基于Saber的空间矢量PWM实现方法

基于Saber 的空间矢量PWM 实现方法管福初1，钟炎平2（1.空军雷达学院研究生管理大队，武汉430019； 2.空军雷达学院三系，武汉430019）摘要：为研究基于Saber 的PWM 整流器的控制,在分析了空间矢量PWM 原理的基础上,设计了一种基于Saber 和MAST 语言的空间矢量PWM 波形的产生方法，并应用于三相电压型PWM 整流器的系统仿真.仿真结果验证了该设计的正确性和可行性.关键词：Saber 软件；MAST 语言；空间矢量脉宽调制中图分类号：TM461文献标志码：ADOI:10.3969/j.issn.1673-8691.2010.03.014在三相电压型PWM 整流等仿真设计中，空间电压矢量脉宽调制（SVPWM ）有着很广泛的应用．目前大多是采用Matlab/Simulink 对SVPWM 进行仿真实现．采用Matlab 进行仿真通常只建立电力电子装置的简化数学模型，忽略了许多含有精度特性的参数．然而在进行系统设计时，建立该系统高精确、完善的仿真模型是至关重要的．因此本文采用系统级仿真软件Saber 作为软件设计平台，对于仿真模型，它能提供与精度相关的参数，具有很高的仿真精度．此外，Saber 还提供了适合于建立混合仿真模型的硬件描述语言—MAST 语言，用户可以建立满足自己需要的模型．本文对传统的SVPWM 算法进行改进，并用MAST 语言编译了SVPWM 模块．为了验证模块的正确性，将模块应用于三相电压型PWM 整流器的系统仿真电路．1SVPWM 原理及改进算法设计SVPWM 源于磁通轨迹控制思想，其物理概念清晰，算法简单且适合数字化方案．根据三相整流器的工作原理可以知道，整流桥共有8种状态，若将这8种状态用电压空间矢量来表示，则形成8个基本的电压空间矢量，其中6个非零矢量，2个零矢量，每2个电压矢量在空间相隔60°，如图1所示．SVPWM 技术的目的是通过与基本的空间矢量对应的开关状态的组合得到一个等效的空间旋转电压矢量（通常称为参考电压矢量，其理想轨迹是一个圆）．令U d 为输出直流电压，根据图1，任意相邻开关状态空间矢量可描述为U k =2k3U k +1=2+j U r、U rÖáºÍ3T 1)，男，硕士生，主要从事军用电源技术及应用研究.6第卷24第3期2010年月空军雷达学院学报Journal of Air Force Radar Academy Vol.24No.3Jun.2010文章编号：1673-8691(2010)03-0203-04轴U 6(110)U 5(101)U 4(100)U 3(011)ⅠⅡⅢⅥⅣⅤT 2U refT 1(000)(111)U,62042010年空军雷达学院学报但要用到期望输出矢量与，这在工程上难以实现．为此，本文提出适合工程实现的方法．联立式(1)cosksink=3T s U rT 1T 2cosk sinkT 1T 2m3T s /2，m=U rU d．其中输入变量m为合成矢量在轴上的分量与输入直流电压的比值．对于不同扇区的常数矩阵A x 都可以算出具体值，在编写程序时，先判定合成矢量处于哪个扇区，然后再调用这个扇区的常数矩阵计算各矢量的作用时间．设x 为扇区号，根据k 的不同取值可以求出各个扇区的常数矩阵３T s /23T s /23T s /23T s03T s 3T s /23T s /23T s /2计算出相邻矢量的作用时间后，根据T 0=T s T 2，就可以算出零矢量的作用时间．对于空间矢量出现过调制，即出现T 1+T 2>T s 的现象时，可令T 1'=T 1T 2T 1+T 2(8)2基于Saber 和MAST 的软件设计SVPWM 的建模过程可为：①根据输入的参考电压计算出空间电压矢量所处的扇区；②计算2个有效矢量和零矢量的作用时间；③计算三角波调制后产生的三相PWM 脉冲前沿延迟时间；④根据扇区号选用三相对应的脉冲前沿延迟时间；⑤输出三相SVPWM 脉冲控制信号．本文实现SVPWM 的步骤如下：1）判断参考电压矢量所在的扇区由图1可知，要求得开通时间和切换顺序首先要知道当前参考电压矢量U ref 所在的扇区．U ref 是以U的形式给出，即U A =UU C =取x =sign U A +2sign U B +4sign U C ，求得的x 值即为扇区号．2）计算开关电压矢量作用的时间开关电量矢量作用时间根据所在扇区的常数矩阵和式(7)计算得到．3）确定各矢量的作用顺序令T a =T 1/4，T b =T a +T 1/2，T c =T b +T 2/2，则各矢量的开通时间及开通顺序与扇区的对应关系如表1所示．表1矢量作用顺序及时间参数ⅠⅡⅢⅣⅤⅥU A T b T a T a T c T c T b U B T a T c T b T b T a T c U CT cT bT cT aT bT a扇区时间根据相邻矢量的作用顺序和零矢量的插入位置，SVPWM 有几种不同的矢量安排方式，不同的安排方式会带来开关损耗和输出电压谐波含量的不同．本文采用一种7段对称式的矢量分配方式，在这种分配模式下，输出电压的谐波含量最低，图2给出对应第3扇区矢量的作用顺序．4)改进算法的软件设计实现根据以上设计的SVPWM 的改进算法，本文采用Saber 提供的MAST 语言进行编译，设计了SVPWM 波形产生模块，程序代码如下：Ｔ1/2T 2/2U A U B U CT 2/2T 1/2TT s第3期管福初，等：基于Saber 的空间矢量PWM 实现方法205template SVPWMgen Ualpha Ubeta U T triangle pwm1pwm3pwm5pwm2pwm4pwm6input nu Ualpha,Ubeta,U,T,triangle state logic_4pwm1,pwm2,pwm4,pwm6,pwm3,pwm5{val nu Uref1,Uref2,Uref3,signUref1,signUref2,signUref3,X,Y,Z,ti1,ti2,to1,to2,Ta,Tb,Tc,T1,T2,n,Tcmp1,Tcmp2,Tcmp3,time1,time2,time3state nu sector Uref1=Ubeta;Uref2=1/2*sqrt (3)*Ualpha-1/2*Ubeta;Uref3=-1/2*sqrt (3)*Ualpha-1/2*Ubeta;X =sqrt (3)*Ubeta*T/U;Y =(3*Ualpha+sqrt (3)*Ubeta )*T/(2*U );Z =(-3*Ualpha+sqrt (3)*Ubeta )*T/(2*U );if (Uref1>0){signUref1=1;}else {signUref1=0;}if (Uref2>0){signUref2=1;}else {signUref2=0;}if (Uref3>0){signUref3=1;}else {signUref3=0;}n =signUref1+2*signUref2+4*signUref3;when (time_domain ){if (n ==1)(schedule_event (time,sector,1);}else if (n ==2){schedule_event (time,sector,2);}else if (n ==3){schedule_event (time,sector,3);}else if (n ==4){schedule_event (time,sector,4);}else if (n ==5){schedule_event (time,sector,5);}else{schedule_event (time,sector,6);}}if (sector ==1){ti1=Z;ti2=Y;}else if (sector ==2){ti1=Y;ti2=-X;}else if (sector ==3){ti1=-Z;ti2=X;}else if (sector ==4){ti1=-X;ti2=Z;}else if (sector ==5){ti1=X;ti2=-Y;}else {ti1=-Y;ti2=-Z;}if (ti1+ti2>T ){to1=T*ti1/(ti1+ti2);to2=T*ti2/(ti1+ti2);}else {to1=ti1;to2=ti2;}T1=to1;T2=to2;Ta =(T-T1-T2)/4;Tb =Ta+T1/2;Tc =Tb+T2/2;if (sector ==1){time1=Tb;time2=Ta;time3=Tc;}else if (sector ==2){time1=Ta;time2=Tc;time3=Tb;}else if (sector ==3){time1=Ta;time2=Tb;time3=Tc;}else if (sector ==4){time1=Tc;time2=Tb;time3=Ta;}else if (sector ==5){time1=Tc;time2=Ta;time3=Tb;}else {time1=Tb;time2=Tc;time3=Ta;}Tcmp1=time1;Tcmp2=time2;Tcmp3=time3;when (dc_init ){schedule_event (time,pwm1,l4_0);schedule_event (time,pwm2,l4_0);schedule_event (time,pwm3,l4_0);schedule_event (time,pwm4,l4_0);schedule_event (time,pwm5,l4_0);schedule_event (time,pwm6,l4_0);}when (time_domain ){if (triangle <Tcmp1){schedule_event (time,pwm1,l4_1);schedule_event (time,pwm2,l4_0);}else{schedule_event (time,pwm1,l4_0);schedule_event (time,pwm2,l4_1);}if (triangle <Tcmp2){schedule_event (time,pwm3,l4_1);schedule_event (time,pwm4,l4_0);}else{schedule_event (time,pwm3,l4_0);schedule_event (time,pwm4,l4_1);}if (triangle <Tcmp3){schedule_event (time,pwm5,l4_1);schedule_event (time,pwm6,l4_0);}else{schedule_event (time,pwm5,l4_0);schedule_event (time,pwm6,l4_1);}}}3仿真结果为验证以上设计的SVPWM 波形产生模块的正确性，根据图3系统控制图，本文利用Saber 搭建了三相电压型PWM 整流器的电压直接非线性控制系统仿真模型．仿真条件：输入为三相交流电，相电压有效值为220V ，频率50Hz ，交流侧R s =2kF,电流环PI 参数K P i =20，K I i =50，电压环PI 参数K P u =1，K I u =10，负载电流观测器参数K PL =5,K IL =10,L L =0,R L =t2Em++e dcU dc U dc*+－S d S qi di qi qi d 图3系统控制框图÷××PWMPWM2062010年空军雷达学院学报压有较快的响应速度，由图4(c )可以看出，在3s 以前电流为零，3s 以后电压电流同相．4结束语本文采用MAST 语言设计了SVPWM 波形的生成模块，并在Saber 软件平台上，将其应用到三相电压型PWM 整流器的系统仿真中．仿真结果表明，本文所得到的SVPWM 同样可以用于PWM 整流、PFC 等电路的仿真．考虑到Saber 软件在电力电子系统级仿真中的优势，基于Saber 的SVPWM实现方法具有一定的实际应用价值．参考文献：[1]崔耀兴,陈辉,高海波,等.基于Saber 的电流滞环型PWM变频调速系统仿真[J ].船海工程,2007,36(1):94-97.[2]丁强,何湘宁,孔剑虹.功率逆变桥闭环控制系统的Saber仿真与分析[J ].电力电子技术,2000,34(1),46-48.[3]张少伟,林永君,杜慧,等.SVPWM 的研究及其仿真实现[J ].仪器仪表用户,2008,15(6):79-81.[4]袁泽剑,钟彦儒,杨耕,等.基于空间电压矢量的最小开关损耗PWM 技术[J ].电力电子技术,1999,33(3):12-15.Implementation of Space Vector PWM Based on SaberGUAN Fu-chu 1,ZHONG Yan-ping 2(1.Department of Graduate Management,AFRA,Wuhan 430019,China ；2.No.3Department,AFRA,Wuhan 430019,China )Abstract ：In order to study the control of PWM rectifier based on Saber,on the basis of analyzing the principles of space vector PWM (SVPWM ),a scheme of SVPWM generation based on Saber and MAST language was designed and used for the system simulation of three-phase PWM rectifier.The simulation results show that the design is of validity and feasibility.Key words ：Saber software ；MAST language ；space vector PWM (SVPWM )学术不端行为之四、之五：一稿多投与伪造学术不端行为是指在学术研究过程中出现的违背科学共同体行为规范、弄虚作假、抄袭剽窃或其他违背公共行为准则的行为．现有主要的学术不端行为有篡改、不正当署名、抄袭、一稿多投、伪造5个表现形式．一稿多投是指同一作者将同一篇论文（或者是题目不同而内容相似）同时或几乎同时投给两家学术刊物同时发表或先后发表；将国外刊物以外文形式发表的论文以中文作为原创性论文在国内发表而不注明．一稿多投浪费了编辑和审稿人的时间，重复发表则占用了期刊宝贵的版面，并且有可能出现知识产权的纠纷（许多期刊都要求作者全部或部分地把论文的版权转交给期刊）．如果一组数据已经在某篇论文中发表过，就不宜在新的论文中继续作为新数据来使用，否则也会被当成重复发表．如果在新论文中需要用到已发表论文的数据，应该采用引用的方式，注明文献出处．伪造行为是指：不以实际观察和试验中取得的真实数据为依据，而是按照某种科学假说和理论演绎出的期望值，伪造虚假的观察与实验结果，一般有伪造实验数据和样品、伪造证据等形式．伪造类学术不端行为的特点是：新研究成果中提供的材料、办法、数据、推理等方面不符合实际，无法通过重复实验再次取得，有些甚至连原始数据都删除或丢弃，无法查证．《空军雷达学院学报》编辑部。