SVPWM交流调速系统的建模与仿真
六相感应电机SVPWM系统的设计与仿真
２Ｈ ｕａ ｄ ｓ ｙＰ ｌｔｃ ｅ Ｃ ａｇ ｈ １０ ２ Ｃ ｉａ ．ｔｌ Ｉ ｕｔ ｏｙｅ ｌ ． ｈ ｓａ ０ ８ ． ｈｎ ） ｎｎ ｒ ｍｉ ｎ ４
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｌ ｒ ｒ ４ ｖ ｌ ｇ ｐ ｃ ｅ ｔ ｒ ６ ｐ ａ ｅ ｉ ｄ ｃ ｉ ｎ ｍｏ ｏ ｒ ｅ ｖ ＣＳ ． ｈ １ ｅ ａ ｅ ６ ｏ ｔ ｅ ｓ ａ ｅ ｖ ｃｏ ｓ ｍ － ｈ ｓ ｎ ｕ ｔ ｔ ｒ ｄ ｉ ｎ ｂ Ｉ Ｔ ｅ ｌ ｅ ａ ｏ ｖ ２
ｍａ ｉ ａ ｅ ｔｒ － ｕ ｓ ａｅａｅｓｌｃｅ ｎ ｏ ｉｅ ．ｈ ｎｔｅ １ ｄｕ ｖ ｃｏ ｓａｅｇ ｉｅ ． ｘｌ ｌ ｃｏ ｓｉ ｄ ｑｓ ｂ ｐ ｃ ｒ ｅｅ ｔｄ ａ ｄ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｔｅ ｍｅ ｉｍ ｅ ｔｒ ｒ ａｎ ｄ ｎ ｖ ｎ ｈ ２
图 １ 六相感应 电机
航天等领域的研究与实践 日益增加 。
六 相感 应 电机采 用 电压 源型逆 变器供 电时（ ２） 图 ，
定 子 电流 谐波 较大 。这是 由于定 子绕 组 的阻抗 较 小 。
解 决这 一问题 的有效方 法是采用空 间矢量脉宽调 制
（ ＶＰ Ｓ ＷＭ ）技 术 。本 文设 计 了一种 基于 ｌ ２中间矢量
ｌ ｋ ｇ ｎ ｒ ｕ ｐ ｌ， ｎａ１ ｔｔｒ ａｍ ｏ ｉ ｕｒ ｎ， ｌ ｔａ ｓｅ ｔ ｅ ｐ ｎ ｅａ ｄｓ ａ ｙｒｓ ｏ ｓ ． ｉ ａ ｅａ ｄｔ ｑ ｅｒ ｐｅ ｓ ｌ１ｓａｏ ｒ ｎｃｃ ｒｅ ｔｗｅｌｒ ｉｎ ｓ ｏ ｓ ｅ ｄ ｐ ｎ ｅ ｎ ｏ ｉ ｈ ｎ ｒ ｎ ｔ ｅ Ｋｅ ｒ ｓ ｓｘ ｐ ａｅｉ ｄ ｃｉｎｍｏｏ ； ｏｔｇ ｐ ｃ ｅ ｔｒ Ｓ Ｗ Ｍ ： ｉ ｌ ｌ ｙｗｏ ｄ ： ｉ —ｈ ｓ ｕ ｔ ｔｒ ｖ ｌ ｅｓ ａ ｅｖ ｃｏ ； ＶＰ ｎ ｏ ａ ｓｍｕｈｋ
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。
基于SVPWM的异步电机矢量控制调速系统仿真
[ 1 ]张毅刚 ,彭喜元 ,姜守达. 自动测试系统 . 哈尔滨工业大学出 版社 , 2001.
[ 2 ] 陆廷孝 ,郑鹏洲 ,可靠性设计与分析. 北京 :国防工业出版社 , 1995.
[ 3 ] 杨为民 , 可靠性 ·维修性 ·保障性总论. 北京 :国防工业出 版社 , 1995.
作者简介 :李银龙 (1981 - ) ,男 ,桂林电子科技大学电子工程学院 ,主 要研究方向 :自动控制和测试计量技术及仪器 。 收稿日期 : 2008 - 03 - 28 ( 8077)
2转子磁链给定值它机参数为一常数但是在额定转速以上即定子频率大于50hz时为了使定子电压不超过额定值那么试就必须相应的减小也就是常说的弱磁升速根据公式3可以算出励磁分量成it1过直角坐标到极坐标的变换得到定子电流幅值i过静止三相到静止二相变换后得到实际的电流幅值i1与i较后通过pi调节用来控制svpwm矢量的幅值大小
时 ,为了使定子电压不超过额定值 ,那么试就必须相应的减小 ,
也就是常说的弱磁升速 , 根据公式 ( 3) 可以算出励磁分量成
im31;电流的 M T轴分量 im31 , i3t1 过直角坐标到极坐标的变换得到
Ls 分别为 M T坐标系上定子绕组的电阻和自感 ; Rr, L r, 分别为
M T坐标系上转子绕组的电阻和自感 ; Lm 为 M T坐标系上定转
子绕组间的互感 ; p = d / d t为算子 ;ωs1
= (ωs-ω r Nhomakorabea)
为转差角频
率 ,ωs 为电源角频率 ,ωr 为转子电角速度 。
由于
M
轴与转子磁链矢量
近此理想磁通 。此方法将逆变系统和电机看成是一个整体 ,数
学模型简单 ,也便于微处理器实时控制 [5 ] [6 ] 。
PMSM调速系统SVPWM控制的建模仿真[1]
![PMSM调速系统SVPWM控制的建模仿真[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/279561c689eb172ded63b7c4.png)
2 SVPWM 控制原理
整个控制系统的核心就是 PWM 控制器 , 它以 一定规律控制逆变器开关器件的通断状态将参考 电压变成一定频率和幅值的脉冲序列 , 实现对电机 的控制 ,并能有效地抑制和消除谐波 , 因此研究高 性能的 PWM 控制技术十分关键 。
SVPWM 也称磁通正弦 PWM 法
扇区号
Ⅱ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅴ
m , p = 4; 逆变器直流母线电压 U dc = 300 V , 载波频
2
3. 1. 3 基本矢量作用时间计算
率为 2 kHz。空载启动 ,转速给定为 100 rad / s,在 0.
1 s时加入负载转矩 5 N ・m ,仿真时间为 0. 3 s。
基本矢量作用时间按照下式来计算 ,式中 Ts 是 逆变器开关周期 , U dc为逆变器直流母线电压 。
8 个导通状态 ,包括 6 个非零矢量 (称作基本电压矢
量 )和 2 个零矢量 ,这些电压矢量如图 3 所示 , 它们 在圆周空间呈均匀分布 。因此为了使逆变器输出 的电压矢量接近圆形 , 必须对这 8 种基本电压矢量 进行时间组合 ,例如当电压矢量位于图 3 所示的 Ⅰ 区时 ,用相邻的基本电压矢量合成 :
,它是以对称
模块 、 矢量切换点计算模块 、 PWM 波形生成模块 。
3. 1 SVPWM 模型算法 3. 1. 1 3 s/2 r坐标变换 3 s/2 s模块将三相参考电压变换为两相静止参
三相正弦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 逼近这个基准圆磁通 , 由两者的比较结果决定逆变
3u α ) TS / 2U dc
( 7)
脉动 ,而 SVPWM 方式则能较好的对转矩脉动进行 抑制 ,运用到实际中可更有效地降低机械系统的 振动 。
SVPWM仿真在MATLAB中建...
基于DSP和FPGA的交流伺服 PMSM 由于高转矩、低损耗、脉动小、电气时间常数小等物理特点，使其成为高精数控加工的最佳执行机构。
开发一个基于交流永磁伺服电机的高精度，快响应、强稳定性的伺服系统有着十分重要的实际意义。
本文首先对交流伺服系统的基本概况做了阐述，推导了永磁同步电机的数学模型，介绍了电压空间矢量的控制方法，设计了三闭环控制系统，给出了位置环、速度环和电流环控制器的设计方法，其中对位置环和速度环采用了鲁棒性很强的滑模变结构控制方法，对电流环采用了经典的PI控制，通过MATBAL仿真验证了此控制系统的可行性。
在硬件结构上采用IPM＋DSP＋FPGA结构，其中IPM功率模块完成功率驱动，DSP完成控制算法和通讯，FPGA完成对霍尔信号的检测、码盘信号的读取、键盘的扫描、显示器的动态刷新、保护信号的处理等功能。
此结构使DSP和FPGA充分发挥各自的优势，同时在性能上还弥补了各自的不足，节约了大量时间和资源，提高了系统的性能。
最后对整个系统的软件做了介绍，给出了主要部分的流程图及部分代码。
关键字：交流伺服；PMSM；DSP；FPGA；SVPWM；滑模变结构控制；PIReseach of AC Servo System based on DSP And FPGAAbstractWith the rapid development of the AC servo technology which based on power electronics technology and microprocessor technology, the AC servo system has been appliced in CNC machine tools, household appliances and many other industrial products widely. PMSM Permanent Magnet Synchronous Motor has many good characteristics such as high torque, low wastage, low pulse, low electric time constant and etc, which make PMSM become the best implement in high precise CNC. Herefore, it is of practical significance to develop high accuracy, fast response and strong stability servo control system.First of all, the general situation about AC servo technology is given. On the base of introducing the mathematics model of PMSM, SVPWM method is put forward. Secondly the paper degigns a three close loop contol system, giving the designing details in position loop controller, speed loop and the circuit loop. The position loop and the speed loop take the sliding mode variable control method which has high robustness and the circuit loop takes the classical PI control method. According to the result of simulation by MATBAL, the system is feasible.Then the paper introduces the hardware system based on IPM+DSP+FPGA. IPM module accomplishes power diver. DSP finishes the works including AC servo control algorithm and the communication. FPGA achieves the purposes including detecting thehall signal, reading code disc signal, scanning the keyboard, dynamic refreshing the LED display, dealing with protection signal and etc. This hardware system makes DSP and FPGA full play each one’s advantages and make up each one’s disadvantages, which not only saves much time, but also improved the efficiency of whole system. Finally, the paper introduces the software system by giving the main flow chart and some codes.Keywords: AC servo; PMSM；DSP; FPGA; SVPWM; sliding mode variable control; PI第1章绪论- 1 -1.1交流伺服系统简介 - 1 -1.2交流伺服系统的发展过程与趋势- 2 -1.3交流伺服系统的控制方案- 4 -1.4本文的研究目的和意义及内容安排 - 5 -第2章PMSM的结构和数学模型- 7 -2.1 PMSM的结构- 7 -2.2 PMSM的数学模型- 8 -2.3 本章小结- 11 -第3章 PMSM交流伺服系统的控制方案 - 13 -3.1 PMSM的矢量控制系统- 13 -3.2 位置环和速度环滑模变结构控制器的设计- 17 - 3.3 电流环PI控制器的设计- 23 -3.4 本章小结- 27 -第4章 PMSM交流伺服系统仿真- 28 -4.1 SVPWM仿真- 28 -4.2 PMSM交流伺服系统仿真- 31 -第5章 PMSM交流伺服系统的硬件设计 - 37 -5.1 交流伺服硬件系统的总体结构 - 37 -5.2 主功率电路- 37 -5.3 DSP硬件系统- 41 -5.4 FPGA硬件系统- 44 -5.5 DSP和FPGA总线接口电路 - 50 -5.6 系统电源电路 - 51 -5.7 本章小结- 53 -第6章 PMSM交流伺服系统的软件设计 - 54 - 6.1 软件的总体设计方案- 54 -6.2 DSP软件系统- 54 -6.3 FPGA软件系统- 64 -6.4本章小结- 68 -第7章总结与展望- 69 -参考文献- 71 -第1章绪论1.1交流伺服系统简介伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。
基于SVPWM的异步电机矢量控制调速系统仿真
口应用 实例 口
０ １０ ４ ５ １ ～／ ， ． ８ ）．６× ０ ｈ 其可靠度 函数 为 Ｒ （） ｈ 。 ２ ｔ ：ｅ 表 ２为译码单元 、 动单元 的故障率表 。 驱
表２
仪器 仪表 用户
析 ， 出 了相 应 的数 据 ， 系 统 的 可靠 性 工 作 提 供 理 沦上 的 支 给 对 持， 但也存在不足之处 ： 没有对单 元模块 的 内部 电路做 出详 并
仿 真 结 果 表 明 ： 系统 不 仪具 有 矢量 控 制 调 速 系 统 的 优越 性能 ， 该 同时 具
压基波最大幅值为 直流 侧 电压 ， 比正弦脉 宽调 制 逆变 器输 这 出电 压 高 出 １ ¨ 。 ５％
１ 矢量控 制 系统 的电机 方程
当选取转子磁通矢量 作 为同步速旋转两 相坐标 系的 轴空间定 向坐标时 ，即 Ｍ 轴系 已沿转子磁场定 向， 时异步 此 电机 的基 本 方 程 式 如 下 ： ¨
版社 ，９ ５ １９ ．
６ 结束语
文章主要对 信号 调 理 电路 的功 能单 元 做 出 了叮靠 性 分
作者简介 ： 李银龙（ ９ １一） 男 ， １８ ， 桂林 电子科 技大学 电子工 程学 院， 主 要研 究方 向 ： 自动 控 制 和 测试 计 量 技 术及 仪 器 。
收 稿 日期 ： ０ ８— ３— ８ ８ ７ ） ２０ ０ ２ （０ ７
［］ １ 张毅刚 ， 彭喜元 ， 姜守 达． 自动测试 系统 ． 尔滨１业 犬学 出 哈
版社 ，０ １ ２０ ．
［ ］陆廷孝， ２ 郑鹏洲 ， 可靠性设计与分析． 北京 ： 国防工业出版社 ，
ｌ ９５ ９ ．
［ ］杨为民 ， ３ 可靠性 － 维修性 － 障性总论．北京 ： 保 国防工业 出
基于SVPWM永磁同步电机控制系统的建模与仿真
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)
补 翁 罪迎
位宜与 庄公 砚 翻
僻为 子 速 (r 眺); 化、 确 q轴 链。 转 角 度a 九为 磁
. 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
SPWM变频调速系统建模仿真及应用
以 用解 析 的 方法 进 行分 析。 作 为 系统 分 析 研 ３ Ｓ ｐ ｗｍ变频 调速 系统 仿真 （ Ｍ＝调 制 波幅 值 ／ 载波幅值） 。 为了保 证 最 究 的一 种 重要 手 段 ， 仿 真技 术 得 到 了越 来 越 系 统 仿 真 是 设 计 出 系统 可 以 运 算 的 系 为 准 确 的 线 性 控 制 要 求 ， 正 弦 波 参 考 信 号 广泛 的应 用 。 通 过仿 真 可模拟 实际 系统 的 运 统 模 型并 利 用 它 在 计 算 机 上 进 行试 验 ， 计 的最 大 幅 值小 于 等于 三角波 幅值 ， 即 Ｍ≤ｌ 。 行过程， 描 述 系统 的状 态与 特 性 ， 分 析 系 统 算 机 仿 真 先 将 系 统 模 型 转 变 为 仿真 模 型 ， 通 过 一 系列 的 研 究 证 明， 当Ｍ≤１ 时， 逆 变 器 特 性随 参 数 的 变化 规 律 。 然 后 通 过 计 算 机 对 系统 的 特 性 和 规 律 进行 输 出 线 电 压 中基 波 分 量 的 最 大幅 值 只 有 逆 仿真 研 究 。 变器输入线电压幅值的０ ． ８ ６ ６ 倍。 因此， 根
２ Ｑ ！ 曼 Ｑ ： １ ２
研 究 报 告
Ｓｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅｃ ｈｎ ｏｌ ｏｇｙ ￣ｎ ｏｖ ａｔ ｉ ｏｎ Ｈｅ ｒ ａ ｌ ｄ
Ｓ Ｐ ＷＭ变频调 速系统建模仿真及应用
王小红
（ 广东省湛江市技师学院 广 东湛江 ５ ２ ４ ０ ０ ０ ）
摘 要 ： 霞文以三 相异步电机仿真调速 系统的控制为倒， 论述ｓ ｐ ｗ ｍ 变频 系 统的调速原理及建模仿真 ， 根￣ Ｊ ｌ Ｓ ｐ ｗ ｍ 控制原理建立ｓ ｐ ｗ ｍ 变频调速 系 统的仿真模 型并运行得 到仿真波形， 将其 与实际波形相比较 ， 结果证明 了 建模仿真方法的有效性 ， 可应 用于职业院校电类专业对Ｓ ｐ ｗ ｍ 变频调
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图 11 转速 、负载转矩 、输出电磁转矩仿真波形
1
0
0
1 - 1 /3 - 1 /3 2 /3 0
-1 1
1
0
1 1 /3 - 2 /3 1 /3 1
-1 0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
通过三相 /两相变换 ,可将相应于表 1的八种组
合的相电压映射到 α - β平面 , 得到六个非零电压
矢量 (V1 ～V6 ) 和两个零电压矢量 (V0 、V7 ) 。非零 交
有价值 ,请圈 15;没有价值 ,请圈 16。
三相电流波形 ,图 11为转速 、负载转矩给定 、输出电 磁转矩波形 。
5 结 语
本文根据 SV PWM 原理 ,采用基于 SV PWM 控制
技术 , 应用 M a tlab /S im u link 仿真软件 , 建立的 SV P2
WM 交流调速系统的仿真模型 , 提出的基于单神经
( b) f = 600Hz
图 7 不同频率下正弦阶梯电流给定与电流反馈
( b) f = 600Hz
图 8 不同频率下 A、B相绕组电流反馈
(上接第 24 页 ) 块 , Teta Ca lcu la tion 模块为转子磁 场位置计算模块 , I3q Ca lcu la tion 模块为定子电流 q 轴分量给定计算模块 , abc - dq为坐标变换模块 。
电压矢量构成正六边形的轴线 , 其夹角是 60°, 两个
流 调
零电压矢量位于坐标原点 。图 2给出了基本电压矢 速
系
统
的
建
模
与
仿
真
收稿日期 : 2005 - 01 - 18
图 2 基本矢量及 V ref在 α - β平面上的投影
23
微特电机 2006年第 2期
D 设es计gin分an析danalysis 量和所需的电机电压矢量 V 在 ref α-β平面的投影。 出本神经元且加入转矩补偿控制的控制效果较其它
4 异步电动机矢量控制的仿真
图 9为在 MATLAB 中构建的矢量控制的整体 仿 真结构 。FluxCalculation模块为转子磁链计算模
交 流 调 速 系 统 的 建 模 与 仿 真
24
图 9 在 MATLAB中构建的矢量控制的整体仿真结构
(下转第 27页 )
D 设es计gin分an析danalysis 微特电机 2006年第 2期
单神经元的模型如图 3所示 ,它是一个多输入 单输出的非线性处理单元 。其中 xi、ωi ( i = 1, 2, …, n)分别为控制器的输入量和相应的权重 ; Ku 为比例 因子 ; f ( ·)为神经元的响应函数 , 通常为带有最大 限幅值 umax的 S型激发函数 ,如图 4所示 。
传统的调节器在突加负载或负载波动比较大 时 ,转速波动也比较大 ,且恢复时间较长 。为了获得 良好的动态及静态特性 、提高系统的抗干扰能力 ,必 须对负载转矩进行估算和补偿 。
电机 负 载 转 矩 以 实 际 的电 机 负 载 转 矩 给 定 基本一致 。图 8 为在
图 7 转矩补偿器估算的 电机负载转矩
电机 参 数 发 生 变 化
( R3r
=
2R r
,
L
3 r
= 5L′r ,
Rr、L′r 分别为转子电阻
和转子电感 ) 时几种
控制方案的比较 ,可以
看出 带 负 载 补 偿 的 神
表 1 三桥臂的开关状态和相应 VSI的输出
a
b
c
VaBiblioteka VbVcV ab
V bc
V ca
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0 2 /3 - 1 /3 - 1 /3 1
0 -1
1
1
0 1 /3 1 /3 - 2 /3 0
1 -1
0
1
0 - 1 /3 2 /3 - 1 /3 - 1 1
0
0
1
1 - 2 /3 1 /3 1 /3 - 1 0
图 5为速度给定为 600 r/m in,在 0. 07 s突加额 定负载 (200 N ·m )且以转矩 100 N ·m、频率 50 Hz 波动时的速度及负载转矩对应波形 。图 6为几种控 制方案在给定转速附近的放大波形的比较 ,可以看
图 7 为转矩补偿
器估 算 的 电 机 负 载 转
矩 ,可以看出此估算的
1 引 言
交流电动机的变频调速系统是各种调速系统中 最为优越的一种电力拖动系统 ,它和其它的调速系 统相比 ,具有良好的调速性能和节能效果 。随着新 型电力电子器件的不断出现 ,脉宽调制技术 ( PWM ) 和正弦脉宽调制技术 ( SPWM )在交流调速系统中已 经得到越来越多的应用 [ 1 ] 。然而常规的 SPWM 不 能充分利用馈电给逆变器的直流电压 ,调节过程中 依然会有某些高次谐波分量 ,从而引起电机发热 、转 矩脉动和系统振荡等 。目前电压矢量脉宽调制技术 ( SVPWM )以其物理概念清晰 ,算法简单 ,易于实现 的特点 ,在中小功率调速系统中得到了广泛的应 用 [ 2 ] 。本文根据 SVPWM 的原理 ,利用目前较为流 行的计算机辅助设计工具 Matlab / Simulink,建立了 SVPWM 交流调速系统的仿真模型 [ 3 ] ,包括单神经 元自适应 P I速度调节器的设计以及 SVPWM 的算 法实现 。为了验证模型的正确性和交流调速的效 果 ,本文给出了三相定子电流波形 、转速 、负载转矩 、
[ 3 ] 林波 , 李兴根. 混合式步进电机 S PWM 微步驱动技术的研究 [ J ]. 微电机 , 2000, 33 ( 3) : 16～20
作者简介 :赵克 ( 1973 - ) ,男 , 博士研究生 , 从事电力电子和电 机控制方面的研究 。
为进一步提高本刊的编辑质量 , 请您对此文在读 者服务卡上圈上数字代码 :
WAN G X iao - feng, DA I W en - jin (Nanchang University, Nanchang 330029, China)
摘 要 :讨论了基于 MATLAB 实现矢量控制交流调速 系统的方法 ,提出了基于单神经元的积分分离的 P I型速度 调节器 ,并对负载转矩进行补偿 。仿真结果表明该系统具有 良好的鲁棒性和快速性 ,对电机参数不敏感 ,得出了一些有 价值的结论 。
仿真的结果可 以通 过 示 波 器 清 楚 地反映各量的变化 , 也可 将 数 据 实 时 地 存入 文 件 或 工 作 空 间以便作具体分析 。 在 MA TLAB 环 境 下 进行的仿真结果如 图 10 三相定子电流仿真波形 图 10和 图 11 所 示 。电 机 参 数 为 : PN = 30 kW , J
经元控制的性能基本 图 8 电机参数变化时
不受参数变化的影响 。 几种控制方案的比较
在交流传动系统中引入神经元并非出于建模的
困难 ,而是利用其非线性 、自寻优来克服传动系统中
交参数 、非线性等不利因素 。本文介绍的基于单神
经元的速度调节器和负载转矩补偿在 MATLAB 下
的仿真表明 ,其有效地提高了控制效果和系统性能 。
输出电磁转矩波形的实验仿真结果 。
2 SVPWM 的基本原理
如图 1所示 ,在电压型逆变器电路中 [ 4 ] ,当上桥
图 1 典型的三相电压源变换器结构
臂开关管导通时相应的下桥臂开关管截止 ,上桥臂 开关管截止时相应的下桥臂开关管导通 。设当上桥
臂开关管导通时对应的开关变量为 1,关断时为 0。 电压型逆变器六个开关管共有八种工作状态 ,产生 八个电压矢量 ,其中只有六个有效的电压矢量 。若 以 Ud 为基准 ,则对于每种组合逆变器的输出线电 压和相电压如表 1所示 。
( b) f = 600Hz
图 9 不同频率下 A、C相绕组电流反馈
参考文献
[ 1 ] 李铁才 ,杜坤梅. 电动机控制技术 [M ]. 哈尔滨. 哈尔滨工业大 学出版社. 2002: 56～57
[ 2 ] 刘宝廷 ,程树康. 步进电动机及其驱动控制系统 [M ]. 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学出版社. 1997: 159～167
元的速度调节器和负载转矩补偿在 MA TLAB 6. 1下
的仿真结果表明 ,设计的仿真模型是正确的 ,系统具
有良好的鲁棒性和快速性 ,对电机参数变化不敏感 ,
有效地提高了控制效果和系统性能 。
混
参考文献
合
式
[ 1 ] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统 [M ]. 北京 :机械工业出版社 , 步
1999 [ 2 ] 华风雷. 基于 M a t lab /S im u link语言的交流调速系统仿真 [ J ].
进 电 动
包头钢铁学院学报 , 1998, ( 1) : 88～92
机
[ 3 ] 薛定守. 反馈控制系统设计与分析 - MA TLAB 语言应用 [M ].
正 弦
北京 :清华大学出版社 , 2000
波
[ 4 ] 张燕实. SPWM 变频应用技术 [M ]. 北京 :科学出版社 , 1999
微
[ 5 ] Green A W B E, B oys J T. Hystersis curren t Forced Th ree phase V olt2
SVPWM 方法的目的是通过与六个开关管的八 控制方案要好 。