基于SVPWM电机控制系统中电流环的设计
基于空间矢量控制(SVPWM)技术的三相电压型整流器设计
基于空间矢量控制（SVPWM）技术的三相电压型整流器设计作者：佚名来源：本站整理发布时间：2010-9-9 10:54:01 [收藏] [评论]传统的变压整流器和非线性负载的大量使用使电网中电流谐波含量较高，对飞机供电系统和供电质量造成很大影响。
消除电网谐波污染、提高整流器的功率因数是电力电子领域研究的热点。
空间矢量PWM(SVPWM)控制具有直流侧电压利用率高、动态响应快和易于数字化实现的特点。
本文采用空间矢量技术对三相电压型整流器进行研究，使其网侧电压与电流同相位，从而实现高功率因数整流。
1 空间矢量控制技术SVPWM控制技术通过控制不同开关状态的组合，将空间电压矢量V控制为按设定的参数做圆形旋转。
对任意给定的空间电压矢量V均可由这8条空间矢量来合成，如图1所示。
任意扇形区域的电压矢量V均可由组成这个区域的2个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。
这几个矢量的作用时间可以一次施加，也可以在一个采样周期内分多次施加。
也就是说，SVPWM通过控制各个基本空间电压矢量的作用时间，最终形成等幅不等宽的PWM脉冲波，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转。
主电路功率开关管的开关频率越高，就越逼近圆形旋转磁场。
为了减少开关次数，降低开关损耗，对于三相VSR某一给定的空间电压矢量，采用图2所示的合成方法。
在扇区I中相应开关函数如图3所示。
零矢量均匀地分布在矢量的起、终点上，除零矢量外，由V1、V2、V4合成，且中点截出2个三角形。
一个开关周期中，VSR上桥臂功率开关管共开关4次，由于开关函数波形对称，谐波主要集中在整数倍的开关频率上。
2 直接电流控制策略三相VSR的电流控制策略主要分为直接电流控制和间接电流控制。
直接电流控制采用网侧电流闭环控制，提高了网侧电流的动、静态性能，并增强电流控制系统的鲁棒性。
而在直接控制策略中固定开关频率的PWM电流控制因其算法简单、实现较为方便，得到了较好应用，在三相静止坐标系中，固定开关频率的PWM电流控制电流内环的稳态电流指令是一个正弦波信号，其电流指令的幅值信号来源于直流电压调节器的输出，频率和相位信号来源于电网;PI电流调节器不能实现电流无静差控制，且对有功电流和无功电流的独立控制很难实现。
基于FPGA的SVPWM算法的实现
基于FPGA的SVPWM算法的实现基于FPGA的SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）算法的实现是一种用于驱动三相交流电机的技术。
在这种方法中，通过控制电机的电压向量的位置和尺寸来实现对电机的精确控制。
FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以根据用户的需求重新编程以实现特定的功能。
在FPGA上实现SVPWM算法有以下几个关键步骤：1.电压向量生成：SVPWM算法通过构造一个六段可调节电压波形，使其在不同时间点上可以形成不同电压向量的组合。
每个电压向量由两个电压矢量之间的比例组成。
在FPGA上，可以使用可编程逻辑来实现这个功能。
2.电流测量：为了实现电机的闭环控制，需要测量电机的电流。
通过使用电流传感器或其他测量方法（如电压降法或电流传感器），可以获取电机的电流值。
在FPGA上实现电流测量可以使用模数转换器（ADC）模块，将模拟信号转换为数字信号。
3.PI控制器：SVPWM算法中使用PI控制器来控制电压向量的位置和尺寸，以达到所需的电机运行状态。
PI控制器根据电机的误差信号来调整电压向量的输出。
在FPGA上，可以使用可编程逻辑来实现PI控制器的功能。
4.PWM产生：在SVPWM算法中，需要通过调制信号产生脉冲宽度调制（PWM）信号，以控制电机的转矩和速度。
在FPGA上，可以使用特定的计数器来生成PWM信号。
这可以通过编程FPGA来实现。
5.输出驱动器：最后，FPGA需要输出PWM信号来驱动电机。
可以使用外部电路或FPGA的IO引脚来连接到电机的驱动器。
驱动器可以将逻辑电平的PWM信号转换为适合电机的电压和电流信号。
在FPGA上实现SVPWM算法可以提供高度可配置和灵活的控制方式，并且可以实现高效的电机控制。
通过使用FPGA，可以根据实际需求对电机的控制算法进行调整和优化，实现更好的性能和效率。
此外，FPGA还具有可编程性和可重复使用性的优势，可以适应不同的电机类型和控制需求。
基于SVPWM的永磁同步电机控制
因此通过坐标变换将电机方程转换为一系列 的常系数微分方程，以简化分析便于研究。
01 永磁同步电机及其矢量控制系统
1.2 永磁同步电机的数学模型
2.1 SVPWM基本理论
SVPWM技术,也称作磁通正弦PWM技术,其调制波相当于在原正弦波 的基础上叠加了一个三次谐波。其主要思路是从电机的角度出发,采用整流 器空间电压矢量的切换以获得幅值恒定的准圆形旋转磁场,从而在不高的开 关频率（1-3kHz）条件下,使交流电动机获得了较控制更好的性能。
基于SVPWM的三相整流器控制具有如下优点： （1）三相直流电压利用率提高了15.47%,由于直流电压利用率的提高,在相 同直流电压条件下,可以提高三相SWPWM整流器网侧电压的设计,相对减少 了三相整流器网侧电流,降低了整流器网侧及功率开关管导通损耗,提高了整 流器的运行效率； （2）相同的波形品质条件下,SVPWM控制具有较低的开关频率,且平均降低 约30%,有效降低了功率开关管的开关损耗： （3）SVPWM控制具有更好的动态性能、更易于数字化实现。因 而,SVPWM控制具有很好的研究价值。
N 5 N 4
N 1
通过计算： N=4*C+2*B+A
N 6
N 3 N 2
02 SVPWM控制技术
2.2 SVPWM的算法实现
第二步：计算电压矢量作用时间Tx，Ty，T0： 根据扇区I电压矢量合成的过程，则每个矢量的作用
时间可以通过Uα和Uβ计算得到：
引人三个变量X，Y，Z，计算方法为：
U
T1 T
基于SVPWM的PMSM矢量控制伺服系统研究
１ 交流伺服系给数学模型 ． ２ 由于 Ｐ Ｍ 具 有 多变 量 、强 耦 合 及 非 线 性 等 ＭＳ
特点，为了获得高动态性能，Ｐ Ｍ 交流伺服控制 ＭＳ 系统 采 用矢 量 控 制 ， 即通 过 坐 标 变 换 ，把 Ｐ Ｍ ＭＳ 等 效为直 流 电动机 。在 坐标变 换过 程 中 ，应保 证 变
０ 引言
随 着 计 算机 技 术 及 控 制 理 论 的 发 展 ，数 控 系
统 广泛 的应 用于数 控机 床 、玻璃 深加 工设备 及机 器 人 等 领域 。伺服 系统 是数 控 系 统 的重 要组 成 部 分 ， 接受来 自Ｃ ＮＣ的 指令 信 息 ，控 制 执行 部 件 的运 动 方向 、进给 速度 与位移 量 ，以加 工 出符合 要求 的零 件 …。伺 服 系统 的动 态 响应 和伺服 精 度是影 响数 控
标 准 ，以三 相逆 变 器 不 同开 关模 式作 适 当 的切 换 ，
从 而形 成 Ｐ ＷＭ 波 ，以所 形成 的实 际磁 链矢 量 来追
踪 其 准 确 磁 链 圆 。 由于 Ｓ ＷＭ 方 法 将 逆 变 系统 ＶＰ
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 ，而且 电流 谐 波分 量 、 谐 波转 矩 也 减 少 ，电机 的转 矩 脉 动 得 到 抑 制 ，而 且 与 Ｓ ＷＭ 技 术 相 比直 流 利 用 率 有很 大 提 高 ，并 Ｐ
此数控 系统 的速 度和 精度 等技 术指 标 ，很 大程 度上 由伺服 系统 的性 能所 决定 。伺 服 系统性能 ，主要体 现 在稳 态 跟踪误 差 、动 态 响应 的精确 性和 快速 性及
控 制功 率 管通 断时 间 。 Ｐ Ｍ 伺服 进 给 系 统 要 求 电 流 环 具 有 输 出 电 ＭＳ 流 谐 波分量 小 、响 应速 度快 等性 能 ，因此 ，Ｐ Ｍ ＭＳ
有源电力滤波器不定频滞环SVPWM电流控制方法
Ｌ Ｕ Ｆ ｅ ｎ ｇ ，Ｔ Ｉ Ａ Ｎ Ｍｉ ｎ ｇ — ｘ ｉ ｎ ｇ ，Ｚ ＨＵ Ｑ ｉ ａ ｎ ｇ — ｈ ｕ ａ ２
（ １ ． Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｌ ｃ ｕ ｔ ｚ ｈ ｏ ｕ ７ ３ ０ ０ ７ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第４ ８卷 第 １期
２ ０ １ ４年 １月
电力 电子技 术
Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ
Ｖｏ １ ． ４ ８，Ｎｏ ． １
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０ １ ４
有源电力滤波器不定频滞环 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 电流控制方法
卢 锋 ，田铭 兴 ，朱 强化
ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｓ ｈｅ ｔ ｈ ｙ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ Ｓ ＶＰ Ｗ Ｍ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｇ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｓ ｔ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｈｅ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｒ Ｄ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｈ ｙ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ． Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｏ ｅ ｌ ｉ ｍｉ — ｎ ａ ｔ ｅ ｈｅ ｔ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｙ ｗｉ ｈｏ ｔ ｕ ｔ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｍ ． ｒ Ｄｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｏ ｆ ａ ｅ — ｑ ｕ ｉ ｒ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｓ ｔ ｃ ｕ ｒｅ ｎ ｔ ｅｓ ｒ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ， ｉ ｔ ｄ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｓ ｈｅ ｔ ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｈｅ ｔ ｒ ｕ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｒ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｌ ｙ ｖ ｅ ｉ ｒ ｆ ｙ ｈｅ ｔ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｉ ｆ ｌ ｔ ｅ ｒ ；ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ｅ ｍｉ ｒ ｎ ａ ｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｈ ｙ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ；ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
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
异步电机SVPWM控制系统设计
异步电机SVPWM控制系统设计摘要：介绍了电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理，详细阐述了在仿真软件MATLAB/SIMULINK环境下实现SVPWM的方法，最后给出了仿真实验结果。
关键词：SVPWM SIMULINK MATLAB 仿真大规模集成电路和计算机控制技术在20世纪70年代后迅速发展，现代控制理论也大规模应用。
变频调速在交流调速技术中占有绝对优势，再加上变频调速在不断完善的调速性能和可靠性的同时不断降价，以及过程自动化实现简单节电效果显著的优点使得变频调速在工业行业深受喜爱。
近年来，空间电压矢量调制SVPWM 技术迅速发展，是一种新颖的控制方法，它一种由三相功率逆变器的六个功率开关构成的特殊开关模式，可以产生一种特定的能够使输出电流的波形尽量类似于理想正弦波的脉宽调制波。
由三相输出电压发出的空间电压矢量PWM不同于传统的正弦PWM，主要目的是怎样使得到整体效果更接近于理想圆形磁链轨迹。
比较SPWM，SVPWM技术绕组电流波形较小的谐波成分，会降低电机转矩脉动，更接近圆形旋转磁场，这样会提高直流母线电压的利用率，更方便数字化的实现。
1 SVPWM控制方法的基本原理原理SVPWM 的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 基于DSP的SVPWM交流调速系统的硬件实现异步电机矢量控制系统使用的是交—直—交电压型逆变电路，其中整流电路，逆变电路和智能功率模块IPM构成的逆变电路构成了主回路。
基于永磁同步电机的电流滞环控制和SVPWM控制的研究分析
基于永磁同步电机的电流滞环控制和SVPWM控制的研究分
析
张继勇;杨茂朕;马一鸣;王凯;嵇仁君;许根柱
【期刊名称】《电器工业》
【年(卷),期】2022()6
【摘要】永磁同步电机(PMSM)因其结构及工作效率的优势受到广泛关注,对永磁同步电机的工作特点进行分析,说明电流滞环控制以及空间矢量控制技术(SVPWM)的控制原理。
使用Matlab/Simulink软件以上述两种控制方式对永磁同步电机的仿真结果进行分析研究,实验证明:在SVPWM控制方式下的永磁同步电机的稳定性更高、响应速度更快。
为工程应用中的控制方式给出了相关的原理参考。
【总页数】5页(P27-30)
【作者】张继勇;杨茂朕;马一鸣;王凯;嵇仁君;许根柱
【作者单位】扬州大学电气与能源动力工程学院;南京地铁运营有限责任公司【正文语种】中文
【中图分类】TM4
【相关文献】
1.基于电流控制环的参数自适应永磁同步电机研究
2.永磁同步电动机SVPWM和电流滞环控制仿真分析
3.基于simulink的永磁同步电机的SVPWM控制和电流滞环控制
4.基于AMESim同步电机滞环电流控制策略仿真研究
5.基于永磁直线电机的SVPWM滞环电流整流控制
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基于SVPWM的永磁同步电机控制
基于SVPWM的永磁同步电机控制目录1. 概述 (1)2. 仿真各模块介绍及参数设置 (3)3. 仿真结果 (6)4. MATLAB学习心得 (8)1.概述本次任务为设计一种基于SVPWM的永磁同步电机转速控制系统，采用PID控制算法，可以实现对永磁同步电机转速准确控制，仿真模拟了以下三个步骤：电机空载启动，空载调速和电机突然带载。
设计要求：1.要求对电机控制为dq轴电流解耦控制。
2.仿真要求电机的转速有较快的响应速度，且具有较好的稳定性。
3.可以实现无级调速，且仿真的误差与设定转速误差很小。
电机控制仿真的Simulink示意图和系统组成框图如图1-1和1-2所示：图1-1基于SVPWM永磁同步电机控制仿真图1-2基于SVPWM永磁同步电机控制系统组成框图系统是由转速调节模块、负载调节模块、PID控制模块、SPVPWM信号产生模块、永磁同步电机组成。
在用户预先设好转速与加载时间及大小后，控制系统就可以对永磁同步电机进行仿真。
具体原理如下：仿真中为实现对电机的控制，首先是将预计转速输入到PID模块中，产生控制晶闸管通断的SVPWM信号，再由SVPWM信号装置产生PWM信号以追踪永磁同步电机的磁链圆实现对永磁同步电机的转速控制。
以上所述为控制的前向通道，控制的反馈是将电机的q轴和d轴电流分两个闭环反馈给PID控制模块，用PID算法实现对永磁同步电机的精准控制。
MALTAB及其在电气工程中的应用2.仿真各模块介绍及参数设置2.1 PID控制模块PID控制模块是本次仿真的主要控制模块，本次仿真采用的是零d轴电流控制，通过调节q轴电流，控制电机转速，采用双闭环系统设计，将从永磁电机读取到的d轴电流和q轴电流以及当前电机的转速反馈回PID控制模块中。
PID控制模块的示意图如图2-1所示。
图2-1 PID控制模块示意图对电机转速和d轴电流的PID控制都是将实际的量与给定的控制量的对比，将误差传给PID模块，经对转速的PID控制以后，输出的为q轴电流值，将实际q轴电流与PID输出的对比结果再将控制信号输入给SVPWM产生装置。
基于SVPWM算法的永磁同步电机闭环控制ppt
当d轴定向在转子上时，即为转子磁 场定向控制。此时，直轴电流id=0, 由电磁转矩方程式（1.9）可以看出， 磁阻转矩为零，只调节交轴电流iq 便可以线性的控制电磁转矩。
我们可以把永磁同步电机的永磁体视作直流电动机的励 磁组，然后把d轴定位在永磁体的磁动势的轴线方向上，q轴 定位在超前d轴90°电角度的方向上，则q轴的方向就相当于 直流电动机的电枢磁动势方向，因此，永磁同步电动机就可 等效为一台旋转的直流电动机。
谢谢！
其中，Clark变换、Park变换已在前面介绍，用到的角度由编码器反馈 经过计算后得到。经过变换后，三相定子电流解耦变成两个直流分量iq和 id，在实际中矢量控制的目的是使id趋近于零、iq跟踪速度调节器的输出。 控制分别由三个PI调节器完成。
系统中，PI调节器采用的为增量式算法，具体公式如下：
(3.1)
永磁同步电机伺服控制系统
目录
一、永磁同步电机矢量控制系统
1.1 永磁同步电机的结构和数学模型 1.2 永磁同步电机矢量控制基本原理
二、永磁同步电机的 SVPWM 控制
2.1 空间矢量调制理论 2.2 SVPWM算法程序实现
三、永磁同步电机双闭环控制系统
3.1 矢量控制系统结构
一、永磁同步电机矢量控制系统
图 2.1交流调速系统主电路图
2.2 SVPWM算法程序实现
基于空间电压矢量的调制原理，可以得到空间电压矢量调制 的实现步骤：
①判断参考电压矢量Uout所在的扇区 确定Uout位于哪个扇区后，就可确定Uout是其由哪两个相邻基本电压空 间矢量合成。（利用扇区号 N=4*C+2*B+A，只需经过简单的加减及逻 辑运算即可确定所在的扇区，对于提高系统响应和进行仿真都很有意义 ）
电机失量控制实例
一、电流环的设计电流环是电机控制的核心，这部分软件的主要作用是解算永磁同步电机的电压方程，设计的任务有电流采样，克拉克变换，派克变换，D轴电压的计算，Q轴电压的计算，SVPWM的调制，死区补偿。
1、电流采样电流采样得到的数据，当使用10位的分辨率时，是一个范围在0000H—03FFH之间的数，当使用12位的分辨率时，是一个范围在0000H—07FFH之间的数，采样后为了能表示成一个正弦波电压信号，需要将采样得到的数据减去中点电流值，中点电流值（即零点电流值）通过SVPWM无输出、电机停止时的ADC输出值的一阶滤波后得到，设Mad0为SVPWM关闭，电机停止时的ADC的输出值，则中点电流值的计算方法如下：Mmid= (1/(1+Ts))* Mad0上式中T是滤波参数，s是拉普拉斯算子。
定义流向电机的方向为电流的正方向，流出电机的方向为电流的负方向。
2、克拉克变换（Clark transfer）克拉克变换的主要目的是将三相在空间相位互差120度的同步旋转电流等效变换成旋转频率一致但在空间相位差为90度的正交旋转电流。
具体的实现方法如下：Iα=iaIβ=(2*ib+ia)/1.7323、派克变换（Park transfer）派克变换的方法是从同步旋转的坐标系上观察两个正交的旋转电流，从而得到一个不随相位变化的励磁分量和力矩分量，具体实现方法如下：Id= Iα*cosθ+Iβ*sinθIq= - Iα* sinθ+ Iβ*cosθ4、电压方程的实现电压方程是描述电机电磁过程的本质方程，电压方程能否准确、高效、快速实现关系到电机的控制性能，电压方程如下：Ud=Rs*id+Ld*d(id)/dt —ω*Lq*iqUq=Rs*iq+Lq*d(iq)/dt + ω*Lq*iq +ω*λ电压方程中的参数说明：Ud：d轴的最后输出电压；Uq：q轴的最后输出电压；Rs：一相绕组的直流电阻；Id：励磁电流值；Iq：力矩电流值；Ld：d轴电感；Lq：q轴电感；ω：电流角速度；λ：由永磁体激发的磁链。
基于SVPWM的永磁同步电机调速系统设计
基于SVPWM的永磁同步电机调速系统设计宋宏帅;王佐勋【摘要】在掌握空间矢量脉宽调制原理（SVPWM）的基础上,建立永磁同步电机（PMSM）的双闭环调速系统,采用电压空间矢量调制获取三相PWM波形的脉冲宽度,进而通过电压源逆变器对电机速度进行调节。
搭建系统仿真模型,分析了基于SVPWM的PMSM调速系统的可行性。
以单片机STM32F103为控制核心进行实验设计,以实验结果来表明该PMSM调速控制系统在实际应用中的有效性。
【期刊名称】《齐鲁工业大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2018(032)002【总页数】6页(P27-32)【关键词】空间矢量脉宽调制;永磁同步电机;数学模型;MATLAB仿真【作者】宋宏帅;王佐勋【作者单位】齐鲁工业大学（山东省科学院）电气工程与自动化学院,济南250353;齐鲁工业大学（山东省科学院）电气工程与自动化学院,济南250353;【正文语种】中文【中图分类】TM341随着现科学技术的快速速发展,永磁同步电动机(PMSM)因其具有简单的结构、强大的过载能力、快速的响应速度等优点,已经在伺服领域中占据重要地位。
因此对于PMSM的调速系统的要求也变得越来越高[1]。
SVPWM算法具有快速准确、效率高、易于实现数字化的优点。
因此对基于SVPWM的PMSM调速系统的研究具有重要的意义。
先对SVPWM的知识进行分析总结,然后介绍基于SVPWM的PMSM调速控制系统的实现过程,接着对该PMSM调速系统进行Matlab/Simulink仿真,最后以单片机STM32F103为核心进行实验设计。
仿真和实验结果表明了基于SVPWM的永磁同步电机调速控制系统的有效性,在相关电机调速系统的设计中具有重要的指导意义。
1 空间矢量脉宽调制(SVPWM)空间矢量调制就是根据确定位置的有限个空间矢量组合作用来产生满足任意位置和一定幅值范围需要的空间矢量的过程[2]。
空间矢量调制有两种情况,分别为电压空间矢量调制和电流空间矢量调制[3]。
双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计(精)
s
s
s
T 1
s i
s +
1
s
K p
i
s
(7
特别是当
s
s
T
(8
从式(6和式(8可看出来,只要PI调节器满足
4
i
=T 1条件在实际设计过程中很难完全满
足;② PI调节器的本质是滞后校正,它有降低系统稳定性趋势,按要求, G C的滞后校正网络的极点(p i =0
与零点
i
i
略小于1/T 1,以保
证系统的动态性能.因此,从实际操作和理论分析都证明,采取G C
Key words :inverter ; double-loop feedback ; current loop
(上接第197页
Design of Hand-apparatus for Distinguishing the Cable-lines
LIU Fei 1, XIANG Jian-tao 2, YANG Jiang-ping 2
U
C
=I
C
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(2
将负载电流I
o看作输出扰动,
,女,硕士,主要从事电力电子技术研究.
文章编号:CN42-1564(2006 03-0198-03
直线电机控制系统中电流环的优化设计
直线电机控制系统中电流环的优化设计摘要：直流直线电机不需要传动机构就能够获得直线运动，具有良好的控制特性，在短行程高频精密加工场合中具有广阔的应用前景。
文中主要针对直流直线电机的控制系统电流环的设计进行优化研究。
分析了直线电机的控制原理，设计了电机控制系统的软硬件方案，基于SVPWM原理，对电流环伺服控制策略进行了研究，并对抑制推力波动和电机驱动中逆变器的死区补偿问题做了一些探讨，最后详细介绍了直线电机中电流环的软件实现方法。
关键词：直线电路；控制系统；电流环；优化设计引言：相比于旋转电机与传动机构相结合的传统直线运动机构，直线电机具有加速度大、控制精度高和响应快等优点，因此在精密激光设备等高精密设备中，直线电机及其驱动控制系统具有重要的研究和应用价值，在高精度的永磁同步直线电机（permanent magnet linear synchronous motor，PMLSM）驱动控制系统中，主要包括位置环、速度环和电流环 3 个控制环节，电流环作为最内环节，将控制系统与电机单元衔接起来，是电机驱动控制系统的核心环节，特别是应用在光刻机工件台中的直线电机驱动控制系统，具有较高的位置环带宽才能提高系统的跟踪精度，因此电流环需要更高的动态性能。
一、概述1、分类直线电机分为直线直流电动机、直线感应电动机、直线同步电动机、直线步进电动机、直线压电电动机、直线磁阻电动机。
目前使用比较广泛的是直线感应电动机和直线同步电动机。
直线同步电动机虽然比直线感应电机工艺复杂、成本较高，但是效率较高、次级不用冷却、控制方便，更容易达到要求的性能。
因此随着钕铁硼永磁材料的出现和发展，永磁同步电机已成为主流。
在数控设备等需要高精度定位的场合，基本上采用的都是永磁交流直线同步电动机。
2、直线电机进给系统控制策略现状直线电机伺服驱动系统必须满足高速度、高精度的要求，这就要求控制系统采取有效的控制策略抑制各种扰动。
一个有效的控制策略应该基于对对象模型结构宏观的把握，从某一具体对象的特性出发，针对产生扰动的原因，采取相应的控制技术，从而实现有效控制。
基于SVPWM技术的三相电压型整流器的控制研究
，
另外两 条矢量 （ ０， （ １由于模 为零 而被 称为零 矢量 。 ０） ０ １） １
扣ｌ ， ０ ２１口 （ｌ 】
２ＳＰ 的基本原理 、Ｖ删
电压 空 间矢 量脉 宽调 制 （ｐ ｃ － ｅ ｔｒ Ｐ ｌ ｅ Ｗ ｄ ｈ ｏｕ ａ Ｓ ａ ｅ Ｖ ｃ ｏ ｕ ｓ ｉｔ Ｍ ｄ ｌ— ｔｏ ， ｉｎ 简称 ｓ Ｐ Ｍ 是 ８ Ｖ ｗ ） Ｏ年代 中期 国外学者在交 流 电机调速 中提出 ， 由磁 通轨迹控制思想发展而来 的， 其物 理概念清晰 ， 算法 简单且适合数字化方 案。 其思路是把互差 １０度作正弦变化的三相 电压看作 由一个在 空间进行 ２ 旋 转 的 矢量 分 解 而 成 。 电 压 空 间矢 量 法 是 从 电动 机 的角 度 出发 ， 眼 于 如 何 使 电机 获 得 恒 定 着 的 圆形 磁 场 ， 正 弦磁 通 。它 以三 相 正 弦 波 电压 供 电时 交 流 电机 的 理 想 圆 即 形磁通轨迹为基准 ， 用逆变器不 同的开关模式产生的实际磁通去逼进基准 磁通 圆， 从而达到较高的控制性能， 使得电机 具有较好的调速性能。 三相半 桥 Ｖ Ｒ拓扑结构如图 １ Ｓ 所示 。
【 关键词】 ＳＰ Ｖ￣Ｉ 电压
整流器
１引言 、 传统的 Ｐｊ 控制技术多用于两电平 电路 的驱动控 制， １４ 『 ］ １ 其主要方 法是正 弦脉 宽调制 （Ｐ Ｍ ， ｓ ｗ ） 调制波 为正弦波， 依靠三角载波 和调制波的 比较得 出 交点实施控制 ， 电压利用率低 ， 其 谐波含量大 。 随着微处理器技术的发展 而 和 多 电平 电路 的 出现 ， 现 出 很 多新 的控 制 方 法 ， 涌 如优 化 Ｐ Ｍ方 式 、 环 电 Ｗ 滞 流 控 制方 式 、 间 电 压 矢 量控 制 方 式 等 等 。 中 ， 间 电 压 矢 量控 制通 过 合 空 其 空 理 地 选择 、 安排 开 关 状 态 的 转 换 顺 序 和通 断 持 续 时 间 ， 变 多个 脉 冲 宽 度 改 调制电压 的波形宽度及其组合 ， 达到较好的控 制。其中，Ｖ Ｗ ＳＰ Ｍ技术具有 电 压利用率高 、 谐波含量 小、 大大改善 了系统的静态和动态性能， 具有结构简 单、 容易实现、 控制精度高等特点。
基于SVPWM电机控制系统中电流环的设计
基于SVPWM电机控制系统中电流环的设计摘要：介绍了SVPWM机理，设计了伺服电机的电流环控制的软硬件方案，对电流环伺服控制策略进行了研究，分析了电流采样原理，并对电机驱动中逆变器的死区补偿问题做了一些探讨，最后详细介绍了电流环中断的软件实现方法。
关键词：空间矢量脉宽调制; 逆变器; 死区补偿Design of Current Loop for Motors Control System Based on SVPWMSUN Jie , LUAN Zhong-quanAbstract : Introduce the SVPWM, design the software and hardware sche me of current loop in servo motor, study the control strategy, analyze the cu rrent sampling, and do some research to keep the force ripple of load moto r and compensate death-time in motor inverter. At last, the software realizati on plan about current loop interruption was focused on.Key words : space vector pulse width modulation （SVPWM） ; inverter ; dead-time compensation0 引言近十几年来，DSP控制器广泛应用于电机控制中。
TI公司的TMS320F2 812 DSP具有更完备的外围控制接口和更丰富的电机控制外设电路。
它的事件管理器（EV）含有硬件SVPWM产生电路。
产生SVPWM具有硬件结构简单, 控制精度高, 实时性强, 软件编程容易等优点。
基于simulink的永磁同步电机的SVPWM控制和电流滞环控制
基于simulink的永磁同步电机的SVPWM控制和电流滞环控制周海燕;边晓伟;张译之;马春生;王宽【摘要】通过MATLAB/simulink/SimpowerSystems工具箱,结合永磁电机的数学模型建立了永磁同步电机的SVPWM控制和电流滞环控制两种系统模型,通过仿真结果表明,这两种控制系统有良好的性能,为现实中的控制系统设计提供一种理论基础.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】3页(P45-47)【关键词】永磁同步电机;矢量控制;SVPWM;电流滞环;仿真【作者】周海燕;边晓伟;张译之;马春生;王宽【作者单位】长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】TM34.1随着纯电动汽车的逐步推广，永磁同步电动机凭借其效率较高，功率密度大，低损耗，运行可靠等优点，在纯电动机械应用十分广泛。
在对电机控制[1]性能的要求逐渐提高的背景下，建立合适有效的控制仿真模型一直是电机控制领域的研究热点[2]。
永磁同步电机和普通的励磁同步电机一样都是定子三相对称绕组。
一般通过惯例来规定电机各个参数物理量的相关正方向。
本文以三相星形的通电模式来分析永磁同步电机数学模型及其电磁转矩等特性[3]，做以下设定：（1）磁路不是饱和的，电机的电感不受电流影响；（2）忽略涡流和磁滞损耗并且电机不受齿槽、换相以及电枢反应的影响；（3）定子的三相绕组是完全对称的，且永久磁钢的磁场顺着气隙的四周呈正弦分布；（4）在定子的内表面电枢绕组连续分布且均匀；（5）驱动、续流二极管均为理想元件；（6）在气隙中转子磁链呈正弦分布[4]。
由此电机电压平衡方程：又因为三相绕组为三相星形连接，而且没有中线：其中：ua，ub，uc为定子相绕组 a，b，c 三相电压；r为电机定子电阻；L 为电机每相绕组的自感；ia，ib，ic为三相绕组相电流；ea，eb，ec为 a，b，c 定子相绕组电动势；M为电机每两相绕组之间的互感；p=d/dt微分；定子绕组产生的电磁转矩的表达式[5]：式中，Te为电机电磁转矩；TL为电机负载转矩；B为电机阻尼系数；J为电机转动惯量；np为电机极对数[6]。
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基于SVPWM电机控制系统中电流环的设计
摘要：介绍了SVPWM机理，设计了伺服电机的电流环控制的软硬件方案，对电流环伺服控制策略进行了研究，分析了电流采样原理，并对电机驱动中逆变器的死区补偿问题做了一些探讨，最后详细介绍了电流环中断的软件实现方法。
关键词：空间矢量脉宽调制; 逆变器; 死区补偿
Design of Current Loop for Motors Control System Based on SVPWM SUN Jie , LUAN Zhong-quan
Abstract : Introduce the SVPWM, design the software and hardware sche me of current loop in servo motor, study the control strategy, analyze the cu rrent sampling, and do some research to keep the force ripple of load moto r and compensate death-time in motor inverter. At last, the software realizati on plan about current loop interruption was focused on.
Key words : space vector pulse width modulation （SVPWM） ; inverter ; d ead-time compensation
0 引言
近十几年来，DSP控制器广泛应用于电机控制中。
TI公司的TMS320F2 812 DSP具有更完备的外围控制接口和更丰富的电机控制外设电路。
它的事件管理器（EV）含有硬件SVPWM产生电路。
产生SVPWM具有硬件结构简单, 控制精度高, 实时性强, 软件编程容易等优点。
电机控制策略主要采用三闭环控制，位置环、速度环和电流环。
他们的主要的作用是使误差越来越少,使控制精度更高更准确更迅速并实现自动控制。
其中电流控制环是一个内环, SV PWM控制算法的实现主要集中在电流环上。
在一个电流环周期内需完成反馈电流的采样、电压死区补偿和输出电压等运算。
它的性能指标好坏, 特别是动态特性, 将全面影响速度环和位置环, 从而影响整个伺服系统。
1 SVPWM与电机的电流环控制
在电机变频调速中，脉宽调制技术已经得到了广泛的应用。
而空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法与经典的脉宽调制方法相比，具有直流电压利用率高、控制简单、损耗较小、便于数字化方案实现等优点，广泛应用在电机控制中。
1.1 SVPWM机理
空间矢量PWM 指的是三相功率逆变器中的六个功率管的一种特殊的开关方式。
空间矢量PWM 方法的实质就是利用六个功率管
的八种开关组合方式给出电机的供电电压向量。
通过α -β坐标变换,把8种状态组合对应的相电压映射到α-β坐标平面,即将（ a, b, c） 3个向量垂直映射到一个二维坐标（α-β坐标） , 这样就可以得到6个非零向量和2个零向量. 6个非零向量构成一个六边形, 相邻向量之间的夹角为60°, 2个零向量处于原点,如图1所示.
图1 α、β坐标系中基本电压空间矢量图
通过检测电机相电流的方向和大小，可以计算得到Uout的两个分量。
根据这两个分量的大小和所处的扇形区间，得到Ux作用的时间，写入DSP281 2的事件管理器（EV）的比较寄存器中，通过EV来实现PWM波的生成。
1.2 DSP2812电流环控制结构
电流环结构如下图所示：
Ia+Ib+Ic=0，因此，只要检测其中的两路电流即可。
电机相电流值由霍尔传感器检测，检测信号Iu经过运算放大器进行I-U转换后输出。
SVPWM硬件结构图如图3所示:
图2电流环控制结构图
电流环的控制算法采用PI，SVPWM（Space Vector PWM）。
PI为经典的比例积分控制，SVPWM控制技术可明显减少逆变器输出电流的谐波成分，减小脉动转矩，特别易于数字化实现，在电机控制领域得到广泛应用。
电流环控制结构图如图2所示，经过clarke变换、pake变换、逆Clarke 变换，作用于逆变器产生正弦波形。
2 电流采样
对于数字化伺服电机控制系统来说，电流采样的精度和实时性在很大程度上决定了系统的动、静态性能。
因此，精确的电流检测是提高系统控制精度、稳定性和快速性的重要条件，也是实现高性能闭环控制系统的关键。
因为本文研究的是三相平衡系统，即
图3 SVPWM硬件结构图
为减少电流信号高次谐实现高性能闭环控制，除了要设计合适的电流环控制器，还要尽量减少电流反馈值中的高次谐波成分，电流采样传感器可以在安装在每组IGBT桥臂的底部。
在一个PWM周期中，对电流进行采样的时间选在PWM波各开关周期的起点或中点时刻，能够获得谐波成分相对较少的基波电流值，有利于实现高精度的电流闭环控制。
3 DSP2812的死区补偿
在电压型脉宽调制（ PWM）逆变电路中,为避免同一桥臂上的开关器件的直通,必须插入死区时间。
然而，死区效应是影响逆变器电压和电流输出的重要非线性因素。
对于电机驱动系统而言,死区效应会使得电机低速时的电压及电流发生严重畸变,引起转矩脉动和谐波，因此对逆变器的死区必须进行补偿。
常用死区补偿法方法有两种: 硬件补偿和软件补偿。
硬件补偿法需要增加额外的硬件电路,通过输出实际电压和电压参考值的比较得到所需要的补偿电压信号。
软件补偿法是采用纯软件的方法,在电机的控制程序中加入死区补偿的算法。
这类补偿算法也可以称之为死区时间补偿法。
在TMS320LF 2812中，死区补偿脉宽可以通过修改事件管理器EV中的CMPR1、CMPR2来实现。
4 软件实现
带有死区补偿的电流环控制程序流程图4所示
图4带死区补偿的电流环软件流程图
从主程序中进入电流环定时中断的语句：PieVectTable.T1PINT = &EvaT imer1P_ISR;
系统初始化函数void InitEv （void）,设置T1周期定为500us，T1的控制寄存器，比较使能，定时器使能，连续增减计数模式，设置pwm输出135为高有效,246为低有效。
void InitEv（void）
｛……
EvaRegs.T1PR=0x0BEBB;
EvaRegs.T1CON.all=0x0842;
EvaRegs.T1CMPR = 0x3c00;
EvaRegs.ACTRA.all = 0x666; EvaRegs.T1CNT = 0x0000;
EvaRegs.DBTCONA.all=0x088f;
CONA = 0xA600;
……｝
clarke变换、pake变换、PI算法以及逆Clarke 变换以函数的形式出现，函数定义如下：
void clarke_calc（CLARKE＊ g_Ci）;
void park_calc（PARK＊ g_Pi）;
double PID_calc1（PID ＊g_pid, double ProcessPoint）;
double PID_calc2（PID ＊g_pid, double ProcessPoint）;
void ipark_calc（IPARK＊ g_Iv）;
void CALC_SECTOR（）;
void CALC_T1T2（）;
定时器1计数到设定的周期值，比较寄存器根据计算的时间值自动重新装载，使输出的PWM 波形占空比发生变化。
装载语句如下：
EvaRegs.CMPR1=T1+Td1;
EvaRegs.CMPR2=T1+T2+Td2;
EvaRegs.ACTRA.all&=0x0fff;
EvaRegs.ACTRA.all|=（SVDIR << 15） + （vector << 12）;
5 结束语
本文详细介绍了SVPWM 的软件实现方法，以TI 的DSP 芯片对SVPW M 实现了全数字控制, 并通过对电流采样和死区补偿算法的改进, 有效减少了电机死区时间的影响，消除了谐波, 同时提升了电流输出能力。
所设计的电流环具有更高的控制效率。
动态性能得到改善, 为交流伺服系统中速度控制和位置环控制, 打下了良好的基础。