SVPWM矢量控制系统构成与控制原理

通过上述变换，我们得到了可用于控制的i_M（励磁电流分量）、i_T（转矩电流分量）作为控制量，记为i_M^*、i_T^*，通过矢量旋转变换得两相交流控制量i_α、i_β，记为i_α^*、i_β^*，然后再用电流电压变换器变换为电压控制量u_α^*、u_β^*，输入SVPWM即可完成矢量控制。由于将直流标量作为电动机外部的控制量，然后又将其变换成交流量去控制交流电动机的运行，均是通过矢量坐标变换来实现的，因此将这种控制系统称之为矢量变换控制系统，通常简称为矢量控制系统。

按照上述思路，构成实用的矢量变换控制系统的方案很多，这里介绍一种直接转子磁场定向，速度、磁链闭环的SVPWM控制系统框图，如图3-5所示。读者可以通过这个例子具体了解矢量变换控制的本质、实现和SVPWM控制方法。所谓转子磁场定向，就是将转子磁场Ψ_r与M轴相重合。

1.直流量i_M、i_T的产生

从电动机定子侧测出定子电流i_a、i_c，经ABC坐标系（i_b=-i_a-i_c）→αβ坐标系变换（3/2变换）得i_α、i_β（不计零序分量），定子电压u_ab、u_bc也经ABC坐标系→αβ系变换器（3/2变换）得u_α、u_β；i_α和i_β送αβ坐标系→MT坐标系变换（旋转坐标变换）得到i_M和i_T，i_M，i_T就是作为系统反馈量的直流量。

2.控制信号的形成

从图3-4可看到，系统有两个输入端，其一是转速给定ω^*，与转子磁链观测器输出的实际转速ω_r比较后进入速度调节器得到转矩给定T_e^*，经除法器除以|Ψ_r|（转子磁链观测器输出）即得电流给定i_T^*，i_T^*与实际i_T比较后进入电流调节器PI（电流电压变换器）就得到给定电压u_T^*，（转矩给定信号）。另一路ω经磁链给定函数发生器得到磁链给定|Ψ_r|^*，它与由转子磁链观测器输出的转子磁链Ψ_r比较后经调节器得到给定激磁电流i_M^*，i_M^*与反馈电流i_M比较后进入调节器（电流电压变换器）即得给定电压u_M^*。这时u_M^*、u_T^*都是直流量，故要经过坐标逆变换（旋转坐标变换2/3变换），即MT坐标系到αβ坐标系，得到u_α^*、u_β^*，输入变频器环节，便可形成逆变器驱动信号，从而控制开关器件的通断，实现转矩转速的控制。函数发生器有实现恒功率、恒转矩控制功能。当转子转速ω_r≤ω^*时，控制转子磁链为恒值，实现恒转矩；当ω_r＜ω^*时，控制转子磁链随转子转速增加而减少，实现恒功率控制（弱磁控制）。

图3-4 转子磁场定向矢量控制SVPWM系统

3.SVPWM环节——变频器^[3，4](www.xing528.com)

图3-5所示系统中的变频器是电压型变频器，SVPWM环节为SVPWM调制算法环节。在此环节中，输入的是u_α^*、u_β^*，因此可按上一章图2-23调制算法进行调制计算。先计算出参考矢量（包括了转矩、磁链控制信息），再计算辐角θ，调制系数M，判断扇区K，再找到合成所需电压矢量，采用对称调制模式，计算作用时间（T=1/6f）、开关序列，便可输出逆变器三相开关信号S_a、S_b、S_c，使变频器驱动三相异步电动机工作。图3-5所示为系统控制效果典型仿真波形，可见动稳态下转速转矩、输出电流波形十分良好。

图3-5 系统控制效果典型仿真波形

采用SVPWM技术的矢量控制系统发挥了各自的优点：矢量控制使动、稳态性能提高，SVPWM使谐波大为削减，SVPWM使转矩平稳，直流电压利用率高，二者珠联璧合，锦上添花。

上面所述的矢量控制系统，虽然取得良好的动、稳态品质，但低频段输出仍有一定的谐波分量，容易造成机械共振，使系统不能正常工作，仍须加入改进措施。第1章中提出了不少对策，但显得烦琐被动，或者还要增加硬件，因此有学者提出在电路系统中改进设计，达到避免共振的方法，例如采用混沌SVPWM，可以有效地抑制可能出现的机械振动，控制系统如图3-6所示。

图3-6 采用混沌SVPWM的矢量控制系统