三电平SVPWM的研究及其仿真毕业设计.doc

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1、（2014届）本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：三电平SVPWM的研究及其仿真学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： xxx 班 级：xxxxxxx学号xxcxxxxx 指导教师姓名：xxxxxxx职称 xxxx 最终评定成绩： 2014届本科毕业设计（论文）资料第一部分 毕业论文（2014届）本科毕业设计（论文）学 院（部）： xxxxxxxxxxxxxx 专 业： xxxxxxxxxxxxxx 学 生 姓 名： xxxxx 班 级：xxxxxx 学号xxxxxxx 指导教师姓名： xxxx 职称 xxxxx 最终评定成绩 2014年5月 摘

2、 要此篇论文在参考了大量资料后对空间矢量脉宽调制技术进行了有理论有仿真的论述，充分发掘了此技术在现实生活中的重要性，是我们实现对永磁同步电机控制优化的重要辅助。本文先从理论上对空间矢量脉宽调制技术进行了充分的说明然后对理论通过MATLAB/SIMULINK进行了仿真，在之后的波形图中我们可以看见空间脉宽矢量调节技术对于圆形磁场的建立，对于电机的控制都起到了良好的效果。而永磁同步电机有者占用空间小，适用领域广等优点，桎梏其发展的永磁体材料稀少也由钕铁硼永磁材料的出现而得到化解。我国有着丰厚的稀土资源对于永磁同步电机的发展有着得天独厚的优势，所以我们应该对永磁同步电机的控制也要有相应的技术基础，毕

3、竟无法控制的电机就是一块金属罢了。通过MATLAB/SIMULINK的仿真我们也可以以简单的方式获得一些不简单的控制结果，看到空间脉宽矢量调节技术是一种非常好的控制永磁同步电机的的方法。关键词：永磁同步电机控制，空间脉宽矢量控制，MATLAB/SIMULINK仿真ABSTRACTThis paper in reference to a large amount of information on the space vector pulse width modulation technology were described with theoretical simulation, Fully

4、 explore the importance of this technology in the real life, Is our important auxiliary optimized control of permanent magnet synchronous motor, This article first from the theory of space vector pulse width modulation technology make a statement ,Then the theory of simulation by MATLAB/SIMULINK ,We

5、 can see in the waveform figure after space pulse width for the establishment of the circular magnetic field vector control technology, For the control of the motor has played a good effect,The permanent magnet synchronous motor has a small footprint, wide field of application, etc, Constraints of t

6、he development of permanent magnet material scarce also be resolved by the emergence of ndfeb permanent magnet materials , Our country has rich rare earth resource for the development of permanent magnet synchronous motor has a unique advantage, so we should control of permanent magnet synchronous m

7、otor also should have corresponding technical foundation, unable to control the motor, after all, is a piece of metal. Through MATLAB/SIMULINK simulation we can also get some in a simple way is not a simple control as a result, see space pulse width vector control technology is a very good control o

8、f permanent magnet synchronous motor.Keywords: Permanent magnet synchronous motor control, space vector control pulse width, MATLAB/SIMULINK 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1永磁同步电机简介11.2永磁同步电机分类11.3永磁同步电机的控制方式简介21.4永磁同步电机的发展前景21.5 主要内容3第2章 空间脉宽矢量调节技术SVPWM42.1空间脉宽矢量调节技术SVPWM的发展简况42.2 空间脉宽矢量调节技术SVPWM介绍42.3

9、空间矢量脉宽调制SVPWM法则推导过程72.3.1 空间矢量脉宽调制7段式82.3.2 空间矢量脉宽调制5段式92.4 合成矢量Uref所处扇区N的判断112.5 本章小结12第3章 MATLAB/simulink简介133.1 MATLAB简介133.2 Simulink简介143.3 本章小结15第4章 三电平SVPWM的研究及其在PMSM的应用164.1永磁同步电机矢量控制的模型164.2 建模及仿真164.3仿真结果及分析20结 论22参考文献24致 谢25第1章 绪论1.1永磁同步电机简介永磁同步电机是一种结构比较简单，占用空间小、整体重量轻、能量损耗小、能量利用率高的同步电机，和直

10、流电机比比起来，永磁同步电机没有直流电机的换向器和电刷，不会出现换向器损坏而使电机无用的问题，也不会因电刷的磨损而要定期维护；和异步电动机比起来，永磁同步电机由于不需要无功励磁电流，因而效率和功率因数都较高，力矩惯量比较大，定子电流损耗小，定子电阻损耗小，而且转子的参数可以进行测量、电机的控制性能好；但永磁同步电机与异步电机相比成本较高、起动不易；永磁同步电机和普通同步电动机相比省去了励磁装置，结构更简单，因而效率有所提高。而在永磁同步电机的控制方面矢量控制系统能够实现精度高、动态性能好、调速或定位的大范围控制。其中就包括空间脉宽矢量调节技术。1.2永磁同步电机分类在永磁同步电动机中，由于电机

11、的转子铁芯磁钢的形状不同，使得转子磁场的空间分布分为了正弦波和梯形波两种；因而，当转子在旋转的时候，产生于定子上的反电动势波形也出现了正弦波和梯形波两种。这就形成两种同步电动机在原理、模型及控制方法上不尽相同，于是为了区别它们各自组成的永磁同步电动机交流调速系统，人们习惯称正弦波永磁同步电动机组成的交流调速系统为正弦型永磁同步电动机（PMSM）调速系统；而由梯形波（方波）永磁同步电动机组成的调速系统则由于类似于直流电动机系统的原理和控制方法，所以把这种系统称为无刷直流电动（BLDCM）调速系统；结构的不同就会带来不同的控制方法，这在电机中都是一种很普遍的现象；前面说到了永磁同步电机的转子铁芯磁

12、钢形状不同，所以永磁同步电动机转子磁路结构也就不同，可以推知电动机的运行特性、控制系统等也不会相同。而本文则主要论述的是正弦型永磁同步电动机（PMSM）调速系统。当然就算只是PMSM它也有三种一种是永磁体放在转子内的称为内磁式永磁同步电动机；另一种把永磁体放在转子表面叫做外磁式永磁同步电动机；还有一种是将永磁体嵌入或部分嵌入的，被称为嵌入式永磁同步电动机。而本文之所以主要论述PMSM的原因就是在于BLDCM的转矩脉动和铁心损耗都较大，在低速直接驱动的应用场合中，PMSM的性能比BLDCM要电动机优越得多，所以尽管BLDCM比PMSM控制简单，成本低，检测简单，但很显然PMSM的性价比更高。1.

13、3永磁同步电机的控制方式简介我们知道电动机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的，由于其中直流电动机的主磁场和电枢磁场在空间互差90可以独立调节；但是交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，只是互相影响。因此交流电动机的转矩控制性能较差。目前的交流电机控制有恒压频比控制、矢量控制、直接转矩控制和解耦控制，恒压频比控制是利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出电压进行控制，控制方式简单但是精确度不高，要高的精确度就要解耦；矢量控制是将三相交流电动机的定子电流分解成励磁电流分量和转矩电流分量，使这两个分量相互垂直，独立，然后分别进行调节，就可以以获得像直流电动机一样良好的动态特性。但是这种方法调节

14、、控制和计算都不方便。需进行复杂的坐标变换，当然这在matlab的强悍处理能力下得到这些很容易；矢量控制对电动机参数的依赖性很大；直接转矩控制采取定子磁链定向的方法，利用离散的两点式控制直接对电动机的定子磁链和转矩进行调节，具有结构简单，转矩响应快等优点。看起来非常好，但是这种技术还不成熟在好多方面不能达到相应的要求，计算量也很大。1.4永磁同步电机的发展前景对永磁同步电机有了一定的了解后，我们会发现今后的永磁同步电机领域会有很大的成长空间和价值，首先就是永磁同步电机它有更高的综合节能效果：永磁同步电动机无需励磁电流进行激磁，直接由永磁体激磁，所以可以显著提高功率因数，可以达到1甚至达到容性；

15、而且它的定子电流小，所以其定子铜耗当然小；而且转子是无铜耗的而三相异步电动机的转子绕组损耗却大约约占去了总损耗的2030，因而永磁同步电机的发热量低，甚至都可以不需要风扇来散热，无风摩耗也就不高，这样方方面面的叠加起来后永磁同步电动机一般就比同规格异步电动机效率要高出28，并且在很宽的负载变动范围内始终保持有高的效率及功率因数，尤其是在轻载运行时节能效果更佳。很明显这符合国家的节约型社会的方针。其次永磁同步电机可满足一些大型的工业应用，例如在一些需大的起动转矩和最大转矩倍数的特殊场合，然而常规异步电动机的起动转矩倍数和最大转矩倍数会达不到要求，若要达到要求，则需选择更大容量的异步电动机，而回归

16、到了正常运行状态后，异步电动机就又在轻载运行了，效率和功率因数就会显得低。当设计为油田抽油机具有异步起动能力的永磁同步电动机时，起动转矩倍数有3.6倍以上，而效率可达94，功率因数有0.95，可以看出此种电机又满足了负载动态时大转矩的要求，又具有很高的节能效果。然后永磁同步电机还可以满足低速直接驱动的要求，因为低速直接驱动可以提高控制的精度，可以减小电机振动的噪声，还可以大转矩驱动的需求，所以近年对低速电动机的需求也日益增加，对电机的控制要求也日益精确，像那种于电梯拖动的永磁同步曳引机的转矩提高了十几倍，而且没有了庞大的齿轮箱，直接通过曳引轮拖动轿厢，这使得振动和噪声都明显减小了，使得电梯更平

17、稳更有安全感。 永磁同步电机还可以满足多极高功率因数的需求，随着人们对永磁同步电机的关注度越来越高，所以永磁同步电动机的应用范围越来越广，包括了多极电机。多极电机定、转子铁心轭部高度非常小，电机体积小，铁心材料用量就节约了许多。多极电机的定子端部长度也比较小，定子铜耗也就小了，发热也就减少了、效率也就提高了。对于高功率密度的需求永磁同步电机也可以满足。舰船、车辆的电机空间有限，电动机就要有高功率密度、高转矩密度；而永磁同步电动机无需激磁绕组省下了大量的空间，而永磁同步电机中的钕铁硼材料具有高剩余磁感应强度和高矫顽力，可以提供很高的磁负荷B，缩小电机尺寸。传统电机的齿槽结构约束着磁负荷和电负荷，

18、过高的磁负荷将减小放置绕组的空间，阻碍高功率密度的实现， 由于永磁同步电动机比异步电动机更容易实现磁场矢量控制，因此近年来永磁同步伺服电动机系统在高精度数控机床、机器人等高科技设备中应用广泛。并且我国稀土资源非常丰富，是世界其它各国储量的4倍，而稀土材料是永磁材料的主要成分，由此我想中国之所以五千年的文化可以连绵不绝，文字象形写意，而不是一些字母靠着逻辑关系表达意思，和中国的资源丰富有很大的关系，或者这就是风水好吧。我国稀土资源的优势，足以大力推动永磁同步电动机系统的应用和研究，对节能和现代化是具有重大战略意义的。1.5 主要内容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

19、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。本课题拟研究三电平SVPWM的研究及MATLAB建模仿真建模。第2章 空间脉宽矢量调节技术SVPWM 2.1空间脉宽矢量调节技术SVPWM的发展简况 1971年德国西门子公司的F.Blaschke提出矢量控制原理，而后人们在其理论应用方面进行了深入研究。在1981年西门子公司研制了世界第一台4220KW交流变频同步电机调速系统1。而在1983年钕铁硼永磁材料研发出来后，因其优秀的磁

20、特性，低廉的成本和充足的能量来源而使各工业国对永磁电机投入了大量精力研发，因而永磁同步电机的控制调速技术理论体系发展一日千里，包括空间脉宽调制SVPWM技术。2.2 空间脉宽矢量调节技术SVPWM介绍这个世界唯一不变的就是变，所以变化的磁场能产生变化的力和变化的点若是利用得好，就可以产生规律的可利用的电流；而空间脉宽调制SVPWM技术就是一种能够很好的控制永磁同步电机的旋转磁场；其原理如下：SVPWM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

21、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2。逆变电路如图 2-1 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。假设Um为相电压有效值，f为电源频率，则有：(2-1)其中，则三相

22、电压空间矢量相加的合成空间矢量U(t)就可以表示为：(2-2)可见U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，Um为相电压峰值，且以角频率=2f按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量U(t)在三相坐标轴(a，b，c)上的投影就是对称的三相正弦量3。图 2-1 逆变电路由于逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究各相上下桥臂不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量，特定义开关函数为：(2-3)(Sa、Sb、Sc)的全部可能组合共有八个，包括6个非零矢量 U1(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和两个零矢量U0(000)、U

23、7(111)。各种组合下的空间电压矢量4列表如下：表 2-1 开关状态与相电压和线电压的对应关系SaSbSc矢量符号线电压相电压UabUbcUcaUaNUbNUcN000U0000000100U4Udc00110U6UdcUdc0010U20UdcUdc011U30UdcUdc001U100Udc101U5Udc0Udc111U7000000图 2-2 八个电压矢量图其中非零矢量的幅值相同(模长为2Udc/3)，相邻的矢量间隔 60,而两个零矢量幅值为零，位于中心。在每一个扇区，选择相邻的两个电压矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原则来合成每个扇区内的任意电压矢量，即：(2-4)或者等效成下式：(

24、2-5)其中，Uref 为期望电压矢量；T为采样周期；Tx、Ty、T0分别为对应两个非零电压矢量 Ux、Uy和零电压矢量 U0在一个采样周期的作用时间；其中U0包括了U0和U7两个零矢量。式(2-5)的意义是，矢量 Uref 在T时间内所产生的积分效果值和Ux、Uy、U0分别在时间 Tx、Ty、T0内产生的积分效果相加总和值相同5。由于三相正弦波电压在电压空间向量中合成一个等效的旋转电压，其旋转速度是输入电源角频率，等效旋转电压的轨迹将是如图所示的圆形。所以要产生三相正弦波电压，可以利用以上电压向量合成的技术，在电压空间向量上，将设定的电压向量由U4(100)位置开始，每一次增加一个小增量，每

25、一个小增量设定电压向量可以用该区中相邻的两个基本非零向量与零电压向量予以合成，如此所得到的设定电压向量就等效于一个在电压空间向量平面上平滑旋转的电压空间向量，从而达到电压空间向量脉宽调制的目的6。2.3 空间矢量脉宽调制SVPWM法则推导过程 三相电压给定所合成的电压向量旋转角速度为，旋转一周所需的时间为；若载波频率是，则频率比为 。这样将电压旋转平面等切割成个小增量7 ，亦即设定电压向量每次增量的角度是 ： g = (2-6) 假设欲合成的电压向量Uref 在第区中第一个增量的位置，如图下图所示，欲用 U4、U6、U0 及 U7 合成，用平均值等效可得： (2-7) 图 2-3 电压空间向量

26、在第I区的合成与分解在两相静止参考坐标系(,)中，令 Uref 和 U4 间的夹角是，由正弦定理可得： (2-8) 因为 |U4|=|U6|=2Udc/3 ，所以可以得到各矢量的状态保持时间为： (2-9)式中m为SVPWM调制系数，。7 (调制比=调制波基波峰值/载波基波峰值)。而零电压向量所分配的时间为：T7=T0=(TS-T4-T6)/2 (2-10) 或T7=(TS-T4-T6) (2-11)得到以 U4、U6、U7及U0合成的Uref的时间后，接下来就是如何产生实际的脉宽调制波形。在SVPWM 调制方案中，零矢量的选择是最具灵活性的，适当选择零矢量，可最大限度地减少开关次数，尽可能避

27、免在负载电流较大的时刻的开关动作，最大限度地减少开关损耗。一个开关周期中空间矢量按分时方式发生作用，在时间上构成一个空间矢量的序列，空间矢量的序列组织方式有多种8，按照空间矢量的对称性分类，可分为两相开关换流与三相开关换流。下面对常用的序列做分别介绍。2.3.1 空间矢量脉宽调制7段式以减少开关次数为目标，将基本矢量作用顺序的分配原则选定为：在每次开关状态转换时，只改变其中一相的开关状态。并且对零矢量在时间上进行了平均分配，以使产生的 PWM 对称，从而有效地降低 PWM 的谐波分量。当 U4(100)切换至U0(000)时，只需改变 A 相上下一对切换开关，若由 U4(100)切换至 U7(

28、111)则需改变 B、C 相上下两对切换开关，增加了一倍的切换损失。因此要改变电压向量 U4(100)、U2(010)、 U1(001)的大小，需配合零电压向量 U0(000)，而要改变 U6(110)、U3(011)、U5(100)， 需配合零电压向量 U7(111)。这样通过在不同区间9内安排不同的开关切换顺序， 就可以获得对称的输出波形。2.3.2 空间矢量脉宽调制5段式对7段而言，发波对称，谐波含量较小，但是每个开关周期有6次开关切换，为了进一步减少开关次数，采用每相开关在每个扇区状态维持不变的序列安排，使得每个开关周期只有3次开关切换，但是会增大谐波含量。2.4 扇区判断空间矢量调制

29、的第一步是判断由 U和U所决定的空间电压矢（Uref）量所处的扇区。假定合成的电压矢量落在第 I 扇区，可知其等价条件如下：0arctan(U/U)0 ，U0 且U/ U0 ， 且U/ |U|U0 且-U/ UU0 ，U0 且U/ UUU0 ，U0 且-U/U0 ，则 A=1，否则 A=0； 若U20 ，则 B=1，否则 B=0；若U30 ，则 C=1，否则 C=0。可以看出 A，B，C 之间共有八种组合，但由判断扇区的公式可知 A，B，C 不会同时为 1 或同时为 0，所以实际的组合是六种，A，B，C 组合取不同的值对 应着不同的扇区，并且是一一对应的，因此完全可以由 A，B，C 的组合判断

30、所在的扇区。为区别六种状态，令 N=4*C+2*B+A，则可以通过下表计算参考电压 矢量 Uref 所在的扇区。表2-3 N值与扇区对应关系表N315462扇区号采用上述方法，只需经过简单的加减及逻辑运算即可确定所在的扇区，对于提高系统的响应速度和进行仿真都是很有意义的。2.5 本章小结空间脉宽矢量控制以纯数学的角度来研究的话就是有这么复杂。各种矩阵变化，各种公式这就留给那些精英人士去讨论吧。本章详细表达了空间脉宽矢量调节的原理和方法，经过这样的转化变化后就可以通过空间矢量脉宽调制技术来控制永磁电机了。虽然过程有点复杂，但是它的控制效果不会差。在下章的MATLAB中就可以由软件自动完成这一过程

31、，就不需要进行复杂的推导运算了，而且在MATLAB/sinmulink中只需要选择相应的模块然后连接设置参数再运行就可以了。第3章 MATLAB/simulink简介3.1 MATLAB简介Matlab是Matrix Labotary的缩写，最初是美国新墨西哥大学Moler教授编写的LINPACK和EISPACK接口程序，而在1984年，MathWorks公司创建，MATLAB正式推向市场；20世纪90年代以来，MATLAB已成为数值计算软件的佼佼者。MATLAB软件由桌面工具和开发环境，数学函数库，MATLAB编程语言，图形可视化，外部接口，Simulink这几部分组成。它的功能非常强大，产

32、品有并行计算，数学与优化，统计与数据分析，控制系统设计与分析，信号处理与通信，图像处理测试&测量，计算生物，计算金融，应用发布，应用发布目标，数据库连接和报告等等 。Simulink的产品则由如下几种构成：定点建模 基于事件的建模 物理建模 仿真图形化 控制系统设计与分析 信号处理与通信 代码生成 快速原型和硬件再回路仿真 验证、确认和测试 生成报告。 由于MATLAB/Simulink的可以做出如此多的产品，所以它的应用领域非常广泛比如在技术计算中可以进行数学计算、分析、可视化和算法开发，在嵌入式系统中可以对嵌入式软件和硬件进行建模、仿真、实现和验证，控制系统中可以设计、测试和实现控制系统，

33、电机控制当然也包括在内了，在数字信号处理中分析信号、开发算法、设计 DSP 系统，在通信系统中设计和仿真复杂通信系统，在图像和视频处理中可以采集、处理、分析图像和视频以进行算法开发和系统设计，在FPGA 设计中可以进行FPGA 设计的建模、仿真、实现和验证，在机电中可以设计、优化和验证机电系统。测试和测量中的采集、分析和探查数据以及将测试自动化，计算生物学中的分析、可视化及对生物数据和系统进行建模，在计算金融学中可以开发并部署高效且稳定的金融应用程序。可见MATLAB/Simulink的应用面之广。下图就是MATLAB的工作界面图3-1 MATLAB界面图3.2 Simulink简介Simul

34、ink是Matlab的重要组件之一，其前身是1990年MathWorks公司为Matlab提供的控制系统模型化图形输入与仿真工具SimuLab，以工具库的形式挂接在MATLAB3.5版上 。Simulink的主要功能就是Simu (仿真) 和Link (模型连接) 。Simulink的功能：它是一种基于MATLAB的框图设计环境，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理等领域的建模和仿真中 可以二次开发，在Simulink基础之上构建其他产品，从而扩展了Simulink多领域建模功能， 可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环

35、境的定制以及信号参数和测试数据的定义Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试 Simulink的特点：为建立各种各样的系统模型，Simulink除提供了一些基本库之外，针对特定领域还提供了丰富的可扩充的预定义模块库交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成使用Embedded MATLAB 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法。Si

36、mulink的系统指由相互联系、相互作用的实体集合而成，并表现出某些特定功能的一个整体。组成系统的实体之间相互作用而引起的实体属性的变化，通常用状态变量来描述。研究系统主要研究系统的动态变化。除了研究系统的实体属性活动外，还需要研究影响系统活动的外部条件环境。 Simulink中搭建的系统有三种类型：离散系统：系统的操作和状态变化仅在离散时刻产生 连续系统：具有连续的输入与输出，系统输出在时间上连续变化，变化的间隔为无穷小量，而非仅在离散的时刻采样取值 混合系统：混合系统就是连续系统和离散系统的混合，系统模型中既有连续状态，又有离散状态 。系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质(或是系统

37、的某种特性)的一种描述。在计算机上研究系统的动态特性，就需要建立数学模型。数学模型按照状态变化可分为：动态模型和静态模型。描述系统状态变化过程的数学模型称为动态模型。Simulink中的模型主要是指仿真系统数学模型，它是一种适合在计算机上演算的模型，主要是指根据计算机的运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求将原始系统数学模型转换为计算机程序。Simulink仿真原理：微分方程是描述动态系统最常用的数学工具，也是很多科学与工程领域数学建模的基础。由于一般的非线性微分方程是没有解析解的，故需用数值解的方式求解。Simulink中系统的仿真主要就是利用解各类微分方程的数值解来实现的。连续的求解器可以

38、计算连续或混合系统，而离散的求解器，则只能解离散系统。3.3 本章小结MATLAB这个工具由一个单方面的指向性数学工具发展成为了一个用途这么广泛的平台，可以看出一个软件只要好就不愁没有发展，而从本章不难看出能够熟练运用MATLAB这个软件是可以在很多方面进行发挥的。第4章 三电平SVPWM的研究及其在PMSM的应用4.1永磁同步电机矢量控制的模型永磁同步电机的空间矢量脉宽调制方式本来要经过大量的复杂的计算但是由于有了MATLAB/simulink这件神器，使得建模仿真变得没那么复杂了，就好像游戏开外挂一样任你难度多大，只要一招解决，下图即为永磁同步电机的空间矢量脉宽调制SVPWM的整体模型建立

39、：图4-1 永磁同步电机控制模型图说明：想要控制的输入电流和转速分别经过电流PI控制器和转速PI控制器再经过两相旋转坐标系到三相静止坐标系的坐标变化后经过三层的空间脉宽矢量调节后把参考电压转化为了三个目标电压然后使永磁同步电机PMSM产生了目标圆形旋转磁场，然后再把永磁同步电机输出的dq轴电流源反馈给电流PI环和转速PI环，进行控制，从而达到想要的控制效果。在后面还可以查看永磁同步电机的三相电流，转矩，和转速是否达到要求。4.2 建模及仿真（1）三电平SVPWM 图4-2 三电平SVPWM模型 然后点开3level就可以看到电压脉宽调制的模型，其图如下图4-3 3level脉宽调制模型图4-4

40、 time模型图4-5 扇区选择模型接下来就让我们看一看各个环节的模型图吧，首先是电流PI环，模型图如下：图4-6 电流环模型接下来是速度PI环，模型图如下图4-7 转速环模型然后就是空间脉宽矢量控制的输入端两相旋转坐标变三相静止坐标的变换模型，图如下：图4-8 坐标系变化模型接下来就是永磁同步电机的模型了，图如下图4-9 永磁同步电机模型永磁同步电机的参数如下：图4-10 永磁同步电机参数4.3仿真结果及分析首先为扇区波形仿真结果图：图4-11 扇区波形图然后是电机输出的dq轴电流波形图，如下：图4-12 dq轴电流波形仿真图然后是经过转换后的ia、ib、ic的三相电流，图形如下：图4-13

41、 abc三相电流波形仿真图然后就是永磁同步电机的转矩图形了，图如下：图4-14 永磁同步电机转矩仿真波形图可见永磁同步电机在空间矢量脉宽调制下经历了短暂的波动后可以很快的产生规则的三相正弦波，证明它建立好了旋转的圆形磁场，电机受到良好的控制，转矩也能很快的固定在一个值上，说明了空间矢量脉宽调制对永磁同步电机能起到快速，准确，平稳控制的作用。结 论SVPWM 实质是一种对在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行规则采样的一种变形SPWM。但SVPWM 的调制过程是在空间中实现的，而SPWM是在 ABC 坐标系下分相实现的；SPWM 的相电压调制波是正弦波，而SVPWM没有明确的相电压调制波，是隐

42、含的。为了揭示 SVPWM 与 SPWM 的内在联系，需求出 SVPWM 在 ABC 坐标系上的等效调制波方程，也就是将 SVPWM 的隐含调制波显化。简单来说就是把电机的磁场通过逆变电路的变化形成一个圆形旋转磁场，这让我想到了太极图，一个固定的磁场就像一个不动的阴阳，而阴阳不动则没有变化，磁场不动则无法产生电能，当磁场旋转起来与金属垂直运动时，电能就产生了，而想要平稳的正弦交流电则旋转磁场要尽可能圆，当旋转磁场圆的如同太极图时阴阳相搏，动能和磁场能就转化成了电能。这很奇妙，正所谓一生二二生三三生万物，在八卦中也有震这一卦，震卦也叫雷卦，南北两极能生电，阴阳两爻也能演化出电，感觉中国古人早已明

43、了事物的发展规律，及其变化之道。当我们用外国人的逻辑思维推理外国人的学术推理困难时，我们就用中国人一脉相承的思维来考虑一下,或许反而能一朝悟之。而如何知道SVPWM技术对于永磁同步电机的控制能力的好坏就得通过MATLAB/simulink的仿真结果来看了。而仿真的结果也确实证明了空间矢量脉宽调制技术控制永磁同步电机的性能非常好参考文献1 王成元，夏加宽，杨俊友等电机现代控制技术M北京机械工业出版社，20062 王成元，夏加宽，孙宜标现代电机控制技术M北京机械工业出版社，20093 洪乃刚电力电子、电机控制系统的建模和仿真M北京机械工业出版社， 2011.4 Haitham A.-R.， Ati

44、f I.， Jaroslaw G.， High Performance Control of AC Drives with Matlab/Simulink ModelsM. John Wiley & Sons， 20125 阮毅，陈伯时电力拖动自动控制系统:运动控制系统(第4版)M北京机械工业出版社，20106 顾春雷，陈中电力拖动自动控制系统与MATLAB仿真M清华大学出版社，20117 袁登科，陶生桂交流永磁电机数字变频调速系统M北京机械工业出版社，20118 李崇坚，大功率交流电机变频调速技术的研究J中国工程科学，2009，11（5）：31-3610 杨贵杰，孙力，崔乃政，等，空间矢量脉宽调制方法的研究J中国电机工程学报，2006，18（10）；7