用于電機(jī)控制的空間矢量調(diào)制（SVM）

空間矢量調(diào)制（SVM）是感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)（PMSM）磁場(chǎng)定向控制的常用方法。

空間矢量調(diào)制負(fù)責(zé)生成脈寬調(diào)制信號(hào)以控制逆變器的開(kāi)關(guān)，由此產(chǎn)生所需的調(diào)制電壓，以所需的速度或轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

空間矢量調(diào)制也稱(chēng)為空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）。您可以使用MATLAB^® 和Simulink^® 來(lái)實(shí)現(xiàn)空間矢量調(diào)制方法，或利用預(yù)置SVM庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制應(yīng)用。

SVM的目標(biāo)

試考慮三相逆變器電機(jī)控制的空間矢量調(diào)制，該逆變器具有六個(gè)開(kāi)關(guān)，如以下等效電路所示。注意，有八種有效的開(kāi)關(guān)配置。

▲連接到電機(jī)定子繞組的三相逆變器電路。

* 開(kāi)關(guān)S2、S4、S6分別與S1、S3、S5互補(bǔ)

每種開(kāi)關(guān)配置都會(huì)產(chǎn)生特定的電壓，施加于電機(jī)端子。電壓是基本空間矢量，以空間矢量六邊形表示其幅值和方向。

▲空間矢量六邊形，包含基本矢量U1-U8

▲連接到電機(jī)定子繞組的三相逆變器電路

通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)區(qū)間內(nèi)的基本空間矢量（方向）和零矢量（幅值）作用時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以近似得到空間矢量六邊形內(nèi)任意位置、任意幅值的電壓矢量。

例如圖中，一個(gè)脈寬調(diào)制（PWM）周期內(nèi)，選擇兩個(gè)相鄰空間矢量（圖中的U3和U4）分別作用一段時(shí)間、在周期其余時(shí)間內(nèi)由零矢量（U7或U8）作用，從而得到近似平均參考矢量Uref。

通過(guò)控制開(kāi)關(guān)序列，即控制脈沖的導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間，就可以在每個(gè)PWM周期獲得具有變化幅值和方向的任何電壓矢量。

空間矢量調(diào)制方法的目標(biāo)是在每個(gè)PWM周期生成與參考電壓矢量相符的開(kāi)關(guān)序列，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的空間矢量。

▲旋轉(zhuǎn)的參考空間矢量的示意圖

SVM的操作

空間矢量調(diào)制方法基于參考電壓矢量進(jìn)行操作，在每個(gè)PWM周期為逆變器生成適當(dāng)導(dǎo)通信號(hào)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的空間矢量。

▲采用空間矢量調(diào)制的磁場(chǎng)定向控制架構(gòu)示意圖

▲該模塊圖顯示了一個(gè)空間矢量調(diào)制工作流示例

在每個(gè)PWM周期，以電壓矢量作為輸入?yún)⒖?，SVM算法會(huì)：

● 基于參考電壓矢量計(jì)算開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間

● 基于導(dǎo)通時(shí)間生成馬鞍波

● 基于導(dǎo)通時(shí)間為逆變器開(kāi)關(guān)生成適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通脈沖

▲SVM算法生成的空間矢量調(diào)制電壓信號(hào)

所生成的馬鞍波能夠最大程度地利用直流總線電壓。與正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法相比，該方法能提供更好的額定電壓輸出。

▲通過(guò)比較調(diào)制波（馬鞍波）和載波生成導(dǎo)通脈沖

然后，您可以將生成的導(dǎo)通信號(hào)應(yīng)用于三相逆變器的開(kāi)關(guān)，以所需的速度或轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

PWM硬件支持

硬件板卡（如Arduino^®、Raspberry Pi? 和TI板）通過(guò)接收調(diào)制波形生成導(dǎo)通脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)電力逆變器。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用PWM方法的電機(jī)控制算法通常需要以kHz級(jí)的較高頻率執(zhí)行。在耗費(fèi)人力物力執(zhí)行硬件測(cè)試之前，必須盡早評(píng)估控制架構(gòu)的正確性。

為此，您可以使用仿真環(huán)境。例如，使用Simulink，您可以基于電機(jī)模型來(lái)仿真和驗(yàn)證控制架構(gòu)，包括空間矢量調(diào)制等脈寬調(diào)制方法，并盡早修正錯(cuò)誤。