运动控制实验报告2.doc

电压空间矢量控制仿真 1.实验目的与要求 异步电机结构简单，运行可靠，维修方便，在日常生活和工业生产中得到了越来越广泛的应用，但交流异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统[1]，在交流电机调速中,V/f控制对于需要快速动态响应的应用场合则效果欠佳 ,特别是在速度或转矩发生快速变化时,会产生较高的转差率 ,从而导致较大的瞬态电流，异步电动机转差频率型矢量控制作，为高性能力矩控制正在逐渐广泛应用[2]。与传统的正弦波脉宽调制（SPWM）相比，空间矢量脉宽调制（SVPWM）具有线性调制范围宽、直流电压利用率高、输出电压谐波小和易于数字化实现的特点,因而在变频调速和无功补偿等电力电子变换器应用领域得到更加广泛的应用[3]。 计算机仿真技术是现代科学研究和产品设计的新手段。仿真时首先建立应用系统的仿真模型,然后利用计算机去求解,因而较其它方法容易、快捷、经济。其具有应用的可重复性针,对不同的系统,有时只需要更改个别环节或修改参数即可。由于以上的优点,计算机仿真技术作为强有力的研究工具,正在控制领域获得广泛的应用[4]。随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来，而异步电动机结构简单、坚固耐用、便于维修，受到人们的欢迎。近年交流电动机的控制技术取得了突破性的进展，与传统的正弦波脉宽调制相比，空间矢量脉宽调制（SVPWM）具有线性调制范围宽 直流电压利用率高 输出电压谐波小和易于数字化实现的特点，因而在变频调速和无功补偿等电力电子变换器应用领域得到更加广泛的应用但对于电机控制系统的研究，但传统的解析方法是分析研究周期长、投资大而且不宜分析系统的各种性能，因此，采用数字仿真的方法是必要的[5]。 2.实验原理 2.1电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术 把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制” 空间电压矢量脉宽调制 （SVPWM）是满足圆形气隙磁场要求的控制方法 ，具有降低转矩脉动 ，减小波形畸变 ，提高直流电压利用率 ，易于数字化实现等优点 ，目前广泛用于交流电机调速控制系统中[7]。 交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，如果考虑到它们所在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。定义三相定子电压空间矢量 ： 三相合成矢量： 当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量： 以电源角频率为角速度作恒速旋转的空间矢量，幅值 ： 在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量的幅值恒定，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。 2.2电压与磁链空间矢量的关系 合成空间矢量表示的定子电压方程式： 忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为： 当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（简称为磁链圆）。 定子磁链矢量： 定子电压矢量： 2.3基本空间矢量和空间旋转磁场 三相逆变器中 功率开关管的导通原则为 任一时刻有三个开关管导通 同一桥臂中上下两个开关管不能同时导通 所以开关共有 8 种组合 8 种开关组合对应 8 个空间矢量 V0～V7 这些矢量称为基本空间矢量 这 8 个基本矢量又分为两类非零空间矢量和零空间矢量。 6个有效工作矢量顺序分别作用△t时间定子磁链矢量运动方向与电压矢量相同，定子磁链矢量的运动轨迹为在一个周期内，6个有效工作矢量顺序作用一次，定子磁链矢量是一个封闭的正六边形[8]。 2.4期望电压空间矢量的合成 六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择。PWM逆变器有8个基本电压矢量，能用这8个基本矢量合成出其他多种不同的矢量。按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的基本思想。按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。 基本电压空间矢量，的线性组合构成期望的电压矢量 期望输出电压矢量与扇区起始边的夹。 3.实验内容 3.1 电源激励模块 仿真需要相应的SVPWM激励电源，如后图： 3.1.1 三相电源模块 3.1.2 SVPWM模块 SVPWM模块结构 3.2 电机模块 运用MATLAB/SIMULINK模块建立交流异步电机模块，如下图： 3.3 模型的综合 将激励模型，电机模型