svpwm永磁同步电机的设计
基于SVPWM的永磁同步电机直接转矩控制系统的研究
基于SVPWM的永磁同步电机直接转矩控制系统的研究永磁同步电机直接转矩空间矢量脉宽调制Matlab/Simulink1引言空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术是在一个控制周期内，通过相邻基本电压矢量和零电压矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的线性连续可调的技术[1,2]。
本文运用了一种基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的永磁同步电机的直接转矩控制算法，其原理是根据转矩和定子磁链的误差，通过驱使误差为零的原则确定参考电压空间矢量，然后通过SVPWM技术合成该矢量[3]，由于在下一个控制周期内，采样时刻的电压和磁链误差可以得到补偿，因此转矩和磁链的误差始终能够控制在一个很小的范围，二者的脉动很小。
2SVPWM的基本原理交流电动机输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。
因此，如果把逆变器和交流电机看成一个整体，控制逆变器的工作状态以此来产生跟踪圆形的旋转磁场，能够达到很好的控制效果。
SVPWM将逆变器和交流电机视为一个整体观念，把三相对称的正弦波电源供电时交流电机产生的理想磁链圆作为参考对象，通过选择三相逆变器的六个功率开关器件的特定开关模式，生成SVPWM脉宽调制波，从而使电机的实际磁链尽可能地逼近理想的圆形，产生恒定的电磁转矩[4]。
由电压源型逆变器产生的8个基本电压空间矢量如图1所示。
6个非零基本电压空间矢量将整个电压空间矢量平面区域分成六个60°的扇区Ⅰ-Ⅵ。
图1 电压矢量在空间的分布图交流电动机仅由常规的逆变器供电，得到的是六边形的旋转磁场。
这是因为在一个周期内逆变器只切换六次工作状态，因此只能形成6个电压空间矢量。
如果想获得更多边线或逼近圆形的旋转磁场，就必须在每一个π/3期间内出现多个工作状态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。
为此，采用线性组合法控制SVPWM的开关时间，改造后的逆变器可以得到逼近圆形的旋转磁场。
3SVPWM控制算法的研究及实现原理3.1 参考电压矢量所在扇区的判断由图1所示，SVPWM分为六个扇区，电压矢量所在的扇区是由Urefα和Urefβ决定的。
基于SVPWM的永磁同步电机控制器设计
• 167•基于SVPWM的永磁同步电机控制器设计广东理工学院电气工程系 梁永忠【摘要】本文详细分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的工作原理，设计了永磁同步电机(PMSM)的硬件控制方案，采用STM32F103C8T6单片机实现了该方案的控制程序，通过实验验证了该方案的可行性。
【关键词】空间矢量脉宽调制；永磁同步电机；单片机Design of PMSM Controller Based on SVPWMLiang Yongzhong（Department of Electrical Engineering Guang Dong Polytechnic College ，Zhaoqing 526100，China ）ABSTRACT ：This paper analyzes the working principle of Space Vector Pulse Width Modulation in detail ，and the hardware control scheme of the PMSM is designed.The control program of the scheme is realized by using STM32F103C8T6.The feasibility of the scheme is verified by the experiment.Key words ：SVPWM ；PMSM ；MCU0 引言永磁同步电动机(PMSM)由于其控制特性良好，结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率和功率因数高，已广泛应用于各种工业传动领域，并取得显著的节能效果[1]。
传统的交流电动机采用正弦脉宽(SPWM)调制技术输出一个频率和电压可调、三相对称的正弦波电动机供电电源，这种方法虽然具有数学模型简单、易于实现的优点，但是它的电压利用率太低。
空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术将逆变系统和电机看作一个整体来考虑，使实际磁链矢量追踪理想磁链圆，其控制简单，开关损耗小，电压利用率比一般的SPWM 高[2]。
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的永磁同步电机控制18页文档
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
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。
谢谢观看
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
第三步：计算矢量切换点： Ts
TTb aTTa 0/ Tc Tb
4 Tx
2 Ty
2
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
0
00001100
0
T0/2
T4/2
T6/2
T7/2
T7/2
T6/2
T4/2
T0/2
在不同的扇区内将Ta，Tb，Tc，分别赋给比较寄存器CMPR1，CMPR2，CMPR3。
03 永磁同步电机双闭环控制系统
基于SVPWM的永磁同步 电机控制
人的差异在于业余时间
基于SVPWM的永磁同步 电机控制
采用SVPWM的永磁同步电动机系统建模与仿真
中图分类号:T M 351 T M341 文献标识码:A 文章编号:100126848(2006)0920038204采用S VP WM 的永磁同步电动机系统建模与仿真安群涛,李 波,王有琨(哈尔滨工业大学电气工程系,哈尔滨 150001)摘 要:为了兼顾永磁同步电动机的成本和控制性能,在分析永磁同步电动机数学模型的基础上,基于Matlab/Si m ulink 建立了永磁同步电动机磁场定向控制系统仿真模型。
重点阐述了电压空间矢量脉宽调制(S V P WM )的原理及算法,给出了利用Si m ulink 的实现方法。
该模型较之以往论文给出的滞环电流控制型永磁同步电动机系统更具有普遍性和实用性。
仿真结果证明了该模型的有效性,并验证了其他控制算法,为永磁同步电动机系统的设计和调试提供了思路。
关键词:永磁同步电动机;磁场定向控制;建模;空间矢量脉宽调制M ode li ng an d S i m ula t ion of P M S M Syste m Usi n g SVPWMAN Qun 2tao,L I Bo,WANG Y ou 2kun(D e p t .of Electrical Engineering,Harbin Institute of Technol ogy,Harbin 150001,China)ABSTRAC T:A t the basis of analysis ofm odel of Per m anentMagnet Synchr onousMot or,this paper es 2tablished the si mula tion model of field 2orientated control syste m of P MS M ba sed on Matlab /Si m ulink .Princ i p le of S VP WM was expa tiated,and i m ple m ent m ethod was given in this pa per .The reas onabilityand validity have been testified by the si m ulation r e sults,other contr ol a rithm etic can be validated andthis method offers a thought w ay f or de signing and debugging ac tual mot ors .KEY W O RDS:P MS M;Field 2orienta ted contr ol;Syste m m odeling;S V P WM收稿日期5226修稿日期625250 引 言永磁同步电动机(P MS M )控制特性良好,结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率和功率因数高,已经逐步取代直流伺服电动机而用于高性能的伺服系统中[1]。
SVPWM永磁交流
ACDC3
A
驱 N N D O C D O C C O D D O C V
C
动 C
D
O
信
号 8 5 8 7 6 5 DC7 6 5
8
7
6
5
8
7
6
5
8
7
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8
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5
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A
A G G VCC 高 G N N N D N G VCCV VCC VCC
电 2 D D U R18 2 R16 D 5
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2
3
4
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6
7
CON1
CON1
CON1
CON1
CON1 L
CON1
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L
W 1 1 1 1 1
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1
1
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SGND
Drv6
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Drv1
SGND
IPMV
1 SX3 R SX2 SX1
驱
IPMW
IPMU
2
R13
2
R11
2
R
2
0 9 动 0 7
SVPWM调制的原理和仿真
一、研究背景 二、永磁同步电机的数学模型及矢量控制方法 三、SVPWM调制的原理及仿真 四、伺服系统硬件和软件设计 五、下一步工作计划
SVPWM调制的原理和仿真
1、SVPWM调制的原理 实质：圆形气隙磁链轨迹控制。？ 定子输入对称三相正弦电压——理想圆 形磁链基准—控制逆变器输出电压产生磁链 跟踪基准磁链圆——在跟踪基准磁链圆时适 当改变逆变器的开关状态产生PWM波
基于SVPWM算法的永磁同步电机闭环控制
有下面的公式：
图1.2 静止 DQ 轴系与同步旋转 dq轴系
(1.5)
由静止（ABC）坐标轴系到静止（αβ）坐标轴系的变换只完成了由三相到两相的 “相数变换”，而静止（αβ）坐标轴系到同步旋转（dq）坐标轴系的变换是一种 “频率变换”。在直流电动机中，电枢绕组中的交流电流是通过换向器和电刷变成直 流电的。而式 1.4 和式 1.5 所起到的作用也相当于换向器的作用，经过这两种变换 最终将交流永磁同步电机等效为直流电机，使其的控制性能有了很大的提升。
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
2.1 空间矢量调制理论
在理想的供电情况下，定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相电压 合成矢量us是一个以电源角频率ωs为角速度作恒速旋转的空间矢量，它
的幅值是相电压幅值的 3 2倍，当某一相电压为最大值时，三相电压
合成矢量us就将与该相的轴线重合。当电动机转速稳定的时候，定子电 流的空间矢量is和磁链的空间矢量Ψs的幅值恒定，以电源角频率ωs为 电气角速度在空间作恒速旋转。
②计算T1、T2、T0，即计算扇区内相邻两电压矢量及零矢量各自的作用 时间
③计算逆变器开关状态切换点Tcm1、Tcm2、Tcm3 SVPWM脉宽调制是用等效的时间三角波来跟Tcm1、Tcm2、Tcm3比较，
当两 者的值相等时，逆变器开关状态就会改变。从而产生正确PWM波形，用
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
永磁同步电机控制的SVPWM算法—扇区判断与切换时间确定
永磁同步电机控制的SVPWM算法—扇区判断与切换时间确定SVPWM的算法及仿真研究1 引⾔ 随着电⼒电⼦技术和微处理器的发展，脉宽调制(pulse width modulation，pwm)技术在电⼒传动领域得到了⼴泛应⽤。
在各种pwm技术中，空间⽮量pwm(space vector pwm，svpwm)技术以其物理概念清晰、算法简单、电压利⽤率⾼且易于数字化实现等特点，在⾼性能全数字化交流调速系统中得到了较多应⽤[1]。
本⽂⾸先介绍了svpwm的基本原理，在分析机理的基础上详细推导了svpwm算法，然后在matlab/simulink环境下通过利⽤功能模块和编写基于m⽂件的s函数相结合的⽅法实现了该算法。
2 空间⽮量脉宽调制原理[2] 三相电压型逆变器共有6个功率开关管，任何时刻有且仅有3个开关器件导通，⽽且上、下桥臂的开关器件是互锁的，因此逆变器实际上只有8个基本的开关状态。
若⽤数字“1”表⽰相应上桥臂开关器件处于导通状态，⽽下桥臂开关器件处于关断状态；⽤数字“0”表⽰相应上桥臂开关器件处于导通状态，⽽下桥臂开关器件处于关断状态。
则这8种开关状态可⽤8个开关相量表⽰，分别为“000，100，110， (101)111”。
对应的8个电压空间⽮量如图1所⽰。
图1 三相逆变器输出电压空间⽮量图 图1中的电压空间⽮量包括6个幅值相等、相位互差π/3电⾓度的⾮零⽮量u1～u6，它们将复平⾯分成了6个扇区i～vi；还有两个位于复平⾯中⼼的幅值为零的零⽮量u0、u7。
为了便于研究，将三相坐标系转换到两相α-β直⾓坐标系。
svpwm线性组合的控制策略就是通过合理控制两个相邻⾮零⽮量及零⽮量之间的切换，在每个开关周期内去逼近旋转参考⽮量uref，使合成电压⽮量的轨迹逼近圆形，进⽽得到如图1所⽰的六个扇区。
以参考⽮量uref位于扇区i为例，在⼀个采样周期内uref可由⾮零电压⽮量u1、u2及零电压⽮量u0、u7合成，通过控制逆变器输出电压⽮量u1、u2 及u0、u7的切换时刻，可以逼近uref。
浅谈永磁同步电机SVPWM控制方法
浅谈永磁同步电机SVPWM控制方法空间电压矢量脉宽调制SVPWM控制已经成为三相逆变器中最重要的调制方式。
它的数学建型是以电机统一理论和电机坐标轴变换理论为基础的，物理意义直观，数学模型简单，并具有抑制转矩脉动、噪音低、电压利用率高等优点。
为防止逆变器同一桥臂上的两个功率管发生直通造成短路，必须设置死区时间。
但这会使逆变器出现死区效应，导致输出电流波形发生畸变，输出转矩减小，特别是在低速轻载时稳态转矩脉动，容易引起电机振荡，甚至无法正常工作。
针对在非理想特性下造成的死区效应，本文提出了根据将三相电流分成6个区域，并在各区域中按相电流方向对三相输出电压进行死区补偿措施，此方法不仅提高了逆变器低频轻载时的输出性能，且不需附加额外硬件，实现简单，易于模块化。
1 永磁同步电机SVPWM死区效应分析图1为永磁同步电机逆变器主电路结构图。
下面以a相电流为例进行死区效应分析，电流方向为桥臂流向负载（即正向电流）。
图1中，Vdc为直流电源；Cd为中间直流回路滤波电容；D1～D6为6个续流二极管；T1～T6为6个功率管。
在死区期间内，三相电机输出电压产生的误差方向由电流方向决定。
图1 永磁同步电机逆变器主电路结构如图2所示，图2（a）为a相电流正向时输出电压一个开关周期内的波形，图2（b）为反向情况。
实线为实际获得电压波形，虚线为参考相电压波形，点划线为需补偿参考电压。
（a）ia正向的情况（b）ia反向的情况图2 a相参考电压和输出电压波形如图2（a）所示，当a相电流流向负载（即正向电流）时，上管断开，下管续流，存在二极管导通压降Vd，使得uao=-Vdc/2-Vd；参考相电压反向后，上管经过死区时间和开通延时（td+ton）后导通，电流经上管流向负载，此时存在开关器件导通压降Vsat，使得uao=Vdc/2-Vsat。
同理可得当电流由负载流向电源（即反向电流）时uao的情况。
根据参考电压伏秒面积等于补偿后伏秒面积原则，若要误差电压为零，当电流为正向时ΔV=[（1-D）Ts+τ]Vd+τVdc+（DTs-τ）Vsat-tcom+（Vdc+Vd-Vsat）=0得到tcom+={τVdc+（DTs-τ）Vsat+[（1-D）Ts+τ]Vd}/（Vdc+Vd-Vsat）taon+=t※aon+tcom+同理，可得出电流反向时：tcom-={τVdc+[（1-D）Ts-τ]Vsat+（DTs+τ）Vd}/Vdc+Vd-Vsattaon-=t※aon+tcom-式中：ΔV——误差电压Vdc——母线直流电压Vsat——开关器件的导通压降Vd——并联二极管的导通压降ton——开关器件的等效开通时间toff——开关器件的关断延迟时间td——死区时间Ts——开关周期t※aon——上管理想导通时间taon+，taon-——正反向电流的上管实际导通时间tcom+，tcom-——正反向电流的实际补偿时间D——占空比，D=t※aon/Tsτ——时间误差，τ=td+ton-toff，b、c相情况以此类推图3为系统中死区补偿方案的矢量控制图。
基于预测SVPWM的永磁同步发电机直接转矩控制
- R s i β ) dt
u α 、u β — — —定子电压的 α、β 轴分量; i α 、i β — — —定子电流的 α、β 轴分量;
电磁转矩数学模型: 式中: n p — — —极对数。
3 n ( Ψα iβ - Ψβ iα ) 2 p
(3)
3 预测算法
= 0;那么扇区 s = A + 2 B + 4 C 。
synchronous generator, a predictive space voltage vector pulse width modulation ( SVPWM) control strategy based on direct torque was proposed, calculate the compensator voltage vector of the next cycle through the torque and flux prediction algorithm, using SVPWM to synthetize the voltage vector, in order to reduce the torque ripple. The simulation results showed that the method kept a fast dynamic response of the system, effectively reduced the torque ripple, and obviously improved the control performance of the system. space voltage vector Key words: permanent magnet synchronous generator; direct torque control; torque ripple; predicted
永磁同步电机的空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理及仿真研究
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永磁同步电机的空间矢量脉宽调制（SVPWM）原理及仿真研究
作者： 作者单位： 刊名： 陈娜， 李杨声， 李福瑞， 王程勇 湖北三江航天红峰控制有限公司,湖北 孝感,432001 科技创新与应用
英文刊名： 年，卷(期)：
科技创新与应用
永磁同步电机的空间矢量脉宽调制 （SVPWM） 原理及仿真研究
陈 娜 李杨声 李福瑞 王程勇 湖北 孝感 432001） （湖北三江航天红峰控制有限公司，
克服了直流伺服电动机机械式换向器和电刷 摘 要： 永磁同步电机在伺服控制系统应用中得了迅速的发展， 其优越的调速性能， 带来的一系列限制。文章主要介绍了空间矢量脉宽调制原理及算法流 程；在 Matlab7.6.0\simulink 建模仿真 平台 上搭建了基于 且对模型进行了系统仿真。 SVPWM 算法的永磁同步电机控制系统的仿真模型， 算法； 仿真 关键词： 永磁同步电机； 1 引言 正弦脉宽调制 （SPWM） 随着电力电子的发展， 在交流调速系统中得 到了广泛应用，经典的 SPWM 控制主要是将电压变频器的输出电压尽 同时， 还产生高次谐波分 量接近正弦波， 但并未估计输出电流的波形， 量引起电动机发热、转矩脉动，甚至使系统振荡。而电压矢量控制 （SVPWM） 是从输出电压的角度出发， 目的在于可以生成一个可以调频 调压的三相对称正弦供电电源，SVPWM 是一种优化的 PWM 控制技 降低 术， 能明显减小逆变电路输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗， 电压利用率高， 在交流伺服系 转矩脉动， 且其控制简单， 数字实现方便， 统中得了广泛应用。 本文将详细介绍基于 SVPWM 的原理以及永磁同步电机控制算 用 Matlab7.6.0\simulink 软件进行建模、 仿真。 法， （SVPWM） 2 空间矢量脉宽调制 原理 当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时，电动机的定子磁 磁链矢量的运动轨迹形成圆形的 链空间矢量幅值恒定， 并以恒速旋转， 所以只要按照跟踪 空间旋转磁场 （磁链圆） ， 从而产生恒定的电磁转矩， 圆形旋转磁场来控制逆变电路向交流电动机提供可变频电源，并能保 “磁链圆” “磁链跟踪控制” 证电动机形成定子 ， 这种控制方法称作 ， 磁链 所有又称 “电压空间矢 的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的， 即 SVPWM” 量 PWM 控制， 。 三相逆变电路输出状态共有 8 种开关模式，其中 000 和 111 开关 模式时逆变电路电压输出为零， 这两种开关模式成为零状态。所以有效 开关模式为 6 种，由 6 种开关模式和线电压的关系可以得出基本电压 见图 1， 空间矢量， 相邻空间矢量的矢量间隔为 60毅， 而两个零矢量幅值 为零， 位于中心。 当六个非零空间矢量单独输出后，定子磁链矢量的矢端的运动轨 如果能把正六 迹就是一个正六边形， 而我们需要的是圆形的运动轨迹， 就越接近圆形， 按照这个思路， 边形变成正多边形， 正多边形的边越多， 我们必须使得三相逆变器有更多的开关状态，一种方法是利用六种基 本空间电压矢量的线性时间组合来得到更多的开关状态。根据参考输 出电压矢量的区间位置，选择与之相邻的基本电压空间矢量来合成参 图 2 为电压空间矢量的线性组合。t1 和 t2 分别是 UX 考输出电压矢量， 在每一个 T 期间， 和 UX+60 作用时间， T 是 Uref 作用时间， 都改变相邻基 故当 T 本矢量作用时间， 并保证所合成的电压空间矢量的幅值都相等， 磁链轨迹就是 足够小时， 电压空间矢量的轨迹就近似圆形的正多边形， 即形成 “圆形磁场” 一个正多边形， 。
SVPWM电机驱动模型分析报告
SVPWM电机驱动模型分析报告目录：SVPWM电机驱动模型分析报告 (1)一：整个电机模型的工作原理 (2)1.永磁同步电机逆变器前后原理与功能 (2)2.便于控制的PID数据以及便于计算的SVPWM输入数据的来龙及原理： (3)3.SVPWM的计算过程及PMSM模型: (4)二：各个模块的工作原理、输出波形、配置参数 (5)1.电机模型整体框架： (5)2.仿真电机框图各个模块功能、标准波形、配置参数说明： (7)I-I-CLARK反变换，I-PARK反变换： (7)II-系统磁通量： (8)III-上层控制算法： (8)IV-SVPWM模块： (8)V-逆变器： (9)VI-PMSM电机模型： (9)三：simulink仿真相关注意事项 (11)预备知识：（1）MATLAB的相关知识。
主要有M文件编程、S-function函数的编写、Simulink 框图仿真、基本的Simulink模块的使用。
（2）SVPWM驱动算法，交流永磁同步电机的构造原理。
（3）永磁同步电机逆变器的驱动原理。
一：整个电机模型的工作原理1.永磁同步电机逆变器前后原理与功能在这里不详细讲解整个电机的工作原理。
从大体上讲下SVPWM控制方式的工作原理。
更加详细具体的讲解可以参考SVPWM永磁同步矢量控制的原理。
SVPWM是交流无刷永磁同步电机的前端控制算法，为什么需要SVPWM呢？下面是交流永磁电机的模型：浅显的理解是：永磁同步电机在转动时，内部的磁通是正弦波变化(这和电机的内部结构相关),因此为了稳定精确的控制电机，外部的输入电压也需要按正弦波变化，这样才能稳定的跟随。
为了输出按正弦波变化的电压，要借助逆变器。
下图是逆变器的构造：逆变器的后面接通了PMSM电机，逆变器的输入参数VDC作为电机的电压，此参数越大，电机最大的转速越大。
逆变器由a-a’ b-b’ c-c’三相开关构成，开关的不同通断，使得电机的三端产生不同的电压：看似离散的电压，将这电压值换算成一个周期的平均量(相当于计算一个周期的功率)当然每个电压的保持时间也是要精确控制的，那么就是一个很好的正弦波形，在三相开关的频率加大上，开关切换速度高，切换时间精确下，波形就越光滑，效果更好。
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。
永磁同步电机直接转矩控制(svpwm)
三相永磁同步电动机直接转矩控制技术及仿真研究 1引言随着社会实际生产要求的不断提高，现代电机控制技术也不断得以升级。
继矢量控制之后，1986年日本I.TakhaShi 和德国M.Depenbrock 分别提出了直接转矩控制技术。
直接转矩控制(Direct Torque Control ，DTC)是基于定子磁场定向和电压空间矢量分析的方法，根据转矩偏差、磁链偏差及定子磁链的空间位置，选择合适的电压矢量。
这项技术的问世，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能等优点受到普遍关注并被广泛研究。
常规的DTC 方案其实是一种Bang —Bang 控制方法：针对定子磁链幅值和转矩偏差以及磁链的空间位置， 在一个控制周期内，选择和发出单一空间电压矢量，这个电压矢量要同时控制磁链和转矩的误差方向，而忽略了转矩和磁链误差大小，从而经常造成转矩和磁链脉动，不能达到期望的最佳控制效果。
减小滞环容差可以减小脉动，但又会导致逆变器的开关频率增大，开关损耗随之增加；矢量细分法改善了磁链轨迹，但结构相对复杂。
矢量调制 (Space V oltage Vector Modulation)是在一个控制周期内，通过相邻电压矢量和零矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的连续可调。
本文在分析了直接转矩控制原理(DTC)和空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基础上，做了基于磁链空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制技术的仿真。
1直接转矩控制原理永磁同步电机在转子坐标系下的数学模型：⎥⎦⎤⎢⎣⎡ψ+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡f q d q d q d q d i i pL R L L pL R u u ωωω0 (1) []sm q d s sm q f q d sn e L L L L L P t δδ2sin )(sin 243-ψ-ψψ= (2)[]t sm q d s sm q f q d s n t t d d L L L L L P d d eδδδ2cos )(2cos 243-ψ-ψψ= （3）式中：q d q d q d L L i i u u ,,,,,——定子电压、电流、电感在q d ,轴上的分量；s f ψψ,——励磁磁链和定子磁链；p P t n e ，,——电磁转矩、转子极对数和微分算子；δsm ——负载角；式(2)表明，电机参数确定后，在实际运行中，永磁同步电机转子上励磁磁场的磁链幅值一般为恒值，为保证充分利用电动机铁心，通常要使定子磁链的幅值为额定值，这样就可以直接通过控制负载角δsm 的大小来控制电磁转矩的大小，这就是DTC 的核心思想。
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]。
基于优化SVPWM算法的永磁同步电机矢量控制系统
研制开发算法的永磁同步电机矢量控制系统何湘龙（湖南石油化职业技术学院，湖南岳阳电压空间矢量脉宽调制技术（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）是一种通过改变空间电压或电流矢量来控制变流器的技术，主要介绍永磁同步电机的数学模型、SVPWMMatlab/Simulink上创建控制模型，综合仿真分析计算的结果，验证了这种算法不仅减少了数字信号处理器资源，还大大提高了永磁同步电机的稳定性、可靠性以及抗干扰能力。
空间矢量控制；永磁同步电机（PMSM）；控制算法；数字信号处理Vector Control System of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on OptimizedSVPWM AlgorithmHE Xianglong(Hunan Petrochemical Vocational Technical College, YueyangAbstract: SVPWM is a novel technology for controlling converters by changing the space voltage or current vector. This article mainly introduces the mathematical model of permanent magnet synchronous motors, the basic principles of进一步分析，由式（1）、（2）、（3）可以得到：24ππ33s sA sB sC 2π3sA sB 2d e e d 32e 3j j s j U t U U U t ψψψ==++=++∫∫4π3sC e j ψ（4）对电压积分，利用等式两边相等的原则有：s ssA L sB s m s s sC s s sin sin 222sin πsin π33344sin πsin π33t t U t t t t ωωψψωψωωψωω=−=− −−（5）2 SVPWM 控制策略在应用中，PWM 逆变器作为SVPWM 控制的主要对象，可实现较为简单的开关量控制，如图1所示。
永磁同步电机的SVPWM仿真毕业设计分析
燕山大学本科毕业设计（论文）终期报告课题名称：永磁同步电机SVPWM控制及仿真学院（系）：电气工程学院年级专业： 2011级自动化学生姓名：指导教师：完成日期： 2015年3月摘要永磁同步电机(PMSM)因其体积小、磁密度高、可靠性好以及对环境适应性强等诸多优点，被广泛应用于工农业生产和航空航天等领域。
而伴随着这些领域的不断发展，更高的调速精度、更大的调速范围以及更快的响应速度成为永磁同步电机调速系统的迫切要求。
本文研究永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统。
一方面，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及自适应模糊控制仿真模型。
仿真结果证明了该系统模型具有很好的静态、稳态性能。
另一方面，提出了一种自适应模糊PI控制器,将模糊控制器与PI控制器结合在一起，利用模糊逻辑控制，并把MATLAB中的Fuzzy Toolbox和SIMULINK有机结合起来，实现了PI控制器的在线自调整。
进一步完善了PI控制器的性能，提高了系统的控制精度。
仿真结果表明：该控制器达到了满意的控制效果。
关键词：永磁同步电机；空间矢量脉宽调制；PI控制；模糊控制ABSTRACTPermanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) are widely used in industrial and agricultural production and the field of Aeronautics and Astronautics for their advantages, such as compactness ,high efficiency, reliability and adaptability to the environment. Along with the continuous development of these areas, wider speed-regulating range and faster response.Vector control of PMSM was studied in the paper. For one thing, 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 blocks, hysteresis current controller blocks and speed controller , etc., 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. For another thing, in this paper a kind of self-adaptive fuzzy PI control system is discussed, it uses fuzzy logic controller which is combined with PI controller and the organic combination of Fuzzy Toolbox and SIMULINK that makes the self-adaptive of PI controller possible. It perfects the properties of PI controller and improves the precision of control system. The result of simulation indicated that the controller gives a good control performance.Key words: PMSM;SVPWM;PI controller;fuzzy control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SVPWM控制技术
空间矢量脉宽调制
最初来源： 电机的控制问题 新的观点：正弦波逆变器的几何方法
Michael J. Ryan等， 98年
方法：
借助于坐标变换(clark和park变换)，建立三相静止坐标系与同步 旋转坐标系的联系，进而建立圆旋转的空间矢量与三相正弦波的 联系，通过实现圆旋转的空间矢量，生成三相SPWM。
永磁同步电机SVPWM 控制技术
新能源技术室电驱科 20171120
一、前言 二、PWM基本原理
三、SVPWM基本原理
四、SVPWM法则推导 五、SVPWM控制算法
一、前言 二、PWM基本原理
三、SVPWM基本原理
四、SVPWM法则推导 五、SVPWM控制算法
一、前言
一、前言
磁链跟踪控制 （ SVPWM 控制）：把逆变器和 交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来 控制逆变器的工作。磁链的轨迹是交替使用不同 的电压空间矢量得到的，所以又称“电压空间矢 量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控 制”。
求解上述方程可得： UaN=2Ud/3 UbN=-Ud/3 UcN=-Ud /3
（3-3）
图3.4 矢量U4(100)
三、 SVPWM的基本原理
同理可计算出其它各种组合下的空间电压矢量，列表如下：
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。
PWM的调制原理
u
按同一比例改变 各脉冲宽度 在脉冲周期不变 的条件下， 改变脉冲个数
O
ωt
>
u
SPWM波
ωt
u
O
>
O
> ωt
图2.2 正弦波等效PWM波示意图
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永磁同步电机 整个系统的仿真框图
第五章 仿真结果
第一种仿真条件
转速n=1000r/min,转 矩T的时间为0.1s.运 行时间为0.1s。仿真 结果如下： 转速n的图形
转矩T的图形
三相电流图形
第二种情况下的仿真
转速n不变，转矩为0.1 Nm，运行时间为0.2s， 阶跃时间起在2-4s之间。 仿真结果如下： 转速n的图形
三相电流的图形
转矩T的图形
第三种情况下的仿真
改变了转速，让转速 在500-1000 r/min之 间产生阶跃，转矩不 变，还是0.1 Nm，这 次的运行时间为0.1s。 仿真结果如下： 转速n的图形
转矩T的图形
三相电流的图形
第四种情况下的仿真
转速如同第三种情况不 变，转矩阶跃时间为 0.2s，运行时间为0.4s， 阶跃时间起在2-4s之间。 仿真结果如下： 转速n的图形 转矩T的图形
电流经整流后变为直流再经过逆变电路 输出PWM波进行控制，三相逆变电路如图所示。
电压空间矢量SVPWM原理
根据空间矢量的定义，可以得到8个夹角 互为60°的基本矢量，V0和V7为零矢量， 其他6个矢量为工作矢量。8个基本矢量 的分布如图所示。
V3 010
Ia
2 1
3
V2 110
V4 011
基于空间矢量PWM的永磁同步电机 控制系统设计
论文研究的主要内容
绪论 永磁同步电机 电压空间矢量脉宽调制的研究 SVPWM控制技术仿真模型 仿真结果
第一章 绪论
研究意义：
永磁同步电动机的常用的调试方法 有两种：直接转矩控制和空间矢量控制。 本文研究的是空间矢量控制。空间矢量 SVPWM的永磁同步电机的控制系统越来越 受人们的关注，成为人们研究热点而且 前景会越来越明显。
变量X、Y、Z计算模块
X 3U Ts / U dc Y ( 3U 3U ) Ts / 2U dc Z ( 3U 3U ) Ts / 2U dc
根据上式建立模型
基于电压空间矢量作用时间的确定
X Y ( Z ( 3u Qref T0 Ud T 3 3 u Qref u Dref ) 0 2 2 Ud T 3 3 u Qref u Dref ) 0 2 2 Ud
六个扇区的波形图
第四章 SVPWM控制技术仿真模型
根据SVPWM算法，SVPWM模块的建立 主要分为五个环节来建立: 判断扇区 变量X、Y、Z计算模块 确定基本电压矢量作用时间模型的实现 矢量切换点模型的实现 最后转换成六个脉冲的SVPWM的输出模块 的实现
永磁同步电机矢量控制系统结构框图
SVPWM各个仿真模块模型
致谢
感谢我的导师的亲切关怀和悉心指 导！ 感谢在座的各位答辩老师，你们辛 苦了！ 向电气的全体老师表示由衷的谢意! 感谢他们四年来的辛勤栽培，他们的谆 谆教诲使我终身受益！
仿真模型如下图
电压空间矢量切换点的计算
Ta (T0 t1 t 2 ) / 4 Tb Ta t1 / 2 T T t / 2 b 2 c
仿真模型如下图
SVPWM的输出模块
输出为六个脉冲
SVPWM的仿真模型
在设计了基于SVPWM策略的永磁 同步电机控制系统框图的基础上，用 MATLAB/SIMULINK所提供的丰富模块 功能搭建了整个系统的仿真框图
三相电流的图形
总结
本文深入研究永磁同步电动机的矢 量控制理论，采用SVPWM控制技术，在此 基础上建立了PMSM数学模型，构建了采 用速度和电流双闭环的矢量控制策略。 利用MATLAB/Simulink仿真软件对系统进 行了仿真，仿真结果可以看言
这篇论文的写作以及系统开发的过程， 也是我越来越认识到自己知识与经验缺 乏的过程。 虽然，我尽可能地收集材料，竭尽所能 运用自己所学的知识进行论文写作，但 论文还是存在许多不足之处, 有待改进。 请各位评委老师多批评指正，让我在今 后的学习中学到更多。
V0 000
V7 111
4
VT
T1 V1 T5
2
T5
V2
V1 100
Re
6
V6 101
5
V5 001
六个扇区的PWM波形
为了使电压波形对称，把每种状态的作 用时间都一分为二，而且不同开关状态的顺 序必须遵守的原则是：每次切换开关状态时， 只切换一个功率开关器件，以满足最小开关 损耗。 在不同扇区内的切换点可根据下表赋值
第二章 永磁同步电机
永磁同步电机的特点：
永磁同步电机(Permanent-Magnet Synchronous Machines, PMSM)具有体积 小、重量轻；功率密度高、效率和功率 因素高(功率因素等于1或接近于1)等明 显的特点。
第三章 电压空间矢量 脉宽调制的研究
SVPWM的基本原理：
电压空间矢量扇区的判断
b0 u Qref b sin 60 u sin 30 u Qref 1 Dref b sin 60 u sin 30 u Qref Dref 2
sign( x)是符号函数，如果
x>0 ,=1；如果x<0, =0。
P 4sign(b2 ) 2sign(b1 ) sign(b0 )