变频器SVPWM控制系统设计及仿真毕业设计论文
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
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
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摘
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
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
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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
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
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。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:日期:指导教师签名:日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
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SVPWM技术研究及其仿真
SVPWM技术研究及其仿真————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:SVPWM技术研究及其仿真1 引言空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation) 是已被应用于变频器、ups、无功补偿器等领域的新技术。
近年来随着大型重工业行业的技术改造和更新工作的展开,对大功率、高质量变频器的需求与日俱增,这种情况在我国尤其突出。
电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展,为变频器技术日趋成熟准备了条件,先进的svpwm技术在此环境下应运而生。
变频器的svpwm算法与其拓扑结构有着密切的联系,因此必须根据变频器拓扑结构的不同,选取相应的控制算法。
2 svpwm控制方法原理2.1 pwm控制技术pwm(pulse width modulation)控制技术是利用电力电子开关器件的导通和关断作用把输入的直流电变成输出脉冲列,并通过控制脉冲宽度或周期来达到变压、变流或变频的目的。
pwm的控制方法可根据不同分类法分成多种方法。
从控制思想上来看,可以分作四类,即等脉宽pwm法、spwm(s ine pwm)法、svpwm法和电流跟踪型的pwm法。
2。
2 svpwm控制方法简介svpwm的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准,以三相逆变器不同开关模式作适当的切换,从而形成pwm波,以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的spwm方法从电源的角度出发,以生成一个可调频调压的正弦波电源,而svpwm方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑,模型比较简单,也便于微处理器的实时控制。
2.3 pwm逆变器输出的矢量表示电机理想的供电电压为三相对称正弦波,设线电压vdc,相电压表示式如下:根据合成电压矢量公式由上面的式子可得从(5)式可以看出,合成电压矢量是一个随时间变化、幅值一定的圆形磁场,而磁场是电压的积分,因此产生的磁场也是一个圆形的旋转磁场,图1为逆变器简化的拓扑图,定义三个开关函数sa,sb,sc,用1代表1个桥臂的上桥臂导通,用0代表1个桥臂的下桥臂导通。
基于SVPWM的永磁同步电机控制系统建模与仿真
M o eig a d Smua in o d l n i l to fPM S nto y t m s d o VPW M n M Co r lS s e Ba e n S
DON G She g yng .SU N n—i Shu ho — ng
压 矢量 u 位于 Ⅲ 扇 区 , u 可 由相 邻矢 量 U , 。 则 U 和零 矢 量 £ ( ) 合 而成 。 据伏 秒平衡 原则 可得 ] , 组 o 根 :
T。 = U + T6 + To ( , ) U = = U6 U。 【7
式中: 丁 为采 样周 期 ; 4 T , o 别 为逆 时 针旋 转 的 T , 6T 分
m ehod o nt gr lsop f r r d i he t ing e pule i op e t fi e a— l o p o ucng t ra l s s pr os d. The sm ulto xp rm e t f r h who e s t m a e i a i n e e i n s o t e l yse r c r id O . The e f ci e n s n or e t e soft od la e v rfe he sm ulton r s ls T h r f e, a u e u e e — a re Ut fe tv - e s a d c r c n s hem e r e ii d by t i ai e ut. e e or s f lr f r e ea ss a e o f r d f h c ua e i nc nd ba i r fe e or t e a t ld sgn ofPSM S c t o y t m. on r ls s e Key r wo ds:v c orc e t onto ;PM SM ;d bl-o o r y t m ;m e ho ntgr — l rl ou e l op c nto1s s e t d ofi e alsop
基于SVPWM算法的变频调速系统设计方案
基于SVPWM算法的变频调速系统设计方案
文章先通过阐述变频调速系统的基本构成、SVPWM算法的基本原理、参数计算以及实现方法,然后给出SVPWM算法在DSP2407上实现的具体计算过程,最后经过试验,验证整套系统能够正常并准确工作。
同时基于MATLAB/Simulink设计了仿真模型进行算法仿真,仿真波形与理论基本相符,证实了该方案的可行性。
1.引言
随着新型电力电子器件的不断更新,变频调速技术得到了极大的发展,经过半个多世纪的发展、丰富和完善,变频调速技术已经成为应用最为广泛
的调速方式。
然而传统的SPWM技术存在一些缺点,SPWM技术着重在使逆变器
输出的电压尽量接近于正弦波,但电动机需要的是在气隙中形成圆形旋转磁场,产生恒定的转矩,这些是SPWM技术不易做到的,而SVPWM技术是
把逆变器和电机作为一个整体来考虑,控制电压空间矢量,使电机获得幅值
恒定的圆形旋转磁场,旋转转矩平稳,逆变器输出谐波小,谐波损耗小,因
此它的应用日益广泛。
SPWM变频调速矢量控制系统的建模与仿真
SPWM变频调速矢量控制系统的建模与仿真一、本文概述Overview of this article随着电力电子技术和计算机技术的飞速发展,变频调速技术已成为现代工业控制领域中的一项重要技术。
其中,正弦脉宽调制(SPWM)作为一种高效、精确的变频调速方法,被广泛应用于电机驱动、风电、电力系统等领域。
本文旨在探讨SPWM变频调速矢量控制系统的建模与仿真,通过深入分析和研究,为实际应用提供理论支持和技术指导。
With the rapid development of power electronics and computer technology, variable frequency speed regulation technology has become an important technology in the field of modern industrial control. Among them, sine pulse width modulation (SPWM), as an efficient and accurate variable frequency speed regulation method, is widely used in fields such as motor drive, wind power, and power systems. This article aims to explore the modeling and simulation of SPWM variable frequency speed vector control system, and provide theoretical support and technical guidance for practical applicationsthrough in-depth analysis and research.本文将详细介绍SPWM变频调速矢量控制系统的基本原理和组成结构,包括正弦脉宽调制的原理、矢量控制的基本原理、系统的硬件组成和软件设计等方面。
【推荐下载】一种变频调速系统的SVPWM控制设计
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张小只机械知识库一种变频调速系统的SVPWM控制设计
目前,变频调速技术经过多年的研究已经趋于成熟,尤其是普通的SPWM方案已经普遍应用于实际的变频器中。
其他控制方法如空间电压矢量法、直接转矩控制等策略的研究也已经进入了一个新的阶段。
引言
目前,变频调速技术经过多年的研究已经趋于成熟,尤其是普通的SPWM方案已经普遍应用于实际的变频器中。
其他控制方法如空间电压矢量法、直接转矩控制等策略的研究也已经进入了一个新的阶段。
空间电压矢量PWM(SPACeVectorPWM,SVPWM)控制方法通过电压矢量的控制优化使磁通逼近基准磁链圆,从而产生恒定的电磁转矩,其控制效果等同于直接转矩控制。
从电机的角度出发,把逆变器和电动机作为一个整体来考虑。
与传统PWM相比,其电流畸变小、直流电压利用率高,在传动系统和变频电源装置中有着广泛应用。
1、变频调速系统结构
系统由整流电路、滤波电路、智能功率模块(IPM)、单片机(SPMC75F2313A)、光耦隔离电路、脉冲整形电路、过压过流检测电路及显示电路等部分组成。
整个系统由VB 编写的友好界面通过上位机进行控制,可正反转起停,还可实现在线调速、测速,对电压电流进行监测等功能。
1.1、SPMC75F2313A单片机
变频调速系统的控制内核为凌阳的16位单片机SPMC75F2313A,适用于体积小、嵌入式的变频系统。
其内部集成有专用于位置侦测的接口,以提高电机伺服系统的定位精度。
其中,TCLKD和TCLKC引脚分别接光电编码器的A、B相。
永磁同步电机 SVPWM控制及仿真毕业论文
永磁同步电机 SVPWM控制及仿真毕业论文第一章绪论1.1本课题的研究意义及目的1.1.1本课题的研究意义永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor)是指采用永磁磁铁为转子的同步电动机。
永磁同步电机具有结构简单,体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点,在工农业生产中,有大量的生产机械要求连续的以大致不变的速度运行,例如风机、泵、压缩机、普通车床等。
这类机械设备大量采用普通三相感应电动机驱动,但感应电动机的效率和功率因数较低,能源浪费厉害。
随着社会对节能的重视和国家对高效电机和永磁电机的推广力度的加大,这些节能潜力大的设备都有被永磁电机和普通高效电机代替的需求。
而这些机械采用永磁电机则可获得比普通电机高得多的效率和功率因数。
在某些场合,负载率低,若采用普通电机,轻载时功率因数和效率低,经济运行范围窄,造成大量的电能浪费。
若采用永磁电机,部分设备可适当的降低电机容量,可以实现高效、高功率因数和宽广的经济运行范围,节约大量的电能。
在一些生产机械中,要求多台电动机同步运行。
普通电机的转速和电源频率之间没有严格的固定关系,随着负载的变化而变化,即使是同一厂家生产相同规格的感应电动机,其转速也有一定的差别,难以保证多台电动机以相同的转速运行。
永磁同步电动机的转速与电源频率之间有严格的固定关系,只要多台电动机的供电电源频率和电动机极对数相同,就可以方便的实现同步运行。
这在某些纺织设备上已得到很好的推广。
既节约了能源,又能很方便的实现电动机同步运行。
这对于国家提出的节能减排政策和国家社会主义现代化建设具有最要意义。
1.1.2 课题目的本课题以永磁同步电机为被控对象,设计了两种控制器,即传统的线性PI控制器和自适应的模糊控制策略。
永磁同步电动机的矢量控制可以获得很高的性能,该系统中控制器的设计对系统的性能起主要作用。
线性PI控制器的主要组成部分为比例—积分环节,积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。
基于SVPWM的数控机床控制系统仿真与分析
Ba e n VPW M sdo S Nume ia l c nt o ld ac n o n r lSy t m mul to n Ana y i rc ly・o r le M hi e To lCo t o se Si a i n a d l ss
Z HANG Yu ,XU Jn i
究, 结果表 明 与理论 分析 一致 , 而为 S P 从 V WM在 数控 电机 控制 系统 中应 用提 供 了一 定的参 考价 值 。
关键 词 : 控机 床 ; 数 电压 空 间矢量 脉 宽调 制 ; T A / I LN 仿 真 MA L B SMU IK; 中 图分 类号 : G 5 T 6 文献 标识 码 : A
( 京农 业大 学 电气 工程 系 , 南 南京 203调 制 法( V WM) 多优 点 , 果 能 对 其 先进 行 一 些 仿 真研 究 必 定会 给 它 在 数 鉴 SP 诸 如
控 机床 方 面的应 用 实践 带来不 少裨 益 。 由此 , 先 对 S P 首 V WM 技 术 原理 进 行 了介 绍 , 别 对 其 线性 组 合 特
t i pe a e r f re y ot e s h s pa rm y b e er d b h r . K e o ds:m o o pa e ve t r VPW M c ntol I LI K yw r t r s c c o ;S o r ;S M U N
( aj gA r utr U i r t, aj g2 0 3 , hn ) N ni gi l e n esy N n n 0 C ia n c u v i i 1 1
Absr c t a t:I e o h d a tg s o VPW M ,i w i e v r s f lf r i a tc la n viw ft e a v n a e f S t l b e y u eu o t pr c ia ppl a in,i o e l s i to c fs m smult s a o tc u d b o e i a i b uti o l e d n .Ths pa r ito u e h i i e f s c e t r PW M a ns ,a d on i pe n r d c s t e prncpls o pa e v co tf 't n d s us e w o r ai h v -e to VPW M w a e o n f t e h d o ie r c nsr c in i e al ic s s ho t e l ze t e f e s ci n S i v f・ l o he m t o f l a o tu to n d t i r n 。 w h c s o e o h eho s o VPW M c n t c i n. sd s u e TL B/S M LI K ,t e co e lo ih i n ft e m t d fS o s r to Be i e , nd rM A u A I U N h l s ・o p
三相电压型SVPWM整流器控制策略研究_毕业设计(论文)
安徽工程大学毕业设计(论文)毕业设计(论文)三相电压型SVPWM整流器控制策略研究摘要常规整流环节广泛采用的二极管整流电路和晶闸管相控整流电路对电网注入了大量谐波,给电网造成污染。
三相电压型PWM整流器具有输出电压恒定、高功率因数、低谐波污染、能量双向流动等优点,在电力系统有源滤波、无功补偿以及交直流传动系统等领域,具有越来越广阔的应用前景。
本文详细阐述了PWM整流器的工作原理,建立了基于三相静止坐标系以及两相坐标系的低频和高频数学模型,并选择了三相电压型PWM整流器作为本文主要研究对象。
电压空间矢量调制(SVPWM)控制方法能够获得更高的电压利用率,同时可使可有效减小电流谐波。
文中对三相电压空间矢量的原理和如何实现作了详细的分析,选择了谐波含量相对小的矢量排序策略。
在电流控制方案上,提出了dq坐标系下的固定开关频率的直接电流控制策略,同时在控制中实现电流的解耦控制,以及输入电网电压的前馈,使得系统具有更好的动态性能和稳定性,并通过进行闭环系统的仿真验证了方案的可行性。
在进行三相电压型PWM整流器系统的仿真研究中,建立主电路、空间电压矢量PWM控制模块及PI控制调节器的仿真模型,并深入对三相电压型PWM整流器的谐波含量进行分析,研究主电路参数对系统跟随性和稳定性的影响。
关键字:PWM整流;SVPWM调制;直接电流控制;仿真研究贾佳:三相电压型SVPWM整流器控制策略研究Research on Control Strategy of the Three-phase Voltage SVPWMAbstractThe conventional rectifier section widely consists of diode-rectifier circuit and phase-control thyristor rectifier,which injects large amounts of harmonics into the power networks and produces much contamination.The three-phase voltage-source PWM reetifier(VSR) have the characteristics of constant direet voltage,high power factor,small harmonic pollution,bidirectional power flow,so they have more and more application perspective in active filtering,reaetive-load compensation and motor control systems.The principle of single-phase voltage-source PWM rectifier was introduced in details,constructing the high and low-frequency mathematical model based on the three-phase static coordinate system and the two-phase synchronous rotating coordinate system from the poinit of the topology of the main circuit,and select the three-phase voltage-source PWM rectifier as this major study.With the voltage space vectors pulsewidth modulation,we can get higher usage of the voltage,at the same time it can effectively reduce the current harmonics.In this paper,the principle of three- phase voltage space vector and the specific implementation were analyzed in details,choosing the vector sequencing strategy with relatively small harmonic content.As to the current control scheme,this paper propose a directly current control scheme,which with fixed switching frequency in dq rotation reference frame.And also, we introduce current decoupling input voltage feedback,which makes the system more stable and faster response,and through the closed loop system simulation to verify the feasibility of this current control scheme.In the research of the system of the three-phase voltage-source PWM rectifier an, eastblish the main circuit,simulate module of the voltage space vectors pulsewidth modulation and simulate model of PI contorl conditioner,then analyzed deeply in the vector sequencing strategy of three-phase voltage-source PWM reetifier,deliberate the main circuit parameters on dynamic characteristics and static characteristics in the system.Key words:PWM rectifier;SVPWM modulation;direct current control;simulate research安徽工程大学毕业设计(论文)目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1 课题的研究背景与意义 (2)1.1.1 谐波的危害和抑制 (3)1.1.2 功率因数校正技术 (3)1.2PWM整流器国内外研究现状 (3)1.3 电压型PWM整流器的控制技术 (5)1.4本文的主要研究内容和重点 (6)第2章PWM整流器的原理、拓扑和数学模型 (7)2.1PWM整流器的基本原理 (7)2.2PWM整流器的拓扑结构 (9)2.2.1 单相全桥PWM整流器拓扑结构 (9)2.2.2 三相半桥PWM整流器拓扑结构 (10)2.3 三相电压型PWM整流器的数学模型 (12)2.3.1ABC静止坐标系下的低频数学模型 (12)2.3.2两相坐标系下的低频数学模型 (14)2.3.3 基于开关函数定义的高频通用数学模型 (17)2.3.4 两相坐标系的PWM整流器高频数学模型 (19)2.4本章小结 (21)第3章三相电压型PWM整流器的控制 (21)3.1 三相电压型PWM整流器的电流控制策略 (21)3.1.1 间接电流控制 (22)3.1.2 直接电流控制 (22)3.2 三相电压型PWM整流器的SVPWM调制方法 (24)3.2.1 三相VSR的电压空间矢量分布 (24)3.2.2 电压空间矢量的合成和作用时间的分配 (26)3.3SVPWM调制算法的实现和仿真 (28)3.3.1 扇区的判定和作用时间的计算 (29)3.3.2 电压空间矢量的排序和三相PWM波的生成 (31)3.3.3三相VSR的SVPWM调制算法的模型 (34)3.4 本章小结 (34)第4章三相电压型PWM整流器的建模和仿真 (35)4.1 主电路参数设计 (35)4.1.1 交流侧电感的设计 (35)4.1.2 直流侧电容的设计 (38)4.2 电压空间矢量控制的三相VSR的仿真研究 (40)4.2.1 三相VSR在dq坐标系下的电流解耦控制 (40)4.2.2 三相VSR整流状态下的仿真研究 (42)4.3 本章小结 (43)贾佳:三相电压型SVPWM整流器控制策略研究结论与展望 (44)致谢 (46)参考文献 (47)附录 (47)附录A (47)附录B (48)附录C (57)安徽工程大学毕业设计(论文)插图清单图2—1 PWM整流器模型电路 (7)图2—2 PWM整流器交流侧等效电路 (8)图2—3 PWM整流器交流侧电压波形 (8)图2—4 (a)整流状态矢量图(b)逆变状态矢量图 (8)图2—5 PWM整流器四象限运行原理图 (9)图2—6 单相全桥电压型PWM整流器拓扑结构 (9)图2—7 三相半桥电压型PWM整流器拓扑结构 (10)图2—8 PWM整流器输入侧等效电路和向量图 (10)图2—9PWM整流器交流侧矢量方程的空间矢量图 (14)图2—10 αβ—dp坐标系的变换关系 (16)图2—11 三相PWM整流器开关模型简图 (17)图2—12 三相PWM整流器高频等效电路 (19)图2—13 三相PWM整流器在dq坐标系下的高频等效电路 (20)图3—1 三相VSR电压空间矢量分布图 (25)图3—2 电压空间矢量的合成 (26)图3—3 传统输入相电压的区间划分 (28)图3—4 判断电压矢量所在区间的条件 (28)图3—5 改进方案的区间划分 (29)图3—6 扇区号N实际对应的各扇区情况 (29)图3—7 区间I电压空间矢量的合成 (30)图3—8 电压空间矢量的排序策略 (32)图3—9 电压空间矢量PWM调制方式 (33)图3—10 SVPWM调制仿真模型 (34)图4—1 系统设计框图 (35)图4—2 直流侧电压阶跃突变时的等效电路图 (39)图4—3 三相PWM整流器电流内环解耦控制原理图 (41)图4—4 三相VSR的直接电流整流仿真模型 (42)图4—5A相电网电压和电流波形输出相位波形 (43)图4—6 常规PI控制时的输出直流电压波形 (43)贾佳:三相电压型SVPWM整流器控制策略研究插表清单表3—1 不同开关组合时的电压值 (25)表3—2 各扇区号对应的电压空间矢量的作用时间 (30)表3—3 各切换点赋值时刻 (33)安徽工程大学毕业设计(论文)引言在20世纪80年代,这一时期由于自关断器件的日趋成熟及应用,推动了PWM整流技术的应用与研究。
基于SOPC的SVPWM变频调速控制器设计和实现
电压控制量 u , u , 经过 Caculat or1 计算得到 ( 3 / 2) u , ( 1/ 2 ) u ; 经过比较 器 Co mpare1, 得到 地址向量 , 查表得到 SVP WM 的扇区值 ( Sect or) 。 电压矢量 ucmp1 , ucm p2 , ucmp0 计算公式为 ucmp1 ucmp2 其中 , M 是一个 2 = T 1per M2 u
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SVPW M 控制技术简介
空间矢量脉宽调制技术 ( SVP WM) 将逆变器 和交流电动机视为一体 , 依据跟踪空间圆形旋转 磁场的原则控制逆变器的工作状态, 在电机内部 产生恒定的电磁转矩。同时该调制技术使得逆变 器输出电压基波最大值为直流侧电压 , 大大提高 了逆变器输出电压。 逆变器的一个工作周期用 6 个电压空间矢量 划分为 6 个扇区 ( Sect or) , 每个扇区对应的时间 均为 / 3。实现 SVP WM 控制就是要把每一扇区 再分成若干个相应于时间 T PW M 的小区间。根据 当前扇区所对应的两个电压矢量的若干个线性组 合得到新电压 空间矢 量 uout , 以获得 多边 形 ( 当 T P WM 足够小时, 逼近圆形 ) 旋转磁场。每个 T P WM 周期里两个电压矢量的作用时间 ( 分别表示为 t1 和 t2 ) 的计算方法为 ux ux t1 T P WM t1 T PW M
种: 一种零矢量直接插入到空间矢量波形当中 ; 另 一种将零矢量分成 3 部分 , 分别插入到空间矢量 波形当中 , 由于零矢量不是集中地加入 , 而是多点 地插入到磁链轨迹中 , 但作用的时间和仍为 t0 , 这 样每次定子磁链停止不前的时间变短 , 可以减少 电动机转矩的脉动。本文将采用第 2 种 SVPWM 12
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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。