永磁同步电机控制系统仿真系列文章——控制器模型（3）

本文是关于控制器模型的第3篇文章，主要讨论SVPWM算法的Simulink模型。

关于整个系统文章的内容请参考第一篇文章：

永磁同步电机控制系统仿真系列文章——永磁同步电机模型（1）

—— SVPWM算法 ——

电压空间矢量调制方法（SVPWM）是一种常用的PWM算法，和普通的正弦PWM方法不同，它是从电机的角度出发，把电机和逆变器看作一个整体考虑，不简单的从得到电压电流正弦出发，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场，即正弦磁通。

下面将要介绍空间电压矢量调制技术的工作原理，要实现SVPWM，必须解决以下3个问题：

（1）如何选择电压矢量；

（2）如何确定每个电压矢量的作用时间；

（3）如何确定每个电压矢量的作用次序。

可以等效到电压空间矢量的作用，如下图所示，根据电压合成平均值等效原理有下式成立：

一个计算周期Ts的电压合成图

其中T0为零矢量的作用时间，把零矢量作用时间等分为2个零矢量。由电压矢量合成原理可得：

设参考电压矢量的空间位置与图示空间电压矢量U4夹角为θ，则参考电压矢量可表示为:

Vref为参考电压矢量的幅值。代入可以得到U4和U6的作用时间：

对于问题（3），各电压矢量的作用次序要遵守以下的原则：任意一次电压矢量的变化只能有一个桥臂的开关动作，表现在二进制矢量中意味着一次变化只能有一位变化。其原因在于如果允许有2个或3个桥臂同时动作，则在线电压的半周期内会出现反极性的电压脉冲，产生反向转矩，引起转矩脉动和电磁噪声。

典型的七段式空间电压矢量调制的产生结果如下图所示。

SVPWM一个周期调制信号

通过理论研究表明：空间电压矢量调制技术具有如下的优点：

（1）输出电压比正弦波调制时提高15%，

（2）谐波电流有效值的总和接近优化。

请大家阅读参考文献[1][2]，都是这方面非常好的资料。

个人的看法，Space Vector（空间矢量）和Carrier-based（基于载波）的PWM更多的是分析和实现PWM的方法，而不是不同类型的PWM调制方法，详见参考文献[3]，对此进行了详细的证明。

SVPWM的PWM开关信号

—— SVPWM算法的Simulink模型 ——

在此选择基于载波的PWM实现方法，因为1/4三次谐波注入PWM与SVPWM几乎是一致的，因此其Simulink模型如下，

1/4三次谐波注入PWM的Simulink模型

仿真波形如下：

1/4三次谐波注入PWM仿真波形

——参考文献——

[1] D. Grahame Holmes et al. “Pulse Width Modulation for Power Converters: Principles and Practice.” IEEE® Press 2003.

[2] Joachim Böcker. “Controlled Three-Phase Drives.” Universität Paderborn LEA Lecture Notes Last Update 13.07.2012.

[3] Zhou K., Wang D.: Relationship between space-vector modulation and three-phase carrier-based PWM: a comprehensive analysis. IEEE Trans. Ind. Electron. 2002