空间矢量调制在电机控制中的应用

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)是一种常用的空间矢量调制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冲宽度调制信号,以控制逆变器的开关,然后产生所需的调制电压,以所需的速度或转矩驱动电机。空间矢量调制又称空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)。你可以使用MATLAB®而且金宝app®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

考虑三相逆变器上的电机控制的空间矢量调制概念,六个开关由以下等效电路表示。注意,有8个有效的交换配置。

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

每一种开关配置都会导致施加到电机端子上的特定电压。电压是基本的空间矢量,在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U1-U8。

连接到电机定子绕组上的三相逆变电路。

与基本空间向量(方向)和零向量(大小)相对应的开关状态被组合起来,以近似于空间向量六边形内任何位置的任何大小的电压向量。例如,对于每个脉宽调制(PWM)周期,通过在指定的时间内使用两个相邻空间向量(图中U3和U4)的切换序列和在剩余时间内使用零向量(U7或U8)的切换序列来平均参考向量' uuf '。

通过控制开关序列,从而控制脉冲的ON时间持续时间,对于每个PWM周期,任何具有不同大小和方向的电压矢量都可以实现。空间矢量调制技术的目标是为每个PWM周期生成对应于参考电压矢量的开关序列,从而实现一个连续旋转的空间矢量。

旋转参考空间向量的图示。

支持向量机操作

空间矢量调制技术作用于参考电压矢量,为逆变器的每一个PWM周期产生适当的门信号,目的是实现一个连续旋转的空间矢量。

用空间矢量调制的面向场的控制结构的说明。

方框图说明了空间矢量调制工作流程的一个例子。

对于每一个PWM周期,以电压矢量为输入参考,SVM算法:

  • 根据参考电压矢量计算开、关门时间
  • 使用门控时间产生双驼峰调制波形
  • 使用门控时间为逆变器开关产生适当的门控脉冲

支持向量机算法生成空间矢量调制电压信号。

产生的调制波的性质与双驼峰最大限度地利用可用的直流母线电压。与正弦脉冲宽度调制(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硬件支持金宝app

硬件板,如Arduino®,树莓派™和TI板,产生门脉冲,通过接收调制波形驱动电源逆变器。

要了解更多关于在TI硬件上使用SVM实现面向场控制的信息,请观看此视频:基于Simulink的永磁同步电机现场控制,第3部分:部署金宝app(52)

采用PWM技术的电机控制算法通常需要在更高的频率下执行,根据设计要求以几千赫为数量级。在进行硬件测试之前,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,用金宝app,您可以针对建模的电机模拟和验证控制架构,包括脉冲宽度调制技术,如空间矢量调制,并在早期阶段纠正错误。

在Simulink中使用SV金宝appM,请参考空间矢量发生器模块

要了解更多关于如何设计和实现电机控制算法的知识,请参阅,电机控制模块而且Simscape电

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