电机控制的空间矢量调制(SVM)

实现用空间矢量脉宽调制控制交流电机的算法

空间矢量调制(SVM)是一种常用的技术磁场定向控制用于感应电机和永磁同步电机(PMSM)。空间矢量调制负责产生脉宽调制信号,以控制逆变器的开关,然后产生所需的调制电压,以所需的速度或扭矩驱动电机。空间矢量调制也称为空间矢量脉宽调制(SVPWM)。您可以使用MATLAB®万博1manbetx®实现空间矢量调制技术或利用预先构建的支持向量机库用于电机控制应用。

支持向量机的目标

考虑空间矢量调制的概念,用于电机控制三相逆变器上的六个开关,由下列等效电路表示。注意,有八种有效的切换配置。

连接电机定子绕组的三相逆变电路。
*交换机S2、S4和S6的状态分别与S1、S3和S5互补。

每一个开关配置导致一个特定的电压施加到电机端子。电压是基本的空间矢量,在一个空间矢量六边形中表示它们的大小和方向。

空间向量六边形,基本向量为U1-U8。

连接电机定子绕组的三相逆变电路。

对应于基本空间矢量(方向)和零矢量(幅度)的开关状态被组合起来,以近似空间矢量六边形中任意位置任意幅度的电压矢量。例如,对于每个脉宽调制(PWM)周期,使用两个相邻空间向量(图中U3和U4)在特定时间内的切换序列和一个空向量(U7或U8)在剩余时间内的切换序列平均参考向量‘Uref’。

通过控制开关序列和脉冲的开启时间,可以实现每个PWM周期中任意大小和方向的电压矢量。空间矢量调制技术的目标是产生对应于每个PWM周期的参考电压矢量的开关序列,以实现连续旋转的空间矢量。

旋转参考空间矢量的插图。

支持向量机操作

空间矢量调制技术作用于参考电压矢量,在PWM周期内为逆变器产生合适的门信号,以实现连续旋转的空间矢量。

用空间矢量调制的场向控制体系结构的说明。

框图说明了空间矢量调制工作流的一个示例。

对于每个PWM周期,以电压矢量为输入参考,支持向量机算法:

  • 基于参考电压矢量计算开/关门时间
  • 利用门控时间产生双驼峰调制波形
  • 使用门控时间为逆变开关产生适当的门脉冲

由支持向量机算法生成的空间矢量调制电压信号。

产生的双驼峰调制波的性质最大限度地利用了可用的直流母线电压。与正弦脉宽调制(SPWM)技术相比,这提供了更好的额定电压输出。

通过比较调制波和载波产生的门脉冲。

然后,您可以将生成的门信号应用到三相逆变器的开关,以所需的速度或扭矩驱动电机。

PWM的硬件支持万博1manbetx

硬件板,如Arduino®、Raspberry Pi™和TI板,通过接收调制波形产生门脉冲来驱动功率逆变器。

要了解更多关于在TI硬件上使用SVM实现面向领域的控制的信息,请观看这个视频:Simulink面向领域的pmms控制,第3部分:部署万博1manbetx(52)

根据设计要求,采用PWM技术的电机控制算法通常需要在几个kHz的顺序中执行更高的频率。在投入硬件测试的费用之前,尽早评估控制体系结构的正确性是很重要的。其中一种方法是使用模拟环境。例如,使用万博1manbetx,您可以模拟和验证控制体系结构,包括脉宽调制技术,如空间矢量调制,针对一个建模的电机,并在早期纠正错误。

在Simulink中使用SV万博1manbetxM,请参考空间矢量发生器

要了解更多关于如何设计和实现电机控制算法参见,电机控制BlocksetSimscape电

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