三电平控制策略研究

1、基于三电平逆变器的永磁同步电机的控制策略研究摘要近些年来对多电平变频器的开发研究越来越多的运用在运动控制上。多电平技术通过改进变换器自身拓扑结构，无需升降压变压器和均压电路，即可满足电压型逆变器的高电压容量大的要求。由于增加了输出电压电平数，使得输出波形的输出谐波小，各个开关器件所承受的电压应力也较小。因此在交流柔性输电系统和高压变频调速系统中得到了广泛的关注。本课题基于三电平的电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM算法对永磁同步电机进行了控制策略研究。分析永磁同步电动机矢量控制原理并且阐述了永磁同步电动机变频调速的数字矢量控制的实现过程，研究了永磁同步电机三电平SVPWM控制系统仿真模型的建立,

2、利用永磁同步电机三电平SVPWM控制系统在Matlab7.0/Simulink中建立的模型,进行了仿真实验,实验结果表明了永磁同步电机三电平SVPWM控制系统应用的正确性。关键词：矢量控制 永磁同步电机 电压空间矢量脉宽调制 三电平逆变器The control strategy of the permanent magnet synchronous motor which is based on the three-level inverterAbstractIn recent years, more and more researches of multilevel converter ha

3、ve been applied on motion control. Through improving the topological structure of convertor, multilevel converter doesnt have to step-up or step-down the transformer and equalizer circuit to meet the requirement of high capacity of the voltage source inverter. As the addition of the number of output

4、 voltage level, the output waveform has decreased and the voltage stress of every switching element has been decreased as well. Therefore, multilevel converter has caused close attention on Flexible Alternating Current Transmission Systems (FACTS) and high-voltage frequency converting system. Based

5、on the control policy research of voltage space vector PWM of three-level to permasyn motion, the thesis analyzes the theory of Vector Controlled PMAM System, expounds the implementation procedure of it, investigates the found of simulation model on three-level SVPWM control for permanent magnet syn

6、chronous motor system and takes the advantage of three-level SVPWM control system of permanent magnet synchronous motor in the model established in Matlab7.0/Simulink, and conducts a simulation experiment. And the result of simulation experiment has proved the correctness of tri-level voltage SVPWM

7、system of PMSM.Keywords: Permanent magnet synchronous motor Voltage space vector pulse width modulation Vector control Three level inverter目 录1 绪论11.1 本文目的和意义11.2 国内外的发展和研究现状21.3 本课题的主要工作32 三电平逆变器拓扑结构和控制算法42.1 三电平逆变器的拓扑结构42.1.1 三电平逆变器的分类及介绍42.1.2 二极管箝位式拓扑结构原理42.1.3 电容箝位式多电平逆变器拓扑结构62.1.4 级联型多电平逆变器拓扑结

8、构72.2 三电平逆变器SVPWM算法8 空间矢量脉宽调制技术SVPWM92.2.2 三电平逆变器SVPWM的计算方法93 控制策略研究143.1 永磁同步电机电机模型143.1.1 永磁同步电机概述143.1.2 系统结构143.2 矢量控制研究153.2.1 概述153.2.2 正弦PWM153.2.3 空间矢量脉宽调制SVPWM164 系统仿真实验174.1 仿真环境174.2 仿真结构图建立17 区域判断的仿真174.2.2 时间计算的仿真184.2.3 时间状态分配的仿真19 主电路的仿真结构图234.3 系统仿真实验234.4 响应曲线及波形244.4 动态响应的结果与分析275

9、结论28致谢29参考文献30第1章 绪论能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性难题。特别是在我国,面临工业用电的巨大浪费和环境污染。针对这个问题，高性能的高压大容量交流调速技术成为国际学术研究的热点。如工业用电中，每天都有大量的电能被高压大功率电机设备消耗掉。如果采用高压大容量变频调速装置，而不是现阶段常用的控制系统来拖动交流电机,这样不仅能降低单产能耗,同时对现代工业的发展是具有重大意义的。多电平变换器技术已经成为电力电子学中，以高压大功率变换为研究对象的一个新的研究领域1。多电平变换器的研究中，基于三电平逆变器的永磁同步电机的控制策略研究受到了学者们的关注。本课题首先介绍了三电平逆

10、变器的电压空间矢量脉宽调制技术的研究背景和意义，进一步了解了它在国内外的发展现状和研究前景，然后以三电平逆变器SVPWM算法为研究手段，进行前面的仿真实验和数据总结，更进一步来阐述本文的主要工作和目的。1.1 本文目的和意义三电平逆变器具有简单的结构，它的电路拓扑形式从另一个角度上也可以看成是多电平逆变器结构中的一个特例。目前从功率开关器件发展的水平上来看，上万伏的耐压器件在短期内还是难以实现的，多电平技术成为解决高压大功率变频调速问题的有效途径;当前电力系统广泛采取高压直流输电方式的形势下，多电平技术在电力输配电方面也具有重要的作用。基于电压型三电平逆变电路从试验期进入实用化阶段，对其进行分

11、析和研究是具有实际意义的。一般都认为多电平逆变器是建立在三电平基础之上的，按照三电平逆变器的拓扑结构类似拓展而成的。由此得出结论：对应越多的电平数，产生的电平台阶就越多，从而波形越近似正弦波，谐波成分也就越少。但是在实际应用中由于受到硬件条件和控制条件的制约,这种理论上可达到任意N电平的多电平逆变器是不存在的，在追求性能指标的前提下，通常并不追求过高的电平数。三电平电路的优点：1 开关器件在任何时刻都是断开状态的，因此所受到的压降减小，故在容量大电压高的场合更加合适。2 输出电压可以是多层阶梯形，这样要得到很接近的正弦波只用对阶梯波再调制就可以了，处理方便出波效率高。理论上可以通过提高电平数来

12、调节波形,使其无限趋近标准正弦波,当中只含有少量的谐波成分。3 电磁干扰问题减小，通常开关元件每进行一次关断的dv / dt只有传统两电平的一半。4 效率很高。比如同样是消除谐波，两电平PWM控制法在频率很高的条件下进行关断的，由于开关频率高,损耗也大大；而三电平逆变器不存在这些问题，提高了效率。5 开关频率远低于主要高次谐波。另一方面由于它需要的开关器件比较多，控制算法又复杂，同时存在电位不平衡等一系列的问题，也限制了它在低压小功率环境下的应用。因此，基于三电平逆变器的永磁同步电机的矢量控制，本课题对其着重介绍并完整的模拟仿真，从其PWM算法及控制策略方向上深入地研究，对其电路组成和控制原理

13、进行系统的钻研，对三电平技术乃至多电平技术的工程应用有着重要的意义。1.2 国内外的发展和研究现状1971年,基于异步电机有些学者提出了磁场的定向矢量控制理论，以交流电机模型为前提，解耦定子电流直轴和交轴分量，从而控制交流电机转矩和转速。在这之后，磁场定向控制被应用到了永磁同步电机的控制中去，将其控制系统分为速度闭环、电流闭环、位置闭环和空间矢量脉宽调制几个部分。其中，对空间矢量脉宽调制的研究很快被广泛应用。1980年，日本长岗科技大学的ANabae等人在IAS年会上首次提出中点箝位式(NPC)逆变器, 是二极管钳位式三电平逆变器的雏形，是多电平逆变器的基础。它的出现为高压大容量电压型逆变器的

14、研制开辟了新的思路，其后在高压大功率变频调速方面得到了广泛的应用。1983年，Bbagwat等人在这一基础之上，将三电平电路推广到任意N电平电路中来，对中点钳位式逆变器电路及其统一结构作了进一步的研究。这些工作为高压大功率变换器的研究提供了一条崭新的思路。20世纪90年代，以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复合器件的发展引人注目，并在此基础上衍生了很多新型的变换拓扑结构，成为国内外学术界和工业界研究的重要课题，至此三电平变换器的研究和应用开始了迅猛的发展。在西方国家已经出现兆瓦级的多电平逆变器产品大量进入市场,并广泛用于各种高要求高性能系统中。作为一种新型的逆变器类型，多电平逆变器产生

15、的背景是为了克服传统逆变器在一次开关动作过程中，由较高的dv/dt，di/dt所引起的开关应力等一系列的缺点，通过对主电路拓扑结构的改进，使所有功率器件都在基频以下工作，从而达到减小开关应力，改善输出波形的目的。但因多电平电路所需的功率器件较多，操作起来更加复杂，所以从提高性能比角度上来讲，它更适合于大功率场合2,3。目前三电平逆变技术在国外已逐步进入实用的阶段4，但国内还处于萌芽状态，我们广泛的使用仍然是传统的大功率交流电机调速系统。国内能够研制、生产并提供售后服务的中高压变频器只是个别企业，具备科研能力或资金实力的，国外公司占据了市场的大部分。所以将来国内的研究者仍然有大量的工作要去做。随

16、着新型电力电子器件及DSP智能芯片的普及，这一技术必将广泛的应用到大功率场合，未来无论在工业上还是学术上将占有更大的市场。1.3 本课题的主要工作本文主要工作的章节安排如下:1 对三电平技术进行综合概述，对其产生的背景、目前的现状以及发展前景进行深入研究，提出了研究这项技术的意义。2 利用数据图形了解二极管箝位式三电平拓扑结构的特点，然后通过三电平SVPWM控制技术算法来介绍它的工作原理，熟悉其算法的原理和步骤。3 研究了永磁同步电机模型及其矢量控制系统。4 对三电平空间矢量脉宽调制算法进行MATLAB仿真。5 总结归纳仿真的结果并对结果进行分析，得出结论。第2章 三电平逆变器拓扑结构和控制算

17、法2.1 三电平逆变器的拓扑结构2.1.1 三电平逆变器的分类及介绍三电平逆变器的拓扑结构有二极管箝位式、电容箝位式和级联型三种拓扑结构。其中运用最广泛的是二极管箝位式多电平拓扑结构。它能有效地提高换流系统的耐压、降低输出电压谐波和开关损耗，在电力系统的大功率应用中受到普遍的重视。本课题中着重研究的是三电平二极管箝位式。研究表明，三电平逆变器的三种拓扑结构有一些共同优点：都适合大容量、高电压变频场合；为了获得较好的波形通常会在在较低的工作频率下开关器件，因此开关损耗低，效率高；大大减轻了电路的电磁干扰等问题。但是级联型多电平逆变器的电路拓扑需要独立的直流电源，限制了它的应用范围；增加电容数目给

18、电容箝位式电路拓扑带来诸多不便，导致它进行有功功率传输时控制复杂。因此，本文中三电平逆变器的主电路选用的是二极管箝位式拓扑结构。2.1.2 二极管箝位式拓扑结构原理首先，我们了解一下三电平逆变器的空间矢量脉宽调制算法16。三电平逆变器空间矢量PWM控制算法的主回路接线图。图2.1 三电平空间矢量PWM从图中看，每个桥臂上有4个功率开关、4个反并联的反向恢复二极管、2个箝位二极管。在a相中，设从上到下的4个功率开关分别为Sa1、Sa2、Sa3、Sa4。当Sa1和Sa4导通时，交流侧对应的电压为+Ed/2;当Sa3和Sa4导通时交流侧对应的电压为-Ed/2；当Sa2和Sa3导通时，交流侧对应的电压

19、为零。由此可推出，三电平逆变器有种开关状态图2.2 三电平二极管箝位式拓扑结构如上图所示，每一相都需要4个主开关器件、4个续流二极管、2个箝位二极管，当同时导通T1和T2，输出端A对O点的电平为Vdc/2；当同时导通T2和T3，输出端A和O点相连，它的电平为O；当同时导通T3和T4，输出端A对O点的电平为Vdc/2，所以有三个电平状态从每相桥臂中输出，三相这种桥臂组成的变换电路即是二极管箝位式三电平逆变器电路5。一相桥臂电路在稳态下的具体工作情况：同时导通开关管1和2时，3和4关断，如果电流是从负载流向逆变电路的，从A分别经过续流二极管D2、D1流进P点，此时输出端A的电位仍等同于P的电位；若

20、电流是从逆变电路流向负载，即从P点经由1和2到达输出端A，不计开关器件的正向导通压降，输出端A的电位等同于P的电位，即Vdc/2。在其他开关管导通关断时，同理也是按照这种方式分析的。对应的电流流向相应的负载或者逆变电路，以此来找出各个点的电位。根据上面的工作原理分析，T1和T3，T2和T4的工作状态是相反的，且主开关管Tl和T4不能同时导通，平均每个主开关管所承受的正向阻断电压Vdc/2，也是三电平逆变器的基本控制规律之一6,7。本课题中研究的即是这种三电平逆变器8。2.1.3 电容箝位式多电平逆变器拓扑结构电容箝位式多电平逆变器也叫做飞跨电容型多电平逆变器，它采用悬浮电容代替二极管对功率开关

21、进行直接箝位，不存在二极管箝位式逆变器中主、从功率开关的阻断电压不均衡和箝位二极管反向电压难以快速恢复的问题9。电容箝位式多电平逆变器拓扑结构：图2.3 电容箝位式拓扑结构逆变器电平数容易扩展是电容箝位式多电平逆变器的显著优点，另外它的逆变器的控制也非常灵活，而且只需要一个独立的直流电源，具有设计简单的整流侧7。但是需要大量的电容成为了它最大的问题，并且为了保证逆变器的运行安全，必须严格控制电容电压的平衡关系。虽然采用不同的开关组合可以解决电容电压平衡的问题。但拓扑结构中电容太多，如何选择开关组合就会变得非常的复杂，而且还要要求很高的频率，这样一来就大大限制了它的广泛应用。2.1.4 级联型多

22、电平逆变器拓扑结构在所有的桥式级联型拓扑中，最基本的是H桥串联结构，它将多个H桥串联从而产生高的输出电压10,11。图2.4 级联型多电平逆变器拓扑结构级联型多电平逆变器的三相拓扑结构如上图2.1.4.1所示：相比较二极管箝位型和飞跨电容型多电平逆变器 12，级联型拓扑不需要大量箝位二极管和飞跨电容，仅需要多个独立直流电压源。级联型多电平逆变器的优点是：1 采用相互分离的直流电源作为直流侧，电压均衡问题不存在了。不需要箝位二极管或电容。相同的电平数，器件数最小，易于安装。2 组合方式基于低压小容量逆变器，技术成熟，可靠性高，很容易模块化，较适用于多电平应用场合。3 由于变压器副边绕组的独立性，

23、使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。4 易于采用软开关技术，以避免笨重，耗能的阻容吸收电路。但是它也不是完美的，当采用不控整流得到这些直流电源时，通常采用多绕组移相变压器来减小对电网的谐波干扰。导致这种变压器体积庞大，成本高，设计困难。故而在实际应用中，没有二极管箝位式使用得广。2.2三电平逆变器SVPWM算法2.2.1空间矢量脉宽调制技术SVPWM空间矢量脉宽调制技术SVPWM，它的主要思想是：以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作为适当的切换，从而形成PWM波，一所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁

24、链圆。SVPWM将逆变系统和异步电机看做一个整体来考虑，简单化了，微处理器的实时控制更便利。三电平空间矢量脉宽调制逆变器有着很显著的优点。由于其每个功率开关能承受的电压是传统二电平的两倍，而它每相提供了三个电压状态，每一个控制周期内的给定电压可使用三个最接近的电压矢量来表示，使输出电压等于给定电压，这样谐波明显减少了13。所以它越来越多的受到人们的注意。六个开关器件构成的三个半桥组成了一个普通三相全桥。这个六个开关器件组合起来共有8种安全的开关状态。其中不会在电机驱动中产生有效的电流的状态有000、111这两种。因此称他们为零矢量，另外六种非别称为六个有效矢量。它们将360度的电压空间分为六个

25、扇区，60一个扇区，利用这六个有效矢量和两个零矢量可以合成360度内任何矢量，利用时间长短去表示每个矢量的作用大小。因此SVPWM具有以下几个特点：1、 在每个小区间虽然有多次开关切换，但每次切换只动作一个器件，所以开关的损耗很小。2、三相PWM波是电压空间矢量直接生成的，设计简单14。2.2.2 三电平逆变器SVPWM的计算方法根据参考矢量合成的原则三电平SVPWM算法可分三步：区域判断、时间计算和时间状态分配。2.2.2.1 区域判断找出合成参考电压矢量的三个基本矢量即是区域判断的主要目的。根据三电平基本空间矢量图（图2.5）图2.5 空间矢量区域划分用6个大区域将整个矢量空间分开，再将每

26、个大区域分成4个小区域。由于基本空间矢量中的短矢量在每个采样周期中出现的次数多，为了算法及仿真的准确性，再用6个小区域将每个大区域细分。用I、II、III、IV、V、VI表示大区域，用1、2、4、5、6表示小区域。按照60度划分一个大区域，依据参考电压矢量去判断所在的大区域。根据小区域的区域分布和几何关系，可依照以下方法判断其所在的小区域。图2.6小区域判断以第I大区为例，如上图，和分别表示参考电压矢量在轴和轴上的投影，幅角为，则=cos , =sin1 当30时，在区域1或3或5内。 若-+，则在小区域1内； 若-，则在小区域5内； 否则，在小区域3内。2 当30时，在区域2或4或6内。若-

27、+，则在小区域2内； 若，则在小区域6内； 否则，在小区域4内。2.2.2.2 时间计算判断出参考矢量所在的区域，根据NTV法则，可以找到合成参考电压矢量的三个基本矢量，连同参考电压矢量一起，代入伏秒平衡方程组解出，：例如以I大区4小区，=，=，=，将它们代入伏秒平衡方程组得讲上述方程按照实部虚部分开：Re：Im：解得，分别为，其中，按照上述方法即可求出参考电压矢量在其他区域时基本矢量的时间。2.2.2.3 时间状态分配 由三电平空间矢量脉宽调制算法基本空间矢量图可知，大矢量、中矢量与开关状态一一对应，对应开关状态为2组短矢量，对应开关状态3组零矢量。选短矢量作为起始矢量。为了让作用时间和开关

28、状态一一对应，起始矢量选用负短矢量。选取零矢量是根据开关状态的作用次序。 开关状态的作用次序：任意一次电压矢量的变化只能有一个桥臂开关动作，即在二进制矢量表示中，最多只能有一位发生变化。因为如果允许有两个或三个桥臂同时动作，则会有反极性的脉冲出现在线电压的半周期内，并产生反向转矩，引起电磁噪声和脉动。根据上述原则，每个采样周期的起始矢量选用负短矢量，则每个矢量空间区域的状态作用次序如下表2.2.2所示。表2.2.2 矢量状态次序表其中n，o，P分别表示对应的三相为低电平，零电平，高电平。矢量状态分配采用中心对称的七段式SVPWM波形，给定了基本矢量的作用时间。基本矢量的作用时间与矢量状态的对应

29、关系如下图所示。图2.2.2.3 七段式SVPWM波形将对应的矢量状态分配到对应基本矢量的作用时间，也就是将对应的开关器件分配导通或关断时间，来实现对电路开关器件的控制15。第3章 控制策略研究3.1 永磁同步电机电机模型3.1.1 永磁同步电机概述在上世纪五十年代出现的永磁同步电机，运行原理与普通同步电机相同，选用了永磁体来给激磁绕组激磁，使得它的结构更加简单。永磁同步电机的不同之处是没有了普通同步电机所特有的集电环和电刷，因此电机运行的可靠性得到很大的提升。由于激磁使用的是永磁体，无须激磁电流，电机效率和功率因数也提高了。它在起动时，虽然定子绕组中通以交变电流并建立旋转的定子磁场，旋转的定

30、子磁场在永磁体磁极中产生相互作用，由于其转子惯性较大，使得电机无法获得足够的起动力矩。3.1.2 系统结构除电机外，永磁同步电机主要由以下几个模块组成的：驱动单元、位置控制系统、速度控制器、转矩和电流控制器、位置反馈单元、电流反馈单元、通讯接口单元。1电机：它的电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特点。2驱动单元：驱动单元采用三相全桥自控整流，三相正弦PWM电压型逆变器变频的AC-DC-AC结构。3控制单元：控制单元是整个交流伺服系统的核心, 实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制器。4位置控制系统。对于不同的信号，位置控制系统所表现出的特性是不同的。典型的输入信号有三种形式

31、:位置输入、速度输入以及加速度输入。5接口通讯单元。接口包括键盘/显示、控制I/O接口、串行通信等。3.2 矢量控制研究3.2.1 概述通过测出和分解定子电流来实现矢量控制的，其中分别对励磁和转矩的控制方法，是利用磁场定向原理来进一步控制电动机的，以此来进行异步电机转矩的控制。具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分为能产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和能产生转矩的电流分量 (转矩电流) ，对二者分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量17，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。3.2.2 正弦PWM3.2.2.1 正弦PWM概述正弦PWM是在每半个周期内输出多个不同宽度

32、的矩形脉冲波，每个矩形波的面积近似到相应正弦波中，也就是说可用一个与该面积相等的矩形来代替相应每一等份的正弦波的面积，故可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲来表示正弦波形所包围的面积。每个对应的矩形脉冲的宽度均可由理论计算得出：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成正弦PWM波形。3.2.2.2 正弦PWM的模拟控制信号发生器提供三相对称的参考正弦电压调制信号，可通过调节其频率和幅值,来达到控制他的目的。三角波发生器分别提供各相共用的三角载波信号，在比较器上它分

33、别与各相的调制信号进行比较, 给出正或零的饱和输出, 产生正弦PWM 脉冲序列波。这样，就能模拟出正弦PWM脉冲序列波。3.2.2.3 正弦PWM的实时计算实时计算一定要有对应的数模，其中建立最简单的数学模型就是等效面积，它的原理就是按面积相等的原则，将正弦波等效成为一系列的等幅不等宽的矩形脉冲。根据已知正弦数值依次算出每个脉冲的宽度，求出各个脉冲对应的矩形面积综合求和，得到的面积和即可近似为相应的正弦波的面积。3.2.3 空间矢量脉宽调制SVPWMSVPWM是空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation)的简称。这里关于SVPWM的介绍在第二章已经

34、阐述，故不作过多说明。重点探讨一下SVPWM与正弦PWM的区别。脉冲宽度调制(PWM):晶闸管工作在开关状态，晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上；晶闸管关断时，直流电源与电动机断开。这样通过改变晶闸管的导通时间（即调占空比ton）就可以调节电机电压，从而进行调速。对比SVPWM的产生原理可知，SVPWM本身的产生原理与PWM没有任何关系，只是形似。正弦波脉宽调制，将正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来替代。三角波载波信号Ut与一组三相对称的正弦参考电压信号Ura、Urb、Urc比较后，产生的SPWM脉冲序列波Uda 、Udb、Udc作为

35、逆变器功率开关器件的驱动控制信号。逆变器输出电压的基波正是调制时所要求的正弦波，调节正弦波参考信号的幅值和频率就可以调节SPWM逆变器输出电压的幅值和频率。总结可知，SVPWM与SPWM的原理和来源有很大不同，但是他们确实殊途同归的18。SPWM由三角波与正弦波调制而成，而SVPWM却可以看作由三角波与有一定三次谐波含量的正弦基波调制而成，这点可以从数学上证明。第4章 系统仿真实验4.1仿真环境前一章证明了三电平逆变器SVPWM算法的实现,并给予了解决办法。本章将会使用Simulink仿真实验进一步验证SVPWM算法的正确性。这里使用的软件版本是MATLAB7.0。它集数值分析、矩阵计算、信号

36、处理和图形显示于一体，已经在控制领域得到了广泛地应用19。4.2仿真结构图建立4.2.1 区域判断的仿真 按照每60度为一区，三电平SVPWM算法把整个空间矢量分成6个大区，仿真时以参考矢量的幅角划分为准 20。如下图4.2.1.1:图4.2.1.1大区域判断仿真图每个大区域又可以分成6个小区域:图4.2.1.2 小区域判断仿真图4.2.2 时间计算的仿真从上图中可以看出，整个矢量空间总有6个大的区域，每个大区域又有6个小区域，每个小区域又有3个基本矢量，三个基本矢量同时对应3个作用时间，。将每个大区划分为6个小区，尽管1小区和2小区，3小区和4小区对应的三个作用时间相同，但是与矢量状态次序对

37、应后的，却完全不同。故可以用108个作用时间划分整个空间。以I大区1小区为例，,。仿真模型图如下图:图4.2.2.1作用时间仿真图按照以上原理，可以建立类似模型来算出其他的作用时间。4.2.3 时间状态分配的仿真时间状态分配是对应各个基本矢量的开关状态及作用次序的确定，给对应的开关器件的关断状态分配作用时间。七段式时间分配的实现。从区域判断中可知，用短矢量作为每个采样周期的起始矢量，各个小区域对应的作用时间是相同的，他们与矢量状态次序的对应的基本矢量作用时间分别为，因此所有区域的时间分配都是一样的，不同的是，的值。故可以用相同仿真模块，如图4.2.3.1所示：图4.2.3.1 七段式时间分配仿

38、真图接下来进行确定矢量状态次序。根据状态的作用次序原则，以负短矢量作为每个采样周期起始矢量，以0，1，2表示矢量状态n，o，P，则矢量状态次序仿真数据表就可以由矢量状态次序表一一对应，如下表4.2.3.1所示：表4.2.3.1 矢量矢量状态次序仿真数据表然后就是矢量状态次序的仿真图的建立。如下图4.2.3.2：图4.2.3.2 矢量状态次序的仿真图下一步就是从矢量状态次序转换到开关状态。主电路的三相电平状态为低电平，零电平或高电平，用它们来表示矢量状态；主电路中的开关元件的正常状态是关断或导通，表示开关状态。如果用-1，0，1表示低电平，零电平，高电平，用0，1表示开关元件的工作状态为关断，导通，则对应关系的矢量状态与开关状态如下表4.2.3.3所示：表4.2.3.3 矢量状态与开关状态对应表电平状态开关状态Q1Q2Q3Q41110000110-10011根据每相开关元件的动作顺序以及对应关系可知，将矢量状态转化为对应的开关状态的仿真模型如下图4.2.3.4所示。图4.2.3.4 矢量状态转化开关状态的仿真图这样，实现了时间状态分配模块的仿真。4.2.4 主电路的仿真结构图SIMULINK内提供了三电平逆变器SVPWM控制系统的仿真结构框图，如下图4.2.4.1：图4.2.4.1 SVPWM控制系统结构框图4.3 系统仿真实验根据前述为永磁同步电机系统仿真所建立的各