SVPWM电机驱动模型分析报告

SVPWM电机驱动模型分析汇报 目录：SVPWM电机驱动模型分析汇报 1一：整个电机模型工作原理 21. 永磁同时电机逆变器前后原理与功效 22. 便于控制PID数据以及便于计算SVPWM输入数据来龙及原理： 33. SVPWM计算过程及PMSM模型: 4二：各个模块工作原理、输出波形、配置参数 51. 电机模型整体框架： 52. 仿真电机框图各个模块功效、标准波形、配置参数说明： 7I- I-CLARK反变换，I-PARK反变换： 7II- 系统磁通量： 8III- 上层控制算法： 8IV- SVPWM模块： 8V- 逆变器： 9VI- PMSM电机模型： 9三：simulink仿真相关注意事项 11预备知识：MATLAB相关知识。主要有M文件编程、S-function函数编写、Simulink框图仿真、基本Simulink模块使用。SVPWM驱动算法，交流永磁同时电机结构原理。永磁同时电机逆变器驱动原理。一：整个电机模型工作原理永磁同时电机逆变器前后原理与功效在这里不详细讲解整个电机工作原理。从大致上讲下SVPWM控制方式工作原理。愈加详细详细讲解能够参考SVPWM永磁同时矢量控制原理。 SVPWM是交流无刷永磁同时电机前端控制算法，为何需要SVPWM呢？下面是交流永磁电机模型：浅显了解是：永磁同时电机在转动时，内部磁通是正弦波改变(这和电机内部结构相关),所以为了稳定精准控制电机，外部输入电压也需要按正弦波改变，这么才能稳定跟随。为了输出按正弦波改变电压，要借助逆变器。下列图是逆变器结构：逆变器后面接通了PMSM电机，逆变器输入参数VDC作为电机电压，此参数越大，电机最大转速越大。逆变器由a-a’b-b’c-c’三相开关组成，开关不一样通断，使得电机三端产生不一样电压：看似离散电压，将这电压值换算成一个周期平均量(相当于计算一个周期功率)当然每个电压保持时间也是要精准控制，那么就是一个很好正弦波形，在三相开关频率加大上，开关切换速度高，切换时间精准下，波形就越光滑，效果愈加好。八种开关(实际六种)切换一周时间就是周期，这个时间越小，频率越高，那么波形越好。每个开关在这个周期里某个时刻需要开通时间计算越精准，波形就越正弦。了解上面逆变器工作原理之后，这些都不包括到SVPWM控制。能够稳定输出正弦波，前提是能之后各相电流相位和大小。这就是SVPWM所要做事情。交流永磁同时电机不向有刷电机能够依靠电刷换相，这里需要靠在电机线圈中三相电流关系检测处此时电机状态。如上面三相逆变器结构图，在VDC线上串接一个电阻，测试它电压，得到系统中电流，然后依靠这个电流分析三相电流此时状态。这么就得到了电机当前状态。分析后就能够作为逆变器PWM波形输入。便于控制PID数据以及便于计算SVPWM输入数据来龙及原理：下面是理论分析:三相a,b,c电流，首先要便于计算机进行控制。比如PI控制，需要最终各个坐标下电流是个恒定值，这么PID控制才能跟随这个值。同时又要便于计算PWM各相在一个周期连续时间，得到连续时间才能便于后面电机稳定转动。在基于换算前后功率相等情况下，我们能够处理这两个问题。CLARK变换：将三相电流变换成静止二维坐标下alf、bate电流，公式以下：经过这个改变之后，就能得到alf、bate一直在改变两相电流(对应到两轴模一直在改变)。这两个电流作为SVPWM模块输入，计算出各路PWM波形置高时刻及连续时间。PARK变换：PARK变换是将输入alf、bate两轴电流改变到旋转坐标系中，因为电机在转动时候，实际上能够把输入电流等效成垂直磁感线方向和平行磁感线方向，在电机稳定转动时候，两轴电流是恒定值，垂直磁感线方向电流q为恒定值，平行磁感线方向电流d为0，因为它们夹角在一直改变。这个夹角Θ角度伴随速度和负载改变而改变。这么用于计算机控制q、d轴两个电流也已经计算出来，下面是详细计算公式：Θ角经过PWSM反馈模块得出。SVPWM计算过程及PMSM模型:SVPWM就是将alf、bate两相电流转化成在指定周期内三路PWM波形置高时间百分比。我们把αβ表示成矢量，那么它必定落在以下六个象限中某个象限内：上面两个图含义就是说：将a,b,c三相电压，换成αβ电压之后，建立αβ坐标系下建立扇区。任何一个时刻，换算成αβ等效电压，Vs只可能落在其中某个扇区里面。任何一个Vs都能够由六矢量中两个相邻矢量表示。一个Vs就表示一个周期，当然还能够加入0矢量(实际也是这么做)，然后计算将Vs换算成在两个矢量上时间百分比，最终得出PWM波形置高连续时间。因为各个扇区参考矢量不一样，所以又将这个换算关系对应成5段-7段模式。5段或7段模式实际就是取参考向量粒度。粒度越小，谐波越小，粒度越大，谐波越大。为何要在意谐波呢？因为逆变器功率管是一个放大器，对于输入量(经过功率等效，即平均电压)，谐波将会被放大。对后面正弦波波形有直接影响。7段：在每次开关状态转换时，只改变其中一相开关状态。而且对零矢量在时间上进行了平均分配，以使产生PWM对称，从而有效地降低PWM谐波分量。5段：采取每相开关在每个扇区状态维持不变序列安排，使得每个开关周期只有3次开关切换，不过会增大谐波含量。逆变器将这个PWM波形转化成电压，然后输给PMSM电机模块。逆变器中有个参数，就是加入到电机两端电压VDC。PWSM模型：就是将输入三相电压，驱动电机转动，电机转动就按照永磁同时电机预先植入公式计算就能够了。这里不再讨论。同时对应电机转动之后会得到三相电压波形，三相电流波形，当前转速，当前磁矩以及当前电机角度。这些量都是作为反馈参数。在电机模型中，VDC作为参数来控制电机，VDC就是加到电机两端电压，这个值越大，电机最大转速越大。当然SVPWM中也有两个参数一个是电机两端电压、一个是PWM波形频率或者周期。参考基于TMS320F2812永磁同时电机伺服控制系统研究.pdf闫光亚华中科技大学05月硕士学位论文。二：各个模块工作原理、输出波形、配置参数电机模型整体框架：下面要分析详细电机模型是从网上下载电机模型，本身simulink中有逆变器和pmsm电机模型，这里我没有采取这些模型，而是直接利用网上下载框图，框图是自己构建电机驱动模型。整个电机模型，关键是SVPWM，对于电机模型和逆变器模型关键是会用，了解原理。下列图是整个电机仿真模型：三相电流响应曲线三相电流响应曲线三相电压曲线电机上层控制算法，我们研究重点SVPWM中I-PARK反变换电流Iq内环控制算法速度外环控制算法电流Id控制算法SVPWM变换逆变器I-CLARK+I-PARK反变换速度响应曲线PMSM电机以及反馈测试模块I-CLARK图中是使用电机模型和本身simulink自带电机模型：图一上图中是本文使用中电机框图模型，自己构建电机运行参数模型。实际上电机运行各个参数对于simulink自建模型也就利用公式计算，这里也是利用已经给定公式计算得出。所以二者实际上是没有什么区分。下列图是参考电机模型图，simulink自带电机模型：图二说明：以上两种电机模型都由三部分组成：逆变器、电机、电机测试仪(编码器和AD采样).在图一中，是自己构建，在图二中是直接调用simulink元件库。图一中interver就相当于图二UniversalBridge,都是将六路PWM波转换成对应电压加在电机三个相上。 仿真电机框图各个模块功效、标准波形、配置参数说明：I-CLARK反变换，I-PARK反变换：I-CLARK反变换，将输入ua,ub,uc三轴电压转换成αβ静止坐标系电压，如模块中上面这个模块就是从电机采样中得到三相电压电流，然后转化成αβ电压，电流。系统中产生ia，ib电流以直角坐标系为坐标波形图：I-PARK反变换：这个框图，首先是将电流变成αβ静止坐标电流，然后利用thr将静止坐标系电流编程旋转坐标系qd电流。这里面叠加了这两个反变换。得到q,d两轴波形以下：系统磁通量：还不明白表示是什么，从公式上看是磁通量。看下面框图：对应框图->从框图内部分析能够得出公式：falfa=∫(ua-ia*Rs)dtfbate=∫(ub-ib*Rs)dt因为磁通量改变率为电压，这里对电压求积分，那么就是表示磁通量。含义是：线圈产生磁通量。然后在直接坐标系中显示出来。falfafbate在直接坐标系显示出来波形：上层控制算法：这里模型是双环控制，外环是速度环，内环是电流环。电流环将qd两轴电流都进行了控制。在电机模型中，需要做修改就是这个步骤。然后仿真修对应算法波形。外环外环内环q轴内环d轴需要重点研究步骤SVPWM模块：从上层控制算法中得到dq两轴电流，这里要将其首先转化成αβ静止坐标电流。先是一个I-PARK改变得到αβ电流，然后再输入给SVPWM处理模块，(详细算法能够参考相关论文)。SVPWM模块处理之后输出 PWM波形。前面已经讲解了SVPWM模块基本工作流程。这里不再详细贴出来框图实现。三路PWM波输出正常情况下以下面波形：SVPWM有两个配置参数。一个是电机两端电压，这个决定了电机功率。另外一个是Ts，这是PWM波形一个周期所要时间，周期越短是越好。逆变器：前面已经详细讲解，逆变器功效是将输入不一样占空比波形对应打开功率管时间，使得输出按正弦波改变电压曲线。SVPWM模块和inverter都有一个共同配置参数，电动机线圈电压VD，这个参数配置大小会影响电机输出电流饱和值。转速越大，需要电压越大。和实际是比较吻合。 和其参数配置对话框 输出三相电压值波形(离散)：PMSM电机模型：PMSM电机模型是直接自己建模，没有使用系统库中模型，实际上都是一样，只是系统将框框进行了包装。仿真之后正常情况下输出来波形近似为： 三相电流波形： 速度跟随波形： Td波形：电机配置参数界面：Fr：电机磁通量 Pm磁极对数 J惯性系数 Rs线圈电阻 L线圈电感 K轴摩擦系统三：simulink仿真相关注意事项 (1) s-function执行