摘 要： 介绍了永磁同步电动机控制系统的组成，空间矢量脉宽调制（SVPWM）的理论及其算法在系统中的实现过程，并对系统进行了Simulink仿真。仿真结果表明：采用SVPWM算法控制永磁同步电动机定子绕组电流谐波成份较少，控制效果较好，具有广阔的应用前景。
关键词： 空间矢量脉宽调制；永磁同步电动机；Simulink；定子绕组电流
随着电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机(PMSM)的控制技术也日趋成熟，且在工业界得到了广泛的应用。采用空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法控制PMSM，将在PMSM的三相定子绕组中产生正弦波电流，形成旋转磁场，使电动机按要求的速度运转。与直接的正弦脉宽调制（SPWM）技术相比，PMSM控制简单，数字化实现方便，且在电机线圈的电流中产生更少的谐波成分，降低了电机转矩的脉动，提高了对IGBT逆变桥直流供电电源的利用效率[1,2]。
1 PMSM控制系统的构成
PMSM控制系统的构成如图1所示。三相交流输入经过二极管桥式整流电路整流之后得到直流电压，由DSP芯片产生的SVPWM脉冲控制IGBT逆变桥，并给IGBT逆变桥供电，从而在由逆变桥驱动的PMSM三相定子绕组中产生互差120°电角度的正弦波电流，形成等幅的旋转磁场，使电机按照一定的速度进行旋转。
1.1 IGBT逆变桥
PMSM控制系统中的IGBT逆变桥如图2所示，Ua、Ub和Uc是其电压输出，T1～T6是6个IGBT，它们分别被a，a′，b，b′，c和c′这6个来自DSP芯片的控制信号所控制，U、V和W分别为PMSM的定子三相绕组。当逆变桥上半部分的一个IGBT开通时，其下半部分相对应的IGBT应被关闭，即a、b或c为1时，则a′、b′和c′为0。a、b和c为0或为1的状态，决定了T1～T6这6个IGBT的开关状态，从而决定了Ua、Ub和Uc三相输出电压的波形情况。如果用SVPWM脉冲控制这6个IGBT的通和断，则PMSM的三相定子电流波形接近于理想的正弦波形，从而产生恒定角速度旋转的圆形磁场，使PMSM按指定的速度进行运转[3]。
由图2可得到逆变桥输出的相电压矢量与开关状态矢量的关系[1,4]如式（1）所示。
将Tcm1、Tcm2、Tcm3与设置为连续增/减模式的DSP芯片定时器进行比较后得到PWM脉冲，控制图2中的三个桥臂的通断，从而在PMSM的三相定子绕组产生相位差为120°的正弦波形电流。
从仿真波形可以看出，定子绕组电流和电机转速除了在启动瞬间有较多的谐波成份外，迅速稳定之后波形还是比较理想的：定子三相绕组电流基本呈相位差为120°的正弦波形，电机转速基本稳定在160 rad/s，即为160/(2pi)×60=1 528 r/m，与选定的电机参数完全一致。另外通过改变SVPWM脉冲频率可以方便地改变电机转速。
本文介绍了采用SVPWM脉冲控制永磁同步电动机的原理及其实现的过程，建立了系统的Simulink仿真模型，并对模型运行结果进行了分析。结果表明：采用SVPWM技术控制永磁同步电机是一种理想的控制方法，相较于其他的PWM调速方法，这种方法算法简单，定子绕组电流谐波成分少，直流电压利用率高，有着广阔的应用前景。
参考文献
[1] 刘和平,王维俊.TMS320LF240x DSP C语言开发应用[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2002.
[2] BROECK H W.Analysis and realization of a pulsewidth modulation based on voltage space vector[J].IEEE Trans on IA,1998,24(1):142-150.
[3] 邵群涛,徐余法.电机与拖动基础[M].北京:机械工业出版社,2002.
[4] 杨贵杰, 孙力, 崔乃政,等.空间矢量脉宽调制方法的研究[J].中国电机工程学报, 2001, 21(5): 79-83.
[5] BLASKO V.Analysis of a hybrid PWM based on modified space-vector and triangle comparison methods[J].IEEE Trans on IA,1997,33(3):756-764.
[6] 赵镜红,张俊洪,杨涛.基于DSP的SVPWM的研究[J].电机与控制学报,2002,6（2）:108-110.
[7] 熊健,康勇,陈坚,等.电压空间矢量调制与常规SPWM的比较研究[J].电力电子技术,1999,2(1):25-28.
[8] 侯利民,李洪珠,王巍.空间电压脉宽调制SVPWM的原理及DSP的实现[J].辽宁工程技术大学学报,2007,26(6):898-900.
[9] CHUANG D W.Unified voltage modulation technique for real time three-phase power conversation[J].IEEE Trans on IA,1998,34(2):374-380.
[10] 求是科技.MATLAB 7.0从入门到精通[M].北京:人民邮电出版社,2006.
[11] 孙屹.Simulink通信仿真开发手册[M].北京:国防工业出版社,2004.