高频率为3000Hz时的THD=79.22%。
四、仿真总结
通过适当的参数设置（如载波比N、调制度m等），运用SPWM控制技术，可以有效减小输出电压和输出电流的谐波分量，改善输出波形，可以很好的实现逆变电路的运行要求。
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SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真
随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直
接影响整个系统的逆变性能和带载能力。
逆变器的控制目标是提高逆变器输出
电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平
衡负载的能力；动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion) 和负载突变时的动态响应水平。
在这些指标中对输出电压的THD 要求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性
负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。
文中主要介绍
如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压
瞬时值内环进行控制。
针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。
通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变
器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。
并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。
1 三电平逆变器单相控制模型的建立
带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。
图1 中L 为输出滤波
电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。
在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负
载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调
节的值。
在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的
产生原理在这不做详细描述。
在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图
2 所示，这里调制比设为0.8。
图1 三电平逆变器单相主电路
图2 四相SPWM 产生电路。