電動汽車用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模板

年4月19日電動汽車用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔僅供參考碩士學(xué)位論文電動汽車用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電動汽車用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)DesignofpermanentmagnetsynchronousmotorcontrolsystemforelectricvehicleDesignofpermanentmagnetsynchronousmotorcontrolsystemforelectricvehicle作者姓名指導(dǎo)教師學(xué)科專業(yè)控制工程二0一五年六月摘要本文在開始先介紹了研究電動汽車的背景及其意義，并介紹了電動汽車在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，然后從電動汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動性，安全性及舒適度，三個方面分析了電動汽車比其它燃料汽車存在的優(yōu)越性。電動機(jī)是電動汽車的核心部件，本文中從其驅(qū)動方式把電動機(jī)分為四大類，直流有刷電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)，永磁無刷直流電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)。本章從工作原理與性能方面分析了，這四種電動機(jī)各存在的優(yōu)點(diǎn)和不足。從中得出永磁同步電動機(jī)是電動汽車比較理想的選擇。本文剛開始介紹了永磁同步電動機(jī)PMSM的三種不同的控制方式，恒壓頻比控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制，并從三者之間比較得出，PMSM采用直接轉(zhuǎn)矩控制DTC的方式有著比其它兩者更好的穩(wěn)定性。隨后從永磁同步電動機(jī)PMSM的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，分析了其優(yōu)越性，并建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)空間矢量坐標(biāo)關(guān)系推導(dǎo)出PMSM的在各坐標(biāo)系下DTC的原理。本章分析了定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的估算和滯環(huán)控制，經(jīng)過其原理研究了開關(guān)表控制的方式，并對PMSM的直接轉(zhuǎn)矩控制DTC的Matlab/Simulink仿真，最終得出了DTC較其它控制方式的穩(wěn)定性。其次分析了永磁同步電機(jī)PMSM的直接轉(zhuǎn)矩控制DTC存在的諸多缺點(diǎn)，并提出基于SVM技術(shù)的SVPWM的控制方式，即空間矢量調(diào)制DTC控制策略，經(jīng)過Matlab/Simulink仿真，得出SVPWM比PMSMDTC有著更好的穩(wěn)定性。TI公司推出的TMS320F2812DSP芯片的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)，兩個方面研究了該芯片。DSP硬件方面包含了智能模塊的自保護(hù)特性，并設(shè)計(jì)了檢測電路，保護(hù)電路，驅(qū)動電路和CAN通信等模塊，軟件系統(tǒng)方面分析了，其初始化流程圖，接收流程圖等。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；DSP；SVPWMAbstractInthispaper,wefirstintroducethebackgroundandsignificanceoftheresearchofelectricvehicles,andintroducesitspresentsituationofdevelopmentathomeandabroad,andfromthefueleconomyanddriving,safetyandcomfort,threeaspectsanalysistheadvantagesofelectricvehiclesthanotherfuelvehiclesexist.Asthemotorofthecorecomponentsofelectricvehicles,fromthedrivemotorisdividedintofourcategories,DCbrushlessmotor,permanentmagnetsynchronousmotor,permanentmagnetbrushlessDCmotorandswitchedreluctancemotor.Thischapteranalyzestheadvantagesanddisadvantagesofthesefourmotorintheaspectsoftheworkingprincipleandperformance..ItisconcludedthatthepermanentmagnetsynchronousmotorPMSMasthecorecomponentofelectricvehicle,istheidealchoiceofthemotorvehicle..Inthischapter,threedifferentcontrolmodes,constantfrequencyratiocontrol,vectorcontrolanddirecttorquecontrolofPMSMareintroduced..Andthecomparisonbetweenthethree,thedirecttorquecontrolDTChasbetterthantheothertwo.Then,thestructureandcharacteristicsofPMSMareanalyzed,andtheadvantagesofPMSMPMSMareanalyzed,anditsmathematicalmodelisestablished..Accordingtothespacevectorcoordinate,themathematicalmodelofPMSMisdeducedandtheprincipleofDTCisanalyzed..Inthischapter,thestatorfluxlinkageandthemagnetictorqueestimationandthehysteresiscontrolareanalyzed,andtheresearchmethodsoftheswitchingtablecontrolarestudiedbytheprinciple..TheMatlab/SimulinksimulationofthedirecttorquecontrolDTCofPMSMisdemonstrated,andtheadvantagesoftheDTCcontrolmodestabilityareproved..Secondly,thedisadvantagesofthePMSMdirecttorquecontrolDTC,thefluxlinkage,thelargetorqueripple,andthepoorperformanceofthecontrolsystemareanalyzed..ThecontrolmodeofSVPWMbasedonSVMtechnologyisproposed,thatis,therealizationofthespacevectormodulationDTCcontrolstrategy..ThroughthesimulationofMatlab/Simulink,SVPWMhasbetterstabilitythanPMSM-DTC.Atlast,thedesignofthecontrolsystemofDSPTIchipisintroduced,andthedesignofthehardwarecircuitandthedesignofthesoftwarepartarestudied.Thechipisdescribedintwoaspects..DSPhardwareincludestheself-protectionofthesmartmodule,andthedetectioncircuit,protectioncircuit,drivercircuitandCANcommunicationmodule.Thesoftwaresystemanalysis,anditsinitializationflowchart,receivingflowchartandsoonmanyparts.KeyWords：permanentmagnetsynchronousmotor;directtorquecontrol；DSP；SVPWM

目錄摘要 I1.緒論 11.1論文的研究背景和意義 11.2電動汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.1電動汽車國外發(fā)展?fàn)顩r 21.2.2電動汽車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 31.3電動汽車優(yōu)越性 51.3.1提高燃油經(jīng)濟(jì)性 51.3.2提高驅(qū)動性 51.3.3提高安全性和舒適度 51.4驅(qū)動電動機(jī)的工作原理與性能比較 61.4.1直流有刷電動機(jī) 61.4.2永磁同步電動機(jī) 61.4.3永磁無刷直流電動機(jī) 71.4.4開關(guān)磁阻電動機(jī) 71.5永磁同步電動機(jī)的多種控制策略 81.5.1恒壓頻比控制 81.5.2矢量控制 81.5.3直接轉(zhuǎn)矩控制 81.6本論文的的主要工作及安排 91.6.1主要研究工作 91.6.2論文安排 92.電動汽車PMSM系統(tǒng)研究 92.1永磁同步電機(jī) 92.1.1永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 102.1.2永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 112.2直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)現(xiàn) 142.2.1定子磁鏈的估算和滯環(huán)控制 152.2.2電磁轉(zhuǎn)矩的估算與滯環(huán)控制 162.2.3開關(guān)表的研究 172.3直接轉(zhuǎn)矩控制MATLAB仿真 183.SVPWM研究 253.1引言 253.2SVM技術(shù)用于永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制 253.2.2SVPWM技術(shù)研究 263.2.3電壓幅值研究 293.2.4電壓矢量的分區(qū) 313.3SVPWM的MATLAB仿真 324.TMS320F2812DSP控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 354.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 354.2硬件電路設(shè)計(jì) 364.2.1DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 364.2.2智能功率模塊的自保護(hù)特性 394.2.3檢測設(shè)計(jì)電路 414.3軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 455.工作總結(jié)與展望 505.1總結(jié) 505.2展望 50參考文獻(xiàn) 511.緒論本章節(jié)開始論述了電動汽車的研究背景，意義及其發(fā)展的現(xiàn)狀，并對傳統(tǒng)汽車與電動汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動性，安全性及舒適度進(jìn)行對比，證明了電動汽車的優(yōu)先性，另外把多種驅(qū)動電動機(jī)在工作原理和性能進(jìn)行比較，得出永磁同步電動機(jī)更適合電動汽車，并分析了永磁同步電動機(jī)的三種控制策略，證明永磁同步電動機(jī)，直接轉(zhuǎn)矩控制是最比較好的選擇。1.1論文的研究背景和意義[1]人類活動對我們周圍的環(huán)境造成了一定的影響，這樣就出現(xiàn)了環(huán)境問題，環(huán)境問題對我們的生產(chǎn)和生活也有影響，當(dāng)前人類知道的環(huán)境污染有主要有多種：全球變暖，酸雨，淡水資源危機(jī)，土地荒漠化，物種加速滅絕，有毒化學(xué)品汽油和柴油。汽車用燃料燃燒后，產(chǎn)生的尾氣中，成分非常復(fù)雜，達(dá)有100種以上，尾氣危害著人類生存健康，對人類生活的環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。正是由于能源與環(huán)境存在的很多問題，才使人類認(rèn)識到，電動汽車應(yīng)該代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料汽車，這樣就會對環(huán)境的改進(jìn)做出貢獻(xiàn)。電動汽車主要是運(yùn)用電能驅(qū)動，而電能是清潔能源，不會對大自然帶來，諸如溫室效應(yīng)，環(huán)境污染等問題，而且電能的利用率比傳統(tǒng)的汽車高很多?，F(xiàn)在很多能源都能夠轉(zhuǎn)換成電能，如水能，風(fēng)能，潮汐能，等等，如若在晚上，給電動汽車進(jìn)行充電，就能夠充分的利用電能。下圖給出了汽油機(jī)車輛，柴油機(jī)車輛及電動汽車所排放的有毒有害氣體的比較。如圖1.1圖1.1各種車輛全部有害排放物的比較由上圖1.1可見，傳統(tǒng)的汽油，柴油汽車所排放的污染物，如CO等有害物很多，如果不經(jīng)過處理，就這樣隨便排放到我們的環(huán)境中，勢必會對我們的周圍環(huán)境帶來很大的危害，如果這些有害物質(zhì)被人類吸入的話，就會對人類的生存也會帶來危險(xiǎn)，而且電動汽車還有一個很大的優(yōu)勢，就是不會產(chǎn)生太大的噪聲。燃油車的發(fā)動機(jī)由復(fù)雜的機(jī)械傳動裝置組成，在發(fā)動機(jī)啟動，運(yùn)行，加速的環(huán)節(jié)，會造成很大的噪聲污染，而電動汽車就能夠極大的避免了大噪聲的發(fā)生。1.2電動汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代的電動汽車發(fā)展了100多年，已經(jīng)不是以前單一的技術(shù)，現(xiàn)代的電動汽車是以電池為主要動力源，驅(qū)動來源主要是電，在進(jìn)入20世紀(jì)以來，人類在電力電子，自動控制等方面的技術(shù)，已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)代的電動汽車包含了各種各樣的工程技術(shù)于一身。現(xiàn)在的電動汽車主要能夠分為以下幾大類型：純電動汽車，燃料電動汽車，混合動力電動汽車。1.2.1電動汽車國外發(fā)展?fàn)顩r在日本，美國，歐洲等許多發(fā)達(dá)國家，人類對環(huán)境的破壞越來越嚴(yán)重，因此國家政府對燃料汽車的排放要求也越來越苛刻，因此各國政府對相關(guān)的汽車廠家也投入了很多的人力，物力，財(cái)力，來促使汽車生產(chǎn)廠家開始對電動汽車的研發(fā)投入了很多技術(shù)，而且對電動汽車的使用者采取鼓勵政策。這樣從國家，廠家，買家三方面采取相關(guān)的措施，促使電動汽車進(jìn)一步的發(fā)展。(1)日本。三菱汽車公司于量產(chǎn)型電動汽車的生產(chǎn)，其使用鋰離子電池屬全世界首次的。輕型汽車“i”的車體內(nèi)搭載有永磁同步電動機(jī)及質(zhì)量為200kg的蓄電池組，一次充電不使用空調(diào)的情況下能夠行使120km，使用空調(diào)的話能夠行使100km。開始初期主要賣給公司等法人單位，4月開始向個人預(yù)定銷售，如果可能的話，這將是一般駕駛員能夠購入的初次的真正的電動汽車。日本汽車公司已經(jīng)在后半年將其新研發(fā)的電動汽車LEAF投入市場。LEAF使用了薄板型緊合鋰離子及輸出了功率為80kw的電動機(jī)。有關(guān)電動汽車的特性還沒有完全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此比較很難，可是能夠認(rèn)為和三菱的i-MiEV相比，能量裝置和功率裝置的性能應(yīng)該在其2~3倍。因此，日產(chǎn)說“能夠達(dá)到和過去的汽油車同等的快速反應(yīng)和駕駛舒適性”。其發(fā)表的行使距離為充滿電情況下160km。能夠說制造商在加快充電速度方面也下了很大功夫，今后如果在各地配置像汽油加油站那樣的快速充電器的話，在30min內(nèi)就能夠?qū)㈦姵赜?充到80%。新型汽車級公司三菱i-MiEV的車輛本體價格很低，即使在有國家和地區(qū)自治體的補(bǔ)助金，實(shí)質(zhì)上也還得200萬日元一臺，和汽油車的(2)美國。美國在很早以前就開始對電動汽車的資助，并與1976年，立法，補(bǔ)貼的手段刺激本國對電動汽車的發(fā)展。早在19美國加州已經(jīng)頒布了防止大氣污染的限制性法令，其要求在隨后的幾年里，加州不斷的提高新電動車的銷售量所占的比重。正是由于美國法規(guī)的推行，促使電動汽車慢慢的生產(chǎn)和應(yīng)用，此后，美國還陸陸續(xù)推出了很多鼓勵性的政策，來促進(jìn)廠家生產(chǎn)電動汽車從而加速了美國電動汽車的產(chǎn)業(yè)的進(jìn)程，而且多家公司簽訂協(xié)議，一起聯(lián)合研究新型電動汽車電池。從而使鈉硫電池代替了原始的鉛酸電池。(3)歐洲。歐洲對環(huán)境污染看的很重，也對節(jié)能減排很重視，因此歐洲各國頒布了相關(guān)法令，來推動電動汽車的研發(fā)，生產(chǎn)和銷售的進(jìn)程。德國政府早在1994年就開始給電動汽車廠家投入補(bǔ)助1.5億馬克，隨后進(jìn)一步UI新一代電動汽車試驗(yàn)實(shí)行補(bǔ)助，低息貸款及減稅等優(yōu)惠的政策，早在20世紀(jì)80年代，就已經(jīng)開始了生產(chǎn)大型電動客車。德國政府目標(biāo)2020年成為全球第一大電動汽車生產(chǎn)廠家。法國政府在很早就在政策上支持和鼓勵開發(fā)電動汽車技，并為電動汽車的生產(chǎn)提供很大的資助，政府和多家電動汽車企業(yè)簽署協(xié)議，共同研發(fā)，生產(chǎn)電動汽車，早在1990年標(biāo)志與雪鐵龍公司就投入兩款電動汽車進(jìn)行生產(chǎn)，并在20多個城市率先使用電動汽車，而且政府讓政府單位先使用電動汽車，還有能夠免第一年的稅，給生產(chǎn)廠家進(jìn)行一定的補(bǔ)助等多個好的政策。因此，法國在全世界電動汽車的使用率排在前列。英國電動汽車的生產(chǎn)技術(shù)和電動汽車的使用量最為廣泛，其歷史已經(jīng)能夠追溯到到50多年以前，英國著名的汽車設(shè)計(jì)公司早在1979年就開始研發(fā)電動汽車，英國政府頒布了很多惠明政策，如免收各種稅款，夜間充電電費(fèi)減半等。其它國家和地區(qū)對已經(jīng)對電動汽車的技術(shù)展開研發(fā)和生產(chǎn)。1.2.2電動汽車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)電動汽車的研究起始也比較早，可是規(guī)模比較小，投入也比較少，自20世紀(jì)80年代開始，中國政府比較重視電動汽車的發(fā)展，于是把電動汽車的研發(fā)列入國家發(fā)展計(jì)劃，于是國內(nèi)各高校和汽車生產(chǎn)廠家陸續(xù)開始研究電動汽車，如清華大學(xué)，華南理工大學(xué)，東風(fēng)汽車公司，都開始研究工作，但與國外電動汽車還有很大差距。幸福使者電動汽車就是天津清源電動車輛公司生產(chǎn)的，其運(yùn)用了純電動汽車技術(shù)。它搭載優(yōu)質(zhì)電動機(jī)并裝配經(jīng)優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)的進(jìn)口電動機(jī)控制器，動力強(qiáng)勁，采用國內(nèi)頂級優(yōu)質(zhì)鉛酸蓄電池，其符合環(huán)保，節(jié)能的理想效果理念。中國首款批量生產(chǎn)的電動汽車是被譽(yù)為國內(nèi)純電動“第一車”的眾泰EV純電動乘用車，其在最大功率，最高時速，續(xù)航里程都有了很大提升。國內(nèi)第二款新能源汽車是奇瑞公司推出的純電動汽車S18，其搭載了驅(qū)動系統(tǒng)，磷酸鐵鋰電池都對電動汽車的性能有所提升。S18充電電壓為民用220V電壓，充電4~6小時，能夠充滿80%的電量。“超越一號”是中國的第一輛燃料電池轎車，其生產(chǎn)并驗(yàn)收于，連續(xù)行駛210km，最高時速為110km/h，這一燃料汽車的推出，大大縮短了同世界先進(jìn)國家的差距。在混合動力轎車領(lǐng)域，中國的第一汽車集團(tuán)公司生產(chǎn)的奔騰轎車是“863”計(jì)劃資助的新一代車型，其具有節(jié)能和環(huán)保的性能F3DM，F(xiàn)6DM是比亞迪公司于初推出的雙模電動轎車，在日內(nèi)瓦和底特律車展上一亮相，就引起國內(nèi)外媒體的關(guān)注，而且在關(guān)鍵動力電池技術(shù)上，領(lǐng)先于美國通用和日本豐田等品牌汽車。在鐵動力電池領(lǐng)域，獲得了很多國內(nèi)外專利。近幾年，中國開始重視電動汽車的研究和開發(fā)工作，在，科技部把電動汽車重大專項(xiàng)論證會列為中國“十五”“863”隨著國家對電動汽車行業(yè)的逐步重視，各大汽車生產(chǎn)廠家也加大對電動汽車研發(fā)和生產(chǎn)的投入，慢慢形成了一大產(chǎn)業(yè)，中國政府的政策也開始對電動汽車傾斜，各大廠商展開合作，共同研究電動汽車這一大新興產(chǎn)業(yè)。與此同時，電動汽車中的很多重要的組成部分，如電池，電機(jī)等也加大了投入和研究。中國經(jīng)過這些年的不懈努力，中國電動汽車行業(yè)也有了很大提升。1.3電動汽車優(yōu)越性電動汽車用電驅(qū)動，傳統(tǒng)的燃油汽車使用的是汽油或柴油，從轉(zhuǎn)換率來講，用電驅(qū)動有著更高的變換效率，而且電動汽車還有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如，燃油經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動性，安全性和舒適度。另外由于環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，成為了不容忽視的問題，因此電動汽車在未來有很多的發(fā)展空間，在很大程度上，可能代替燃油汽車的發(fā)展空間。1.3.1提高燃油經(jīng)濟(jì)性汽車在運(yùn)行的時候，輪胎有一個向前的速度，在轉(zhuǎn)彎的時候，也有一個轉(zhuǎn)彎的旋轉(zhuǎn)力，而這相當(dāng)于空轉(zhuǎn)，因此，現(xiàn)在只傳遞了60%的動力，40%在滑轉(zhuǎn)，我們汽車的轉(zhuǎn)速，就有一部分損耗在了汽車的轉(zhuǎn)彎的部分，這和實(shí)際的車速還是有很大的區(qū)別的。據(jù)此，發(fā)現(xiàn)兩者之間有很大的差別。而這個差值就會讓我們浪費(fèi)很多的能量，輪胎摩擦生熱，而且會在一定程度上，對輪胎有磨損[3]，解決這個問題的辦法是運(yùn)動控制，檢測驅(qū)動和車輪速度，當(dāng)滑轉(zhuǎn)的時候，就降低轉(zhuǎn)矩，這樣無效運(yùn)動就會降低，能夠?qū)p失降低很多。使用運(yùn)動控制效果確實(shí)能夠顯示。另外，電動汽車是利用電來驅(qū)動的設(shè)備，而傳統(tǒng)的燃油汽車，使用的是化學(xué)能，燃燒推動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣它的轉(zhuǎn)化率很低，電直接驅(qū)動電動汽機(jī)效率很高。1.3.2提高驅(qū)動性由于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)體積大，其小型化有一定難度，還需要設(shè)置冷卻和排氣系統(tǒng)，而電動汽車的發(fā)動機(jī)是電動機(jī)，體積很小，這樣電動汽車就能夠安裝多個電動機(jī)，她們直接只需幾根電線來連接。這樣就能夠在每個車輛安裝一臺電動機(jī)，使電動汽車四輪獨(dú)立驅(qū)動成為可能，在進(jìn)入彎道時，電動汽車不同的發(fā)動機(jī)就能夠用輸出不同的轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)，這樣就就提升了其驅(qū)動能力。1.3.3提高安全性和舒適度電動汽車使用的電動機(jī)精確控制車輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩只需檢測電動機(jī)的電流值，而傳統(tǒng)的燃料汽車，則非常困難，如果能夠控制發(fā)動機(jī)發(fā)生的轉(zhuǎn)矩，就能夠估算出車輛的運(yùn)行路面狀態(tài)，并提出警示，根據(jù)路面狀況的最優(yōu)控制也可能的，這樣就會進(jìn)一步設(shè)計(jì)更安全，更舒適的汽車，而傳統(tǒng)的燃料汽車則不能實(shí)現(xiàn)這樣的功能。經(jīng)過燃料的比較能夠看出電動汽車的燃料費(fèi)比汽油車還便宜。表1.1燃料費(fèi)的比較種類條件每千米的燃料費(fèi)電動汽車夜間電費(fèi)1~2日元一般電費(fèi)3~10日元汽油車1L燃料行駛距離為24日元1L燃料行駛距離為12日元1L燃料行駛距離為8日元1L燃料行駛距離為6日元1.4驅(qū)動電動機(jī)的工作原理及性能比較電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車最關(guān)鍵的子系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并經(jīng)過傳動裝置（或直接）將能量傳遞到車輪進(jìn)而驅(qū)動車輛按照駕駛員意志行駛的重任。電動機(jī)是驅(qū)動系統(tǒng)的心臟。電動機(jī)的選擇是否合適決定著驅(qū)動系統(tǒng)的性能的好壞，電動汽車設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是電動機(jī)的選擇。根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)對電動機(jī)的要求，能夠把驅(qū)動電動機(jī)分為：直流有刷電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)，永磁無刷直流電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)。在最早的時候，電動汽車選擇的電動機(jī)一般都采用直流電動機(jī)，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡單，成本低，但隨著人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，比直流電動機(jī)更優(yōu)越的電動機(jī)出現(xiàn)，如就交流電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)，開關(guān)磁阻電動機(jī)等，很有可能代替直流電動機(jī)。1.4.1直流有刷電動機(jī)早期電動汽車有蓄電池供電，采用的是直流有刷電動機(jī)，其主要優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，技術(shù)成熟，具有優(yōu)良的控制特性，即使到現(xiàn)在仍有一些電動汽車使用直流電動機(jī)來驅(qū)動。雖然直流有刷電動機(jī)有著上面所述的優(yōu)點(diǎn)，可是由于其電刷及換向器，對電機(jī)的速度和負(fù)載能力有一定的影響，特別是長時間運(yùn)行，直流電動機(jī)的電刷和換向器不得不進(jìn)行維護(hù)，特別由于轉(zhuǎn)子的損耗，是直流電機(jī)很難散熱，對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的提高有一定的影響，而且電機(jī)的維護(hù)麻煩，轉(zhuǎn)換效率低，由于直流電機(jī)的電刷和換向器容易產(chǎn)生火花，會生成電磁干擾，限制電機(jī)的轉(zhuǎn)速及電壓，因?yàn)樯鲜鲋绷饔兴㈦妱訖C(jī)的缺點(diǎn)，最新研制的電動汽車已很少使用直流有刷電動機(jī)了。1.4.2永磁同步電動機(jī)永磁同步電動機(jī)（PermanetMagnetSynchronousMotor，簡稱PMSM）與感應(yīng)電動機(jī)不同，永磁同步電動機(jī)不需要無功勵磁電流，能夠明顯的提高功率因素，并減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行時沒有過多的因運(yùn)行時電阻損耗，進(jìn)而降低了由于電流產(chǎn)生的損耗，降低了溫度的產(chǎn)生，能夠降低風(fēng)扇的安裝或徹底去掉風(fēng)扇，從而提高了永磁同步電機(jī)的效率。永磁同步電動機(jī)要保持比較高運(yùn)行效率及輸出功率因素，只需要15%~120%較大范圍內(nèi)就能夠了，如果在負(fù)載很小的情況下，運(yùn)行的效率就會更好，相同[5]。1.4.3永磁無刷直流電動機(jī)永磁無刷直流電動機(jī)是一種高性能的電動機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動機(jī)的外特性而沒有換向器和電刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。另外，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵磁損耗；發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無刷直流電動機(jī)沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運(yùn)行可靠，維修簡便。另外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可在每分鐘以高達(dá)幾十萬轉(zhuǎn)的速度運(yùn)行。永磁無刷直流電動機(jī)與其它電動機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動汽車中有著很好的應(yīng)用前景。永磁無刷直流電動機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動機(jī)的功率范圍較小。永磁材料在受到振動，高溫和過載電流作用時，其導(dǎo)磁性能可能會下降或發(fā)生退磁想象，將降低永磁電動機(jī)的性能，嚴(yán)重時還會損壞電動機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過載。永磁無刷直流電動機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套發(fā)展的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)造價很高。1.4.4開關(guān)磁阻電動機(jī)開關(guān)磁阻電動機(jī)是一種新型電動機(jī)，具有很多明顯的特點(diǎn)：它的結(jié)構(gòu)比其它任何一種電動機(jī)都簡單，在電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)，繞組和永磁體等，只是在定子上有簡單的集中繞組，繞組的端部很短，沒有相間跨線，維護(hù)修理容易，因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min，效率可達(dá)85%~93%開關(guān)磁阻電動機(jī)轉(zhuǎn)子無永磁體，可允許較高溫升。調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩-速度特性，而且在很廣的范圍內(nèi)保持高效率，因而，更加適合電動汽車的動力性能要求?？墒?，開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制系統(tǒng)比其它電動機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測器是開關(guān)磁阻電動機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制操作有重要影響。由于開關(guān)磁阻電動機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動，噪聲是開關(guān)磁阻電動機(jī)最主要的缺點(diǎn)。但近年來的研究表明，采用合理地設(shè)計(jì)，制造和控制技術(shù)，開關(guān)磁阻電動機(jī)的噪聲完全能夠得到良好的抑制。另外，由于開關(guān)磁阻電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動較大，功率變換器的直流電流波動也較大，因此在直線母線上需要裝置一個很大的濾波電容器。近年來，開關(guān)詞組電動機(jī)在電動汽車上得到一定的應(yīng)用。1.5永磁同步電動機(jī)的多種控制策略永磁同步電動機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速與電源頻率的嚴(yán)格同步，采用變壓變頻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。當(dāng)前，永磁同步電動機(jī)采用的控制策略主要有恒壓頻比控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等。1.5.1恒壓頻比控制恒壓頻比控制是一種開環(huán)控制。根據(jù)系統(tǒng)的給定，利用空間矢量脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)化為期望的輸出電壓uOUT進(jìn)行控制，使電動機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些動態(tài)性能要求不高的場所，由于開環(huán)變壓變頻控制方式簡單，至今仍普遍用于一般的調(diào)速系統(tǒng)中，但因其依據(jù)電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型，無法獲得理想的動態(tài)控制性能，因此必須依據(jù)電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。永磁同步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型為非線性，多變量，它含有與id或iq的乘積項(xiàng)，因此要得到精確的動態(tài)控制性能，必須對與id或iq解耦。近年來，研究各種非線性控制器用于解決永磁同步電動機(jī)的非線性特性。1.5.2矢量控制高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)需要現(xiàn)代控制理論的支持，對于交流電動機(jī)，當(dāng)前使用最廣泛的當(dāng)屬矢量控制方案。矢量控制的基本思想是在普通的三相交流電動機(jī)上模擬直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制規(guī)律，磁場定向坐標(biāo)經(jīng)過矢量變換，將三相交流電動機(jī)的定子電流分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，并使這兩個分量相互垂直，彼此獨(dú)立，然后分別調(diào)節(jié)，以獲得像直流電動機(jī)一樣良好的動態(tài)特性。因此矢量控制的關(guān)鍵在于對定子電流幅值和空間位置（頻率/相位）的控制。矢量控制的目的是改進(jìn)轉(zhuǎn)矩控制性能，最終的實(shí)施是對id，iq的控制。由于定子側(cè)的物理量都是交流量，其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，因此調(diào)節(jié)，控制和計(jì)算都不方便。需借助復(fù)雜的坐標(biāo)變換進(jìn)行矢量控制，而且對電動機(jī)參數(shù)的依賴性很大，難以保證完全解耦，使控制效果大打折扣。1.5.3直接轉(zhuǎn)矩控制矢量控制因其復(fù)雜的矢量旋轉(zhuǎn)變換，而且電動機(jī)的機(jī)械常數(shù)，因此不能迅速的響應(yīng)矢量控制中的轉(zhuǎn)矩。針對矢量控制的這一缺點(diǎn)，德國學(xué)者Depenbrock于20世紀(jì)80年代提出了一種具有快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性的控制方案，即直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）。該控制方案摒棄了矢量控制中解耦的控制思想及電流反饋環(huán)節(jié)，采取定子磁鏈定向的方法，利用離散的兩點(diǎn)式控制直接對電動機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。1.6本論文的的主要工作及安排1.6.1主要研究工作本文從介紹電動汽車不同電機(jī)開始研究，分析了永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)，建立數(shù)學(xué)模型，研究了PMSMDTC的控制系統(tǒng)并仿真。進(jìn)一步研究了基于SVM的技術(shù)控制技術(shù)，分析其原理，從而比較出更好的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)出了TMS320F1.6.2論文安排第一章：緒論部分，簡單介紹了電動汽車的PMSM電機(jī)的背景及意義，并比較分析多種電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，原理及性能。第二章：提出了PMSM的DTC的研究，建立模型，并經(jīng)過MATLAB仿真。第三章：經(jīng)過研究傳統(tǒng)的DTC的缺點(diǎn)，提出基于SVM的SVPWM控制技術(shù)，并經(jīng)過MATLAB仿真。第四章：提出了TMS320F2812DSP第五章：對本文工作的總結(jié)及展望2.電動汽車PMSM系統(tǒng)研究本章選擇永磁同步電機(jī)PMSM作為研究的對象，經(jīng)過分析其結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，并建立數(shù)學(xué)模型，選擇了直接轉(zhuǎn)矩控制DTC作為主要的研究控制方式，對定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估算和滯環(huán)控制，進(jìn)行了MATLAB仿真。2.1永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)（PermanentMagnetSynchronousMotor：PMSM）具有高效率，第轉(zhuǎn)矩脈動，高動態(tài)性能和高能量密度等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于大范圍的調(diào)速和定位系統(tǒng)中，永磁同步電機(jī)雖然其轉(zhuǎn)子為永磁體，同時由于以功率開關(guān)器件取代了直流電機(jī)中的電刷和換向器，因此維護(hù)和耐環(huán)境方面要優(yōu)于直流電機(jī)，只在逐漸取代過去需要使用直流電機(jī)的場合。永磁同步電動機(jī)的發(fā)展得益于電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)是弱點(diǎn)與強(qiáng)電之間的橋梁。20世紀(jì)80年代，由于釹鐵硼永磁材料的產(chǎn)生和發(fā)展，促進(jìn)了永磁同步電動機(jī)的廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，永磁同步電動機(jī)正向大功率化和微型化方向發(fā)展。2.1.1永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)永磁同步電動機(jī)中用永磁體替代普通同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵磁同步繞組，不需要轉(zhuǎn)子繞組，從而省略掉了勵磁線圈以及供應(yīng)勵磁繞組勵磁電流的外部電源，電刷以及安裝在轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)，也免去了對電刷的定期維護(hù)[6-8]。同傳統(tǒng)電動機(jī)一致，永磁同步電動機(jī)本體由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子與普通感應(yīng)電動機(jī)基本相同，主要由沖有槽孔的硅鋼片，三相繞組，機(jī)殼及端蓋等部分組成。轉(zhuǎn)子用永磁材料制成無明顯磁極的隱極式，采用適當(dāng)?shù)膸缀谓Y(jié)構(gòu)，使磁勢波形的空間分布接近正弦波。與感應(yīng)電動機(jī)類似，多相繞組在空間上均勻地分布，在其繞組中通入對稱交流電時，將在氣隙中產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的圓形磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速與定子產(chǎn)生的氣隙磁場相同方向旋轉(zhuǎn)時，定，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的氣隙磁場之間無相對速度，在空間上互差某電角度（稱為功率角）。這兩個相對靜止的氣隙磁場相互作用，將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并拖動轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)改變定子電流時，定子氣隙磁場將發(fā)生變化，而會改變電磁轉(zhuǎn)矩，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，帶不同負(fù)載的目的。因此，在永磁同步電動機(jī)中進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的為定子電樞。同時，永磁同步電動機(jī)由于主磁極在轉(zhuǎn)子上，因此屬于旋轉(zhuǎn)磁極式同步電動機(jī)。經(jīng)過分析可知，永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子只能以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，否則定，轉(zhuǎn)子分別產(chǎn)生的氣隙磁場之間將會有相對速度，無法進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。按照永磁體在電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的安裝位置，永磁同步電動機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)能夠分為三類：面貼式，插入式和內(nèi)嵌式。如下圖。永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和的安裝方法對電動機(jī)的性能影響很大，因此，面貼式，插入式和內(nèi)嵌式的永磁同步電動機(jī)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。圖2.1PMSM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類面貼式永磁同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，轉(zhuǎn)動慣量小，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用[9]。另外，這種類型的電動機(jī)易于優(yōu)化設(shè)計(jì)，可將氣隙磁鏈設(shè)計(jì)成近似正弦分布，從而減少磁場諧波及其負(fù)面效應(yīng)，提高了電動機(jī)的運(yùn)動性能。插入式永磁同步電動機(jī)，能夠充分利用轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不對稱所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，提高點(diǎn)凍結(jié)的功率密度，使得電動機(jī)的動態(tài)性能較面貼式有所改進(jìn)，制造也較方便，缺點(diǎn)是漏磁系數(shù)和制造成本較面貼式都大。內(nèi)嵌式永磁同步電動機(jī)的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，因?yàn)橛来朋w嵌入轉(zhuǎn)子中，永磁體去磁的危險(xiǎn)性小，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子漏磁系數(shù)最大。雖然不同的永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)差別很大，但由于永磁材料的使用，永磁同步電動機(jī)具有如下共同特點(diǎn)[10]：(1)電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩波動小，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，動態(tài)響應(yīng)快，過載能力強(qiáng)。當(dāng)永磁同步電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，僅使電動機(jī)的功角適當(dāng)變化，而轉(zhuǎn)速維持在原來的同步轉(zhuǎn)速不變，轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量不會影響電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。永磁同步電動機(jī)的瞬間最大轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的3倍以上，使得永磁同步電動機(jī)非常適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大的工況下運(yùn)行。(2)高功率因素，高效率。永磁同步電動機(jī)與異步電動機(jī)相比，不需要無功勵磁電流，因此能夠得到比異步電動機(jī)高很多的功率因素，進(jìn)而得到相對更小的定子電流和定子銅耗，而且永磁同步電動機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時沒有轉(zhuǎn)子銅耗，進(jìn)而能夠因總損耗降低而減小風(fēng)扇容量甚至去掉風(fēng)扇，從而減小相應(yīng)的風(fēng)摩損耗，使它的效率比同規(guī)格的異步電動機(jī)提高2~8個百分點(diǎn)。(3)體積小，重量輕。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電動機(jī)的功率密度得到了很大提高，與同容量的異步電動機(jī)相比，體積和重量都有較大的減少，使其適合應(yīng)用在很多特殊場合。(4)結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣，永磁同步電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的多樣化，產(chǎn)生了特點(diǎn)和性能各異的許多品種。從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，從民用到國防，從日常生活到航天航空，從簡單的電動工具到高科技產(chǎn)品，機(jī)會無所不在。(5)可靠性高。與直流電動機(jī)和電勵磁同步電動機(jī)比，沒有電刷，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)的可靠性自然得以提高。2.1.2永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型在分析永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型時，為了使分析簡化，做如下假設(shè)[11-12]：(1)電動機(jī)的定子繞組Y連接，繞組電流為對稱的三相正弦波電流；(2)定子磁場呈正弦分布，不考慮諧波與飽和的影響；(3)忽略電動機(jī)的渦流和磁滯損耗。在上述假設(shè)的基礎(chǔ)上，建立永磁同步電動機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型時，個坐標(biāo)系的相互關(guān)系，如下圖圖2.2PMSM坐標(biāo)系的關(guān)系兩相靜止坐標(biāo)系中的α軸與三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC中的A軸重合；兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系以轉(zhuǎn)子角速度ωr在旋轉(zhuǎn)，d軸指向轉(zhuǎn)子磁鏈Ψf的方向；xy坐標(biāo)系以定子磁鏈角速度ωe旋轉(zhuǎn)，x軸指向定子磁鏈Ψs的方向。d軸與A軸的夾角為θr，δ為電動機(jī)定，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶喀穝與Ψf之間的夾角，即電動機(jī)的功角。(1)電動機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型在定子三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC中，忽略定子繞組，其電壓和磁鏈?zhǔn)噶磕軌蚍謩e表示為式（2.1）和式（2.2）。（2.1）式中，p為微分算法（p=d/dt），ua，ub，uc分別為A,B,C三相定子電壓，ia，ib，ic分別為A，B，C三相定子電流，由于定子三相繞組完全對稱，則定子三相繞組的電阻Ra=Rb=Rc=Rs，Ψa，Ψb，Ψc為A，B，C各相繞組的磁鏈。（2.2）式中，θr=ωrt，ωr為轉(zhuǎn)子角速度，Ψra（θr）,Ψrb（θr），Ψrc（θr）分別表示轉(zhuǎn)子磁鏈在A，B，C三相繞組中產(chǎn)生的交鏈。定子三相繞組的自感La=Lb=Lc=Ls,定子三相繞組互感Mab=Mac=Mbc=Mba=Mca=Mcb=Ms.轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的主磁通與A，B，C相定子繞組交鏈磁鏈和轉(zhuǎn)子磁極的位置有關(guān)。轉(zhuǎn)子磁鏈在氣隙中的分布呈正弦形，用θr表示以A相定子繞組為基準(zhǔn)往電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向取得轉(zhuǎn)子磁極的角度，那么轉(zhuǎn)子磁鏈在各相繞組中的交鏈能夠表示為（2.3）由于通入三相繞組中的電流是對稱的，因此存在ia+ib+ic=0.把此條件代入（式2.1）可得（2.4）式中，L=Ls-Ms，Ls是三相繞組的自感，Ms是三相繞組互感。(2)電動機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的模型建立dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，目的是為了得到定子電壓，電流均為直流的永磁同步電動機(jī)的電壓方程式，對分析永磁同步電動機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性都十分方便。電壓回路方程能夠表示為（2.5）假設(shè)電動機(jī)時線性的，參數(shù)不隨溫度等變化，忽略磁滯，渦流耗損，轉(zhuǎn)子無阻尼繞組，那么，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，定子磁鏈方程能夠表示為（2.6）轉(zhuǎn)矩方程Te=np(ψdiq-ψqid)（2.7）電動機(jī)的運(yùn)動方程為（2.8）(3)電動機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的模型為了簡便，直接根據(jù)坐標(biāo)變換理論，把永磁同步電動機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系dq下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換到兩相靜止αβ坐標(biāo)系下，得到如下電壓方程式：（2.9）同樣可得到電動機(jī)在αβ坐標(biāo)系下的磁鏈方程為（2.10）在兩相靜止坐標(biāo)系αβ下，根據(jù)定子回路的電壓平衡方程式，Ψα，Ψβ可對電壓求積分得到（2.11）（2.12）電磁轉(zhuǎn)矩為：（2.13）(4)電動機(jī)在磁場旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型xy磁場旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系也屬于解耦的dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，變換原理和形式與dq坐標(biāo)系相似，x軸與d軸之間的夾角δ。xy坐標(biāo)系與dq坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)變公式如式所示（2.14）式中的變換矩陣也適用于電壓，磁鏈?zhǔn)噶?。xy坐標(biāo)系下的磁鏈計(jì)算式為（2.15）由于Ψy=0，因此由式可得（2.16）因?yàn)棣?x=Ψy，因此根據(jù)式可得：（2.17）將電流id，iq由坐標(biāo)變換到電流ix，iy，代入式6.7.可得在xy坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表示式：（2.18）對于隱極式永磁同步電動機(jī)來講，由于Ld=Lq=Ls，因此轉(zhuǎn)矩的表示式又可寫成（2.19）在上式中ωsr為定子磁鏈相對于轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)角速度，δ0為轉(zhuǎn)矩角變化前一時刻的初值。由上式可知，當(dāng)定子磁鏈保持幅值恒定，轉(zhuǎn)矩角從-90°變化到90°時，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)矩角增大而增大，且轉(zhuǎn)矩角為90°時，轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大。2.2直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)現(xiàn)從上式能夠得到，當(dāng)定子磁鏈大小保持不變時，電動機(jī)的電磁鏈轉(zhuǎn)矩是隨著轉(zhuǎn)矩角的變化而變化的。因此能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩角δ來對電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。δ角雖然不能直接調(diào)節(jié)。這是因?yàn)槎ㄗ与姶艜r間常數(shù)比轉(zhuǎn)子的機(jī)械時間常數(shù)小，因此當(dāng)迅速改變定子磁鏈旋轉(zhuǎn)方向時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化滯后于定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而達(dá)到改變δ角的目的。要使定子磁鏈迅速改變方向，可根據(jù)需要選擇基本電壓矢量中的一個施加給逆變器驅(qū)動電動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對δ角的控制。綜上所述，永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的理論基礎(chǔ)為：經(jīng)過控制定子磁鏈幅值保持恒定，改變定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度和方向來瞬時調(diào)整轉(zhuǎn)矩角δ，就能夠?qū)崿F(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩的動態(tài)控制，這也是直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思想。永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖?？刂葡到y(tǒng)將電動機(jī)給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的誤差PI調(diào)節(jié)器輸出給定轉(zhuǎn)矩信號，磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的估算值電壓和逆變器的開關(guān)信號以及逆變器電流，在根據(jù)電動機(jī)在αβ坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型計(jì)算而得；根據(jù)計(jì)算出的磁鏈分量，能夠判斷出定子磁鏈所在的區(qū)段。把定子磁鏈的給定值和估算值進(jìn)行比較，并經(jīng)過滯環(huán)比較器后，信號輸入電壓矢量查詢表，再把定子磁鏈?zhǔn)噶克诘膮^(qū)段號輸入電壓矢量查詢表。經(jīng)過事先設(shè)定好的電壓矢量查詢表，確定出適當(dāng)?shù)拈_關(guān)狀態(tài)，控制逆變器進(jìn)而驅(qū)動永磁同步電動機(jī)[12]。圖2.3永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制框圖2.2.1定子磁鏈的估算和滯環(huán)控制關(guān)于定子磁鏈幅值的估算方法和電壓矢量對定子磁鏈的作用，介紹定子磁鏈的位置角估算方法和磁鏈滯環(huán)控制。(1)定子磁鏈位置角的檢測根據(jù)電壓模型法計(jì)算求得的Ψs的幅值，求出兩相坐標(biāo)系中αβ的分量，，那么Ψs的位置角能夠按照下式求得：（2.20）根據(jù)γ的值，能夠判斷某一時刻定子磁鏈?zhǔn)噶克诘膮^(qū)域θn（n=1,2,3,4,5,6,）。(2)定子磁鏈的滯環(huán)控制如圖中總共有3個圓，圖中的虛線圓表示Ψs給定值|Ψs*|；兩個實(shí)線圓之間的折線表示定子磁鏈幅值的實(shí)際值，用|Ψs|表示，兩個實(shí)線圓的半徑差2Δ|Ψs|，即允許的誤差范圍。在運(yùn)行中，要求定子磁鏈|Ψs|能滿足如下關(guān)系：|Ψs*|-Δ|Ψs|≤|Ψs|≤|Ψs*|+Δ|Ψs|（2.21）圖2.4電壓空間矢量對定子磁鏈的滯環(huán)控制按照要求，選取欠當(dāng)?shù)幕倦妷菏噶?，控制定子磁鏈幅值在一定的容差范圍?nèi)波動。這樣，在容差范圍內(nèi)定子磁鏈幅值形成的軌跡就是磁鏈圓軌跡[13-14]。|Ψs|的滯環(huán)控制過程中，對|Ψs*|與|Ψs|進(jìn)行比較作差。當(dāng)|Ψs|-|Ψs*|≥Δ|Ψs|，即實(shí)際值比給定值大，此時滯環(huán)控制器輸出ψ=0，表示要求減小定子磁鏈的幅值；當(dāng)|Ψs*|-|Ψs|≥Δ|Ψs|，即實(shí)際值比給定值小，此時滯環(huán)控制輸出ψ=1，表示要求增大定子磁鏈的幅值。2.2.2電磁轉(zhuǎn)矩的估算與滯環(huán)控制在永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制過程中，要實(shí)現(xiàn)對電磁轉(zhuǎn)矩的控制，首先要知道電磁轉(zhuǎn)矩的反饋值，以當(dāng)前的技術(shù)水平，直接測量電磁轉(zhuǎn)矩是比較困難的，為此需要采用間接法求取電磁轉(zhuǎn)矩。能夠采用公式計(jì)算法求得電磁轉(zhuǎn)矩的反饋值，即估算值，然后把電磁轉(zhuǎn)矩的估算值與給定值送入滯環(huán)比較器進(jìn)行滯環(huán)比較，控制電磁轉(zhuǎn)矩在允許的誤差范圍內(nèi)波動。(1)電磁轉(zhuǎn)矩的觀測模型按照上式（2.7）在控制系統(tǒng)中，電磁轉(zhuǎn)矩幅值的計(jì)算模型如圖圖2.5電磁轉(zhuǎn)矩觀測模型(2)電磁轉(zhuǎn)矩的滯環(huán)控制采用滯環(huán)控制器來實(shí)現(xiàn)對電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。此方法要把電磁轉(zhuǎn)矩給定值Te*與估算值Te進(jìn)行比較作差。系統(tǒng)中電磁轉(zhuǎn)換滯環(huán)控制器的滯環(huán)寬度設(shè)定為2Δ|Te|，即誤差允許的范圍。當(dāng)Te-Te*≥Δ|Te|時，滯環(huán)控制器的輸出為τ=-1，即估算值比給定值大，表示要求減小電磁轉(zhuǎn)矩；當(dāng)Te*-Te*≥Δ|Te|時，滯環(huán)控制器的輸出為τ=1，即估算值比給定值小，表示要求增大電磁轉(zhuǎn)矩；當(dāng)滯環(huán)控制器輸出τ=0時，表示電磁轉(zhuǎn)矩的估算值與給定值的偏差在系統(tǒng)允許范圍內(nèi)，不需要對電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行增大或減小的控制。2.2.3開關(guān)表的研究在永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶刻幱诓煌膮^(qū)域時，能夠根據(jù)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的誤差狀態(tài)來選擇不同的電壓空間矢量對逆變器進(jìn)行控制[15]。具體實(shí)現(xiàn)方法是：設(shè)定開關(guān)表有三個輸入信號，定子磁鏈的偏差，電磁轉(zhuǎn)矩的偏差和定子磁鏈的區(qū)段號；設(shè)定開關(guān)表的輸出信號為基本電壓空間矢量。當(dāng)開關(guān)表接收到輸入信號時，綜合三個輸入信號值，選擇對應(yīng)的電壓空間矢量，從而實(shí)現(xiàn)對逆變器的控制。經(jīng)過查表就能夠?qū)崟r地控制定子磁鏈的增加和減小，電磁轉(zhuǎn)矩的增加和減小，確定定子磁鏈軌跡和電磁轉(zhuǎn)矩的動態(tài)響應(yīng)按照期望的情況進(jìn)行[16]。下表給出了采用有效電壓空間矢量的逆變器開關(guān)表表2.1采用有效電壓運(yùn)動矢量的逆變器開關(guān)表φτθ1θ2θ3θ4θ5θ611U2(110)U3(010)U4(011)U5(001)U6(101)U1(100)-1U6(101)U1(100)U2(110)U3(010)U4(011)U5(001)01U3(010)U4(011)U5(001)U6(101)U1(100)U2(110)-1U1(100)U2(110)U3(010)U4(011)U5(001)U6(101)不同區(qū)段電壓矢量的選擇根據(jù)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的偏差情況來綜合選取。采用下式來決定φ和τ取值，其中Δφ和Δτ分別為定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定值與估算值之間的偏差。（2.22）（2.23）式中，φ(k-1)和τ(k-1)表示前一個控制周期轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制狀態(tài)。2.3直接轉(zhuǎn)矩控制MATLAB仿真DTC方法實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)控制。在得到電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩值后，即可對永磁同步電動機(jī)進(jìn)行DTC。如圖121給出永磁同步電動機(jī)的DTC方案結(jié)構(gòu)框圖。它由永磁同步電動機(jī)，逆變器，轉(zhuǎn)矩估算，磁鏈估算及電壓矢量切換開關(guān)表等環(huán)節(jié)組成，其中ud，uq，id，iq為靜止（d-q）坐標(biāo)系下電壓，電流分量。雖然對DTC的研究已取得了很大的進(jìn)展，但在理論和實(shí)踐上還不夠成熟，例如，低速性能，帶負(fù)載能力等，而且她對實(shí)時性要求高，計(jì)算量大。253圖121圖2.6永磁同步電動機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制框圖根據(jù)上述關(guān)于PMSMDTC的理論分析，能夠在的環(huán)境下搭建控制系統(tǒng)的仿真模型，如圖2.8所示。表2.2 永磁同步電機(jī)的參數(shù)Table2.3 TheparametersofPMSM參數(shù)數(shù)值額定功率PNW極對數(shù)P2定子電阻Rs0.9585Ω電感L5.25mH額定轉(zhuǎn)速nr/min等效勵磁磁鏈Ψf0.1827Wb阻尼系數(shù)B0.3035轉(zhuǎn)動慣量J0.006325kg?控制系統(tǒng)的仿真模型如圖2.8所示，主要有PI速度調(diào)節(jié)器模塊、滯環(huán)控制器模塊、Clarke模塊、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊等。本文針對上節(jié)提出的改進(jìn)的新型磁鏈觀測器，給出了模塊的實(shí)現(xiàn)方法，如圖所示。圖2.7 PMSMDTC系統(tǒng)仿真模型對系統(tǒng)進(jìn)行如下仿真研究，給定轉(zhuǎn)速和給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，系統(tǒng)在時開始加速，加速到后速度達(dá)到穩(wěn)定后不再改變；轉(zhuǎn)矩在時跳變到，圖2.10中給出了定子磁鏈軌跡、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的仿真曲線及相定子電流波形系統(tǒng)穩(wěn)定后的曲線。經(jīng)過觀察各個參數(shù)仿真出的曲線，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證該方法的可行性。FOC電壓波形圖2.9 DTC電壓波形Fig.2.10 Thetraditionaldirecttorquecontrolsimulationwaveforms仿真結(jié)果中能夠看出系統(tǒng)從啟動到穩(wěn)定運(yùn)行的整個相關(guān)參數(shù)的變化過程。在理想狀態(tài)下，DTC系統(tǒng)響應(yīng)迅速，運(yùn)行較平穩(wěn)。當(dāng)轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)速并未隨轉(zhuǎn)矩的變化而發(fā)生波動。PMSM-DTC具有較好動、靜態(tài)特性，但轉(zhuǎn)速仿真中實(shí)際轉(zhuǎn)矩同給定值相比存在超調(diào)，而且轉(zhuǎn)矩脈動較大。FOC電流波形DTC電流波形FOC轉(zhuǎn)矩波形DTC轉(zhuǎn)矩波形FOC轉(zhuǎn)速波形DTC轉(zhuǎn)速波形3.SVPWM研究3.1引言交流永磁同步電機(jī)作為一種最常見的電動機(jī)，廣泛的應(yīng)用在機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床，醫(yī)療設(shè)備，輕工機(jī)械及石油化工設(shè)備中。能夠經(jīng)過它實(shí)現(xiàn)設(shè)備的速度或位置的精密控制。經(jīng)過上一章節(jié)的研究和仿真，雖然PMSMDTC結(jié)構(gòu)簡單，磁鏈沿著軌跡運(yùn)動，轉(zhuǎn)速響應(yīng)快，但其輸出的磁鏈，轉(zhuǎn)矩脈動都比較大。3.2SVM技術(shù)用于永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制對于三相永磁同步電動機(jī)的三閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，當(dāng)前廣泛使用磁通正弦SVPWM（SpaceVectorPulseWidthModulation），該方法與電壓正弦PWM不同，它是從電動機(jī)的角度出發(fā)，著眼于如何使電動機(jī)獲得幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，即正弦磁通。該控制策略把逆變器和電動機(jī)看成一個整體來處理，因此模型簡單，便于微處理器實(shí)時控制，并具有轉(zhuǎn)矩脈動小，噪聲低，電壓利用率高的優(yōu)點(diǎn)，因此當(dāng)前無論在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)或閉環(huán)控制系統(tǒng)中均得到了廣泛應(yīng)用。多三相逆變器的SVPWM技術(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)的三相SVPWM的基礎(chǔ)上，經(jīng)過空間實(shí)時相移技術(shù)，使得每個獨(dú)立三相逆變器單元的SVPWM波形在空間實(shí)時相移到與電動機(jī)繞組空間相對應(yīng)的角度。使得每組SVPWM波與相對應(yīng)的電動機(jī)繞組總是保持相對靜止?fàn)顟B(tài)。3.2.1SVPWM二電逆變器空間電壓矢量二電平廣義逆變器空間電壓矢量PWM調(diào)制方式其本質(zhì)上對應(yīng)的開關(guān)策略[17]是：在三相電壓源逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，開關(guān)狀態(tài)函數(shù)僅僅是由上橋臂功率器件的開關(guān)狀態(tài)所確定的，下橋臂的開關(guān)狀態(tài)與上橋臂是互補(bǔ)的。三相電壓的開關(guān)狀態(tài)是由8個基本開關(guān)狀態(tài)所確定的，其中包括6個非零矢量和兩個零矢量。矢量合成SVPEM法是由三個向量來等效合成廣義逆變器控制所需的理想空間電壓向量Vout，即Vout的幅值和相位是由一個60°區(qū)間的兩個非零向量和一個零向量共同作用的合成。這種特殊的開關(guān)策略引入了虛擬的3次諧波調(diào)制電壓，有效地提高了PWM波的線性調(diào)制區(qū)域。與傳統(tǒng)的正弦波電壓SPWM撥調(diào)制方式相比，SVPWM在輸出電壓和電流中產(chǎn)生的諧波畸變更小，并對直流母線電壓更高的利用率。其相電壓的基波有效值是傳統(tǒng)SPWM波的1.1547倍。在同樣功率輸出的情況下，能夠有效縮小功率器件的尺寸或者提高系統(tǒng)的過載能力。由于矢量控制是基于直角坐標(biāo)系的解耦控制方式，因此與開環(huán)控制所采用的基于幅值/相位的SVPWM方式有所不同，研究基于直角坐標(biāo)系的SVPWM產(chǎn)生策略在算法的實(shí)時性與執(zhí)行效率方面對于DSP系統(tǒng)就更為重要?；谥苯亲鴺?biāo)系SVPWM能夠提高異步電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)中廣泛采用的矢量控制算法的效率，盡可能避免消耗較多資源的三角函數(shù)和反三角函數(shù)的運(yùn)算。最大限度的利用DSP所擅長的乘，加法運(yùn)算能力。3.2.2SVPWM技術(shù)研究采用三相橋式逆變器主電路的簡化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖，其中對于上，下橋臂中同一位置的開關(guān)元件無論是IGBT，IPM等主開關(guān)或者是續(xù)流二極管其導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)函數(shù)是相同的，因此等效為同一個理想開關(guān)。圖3.1三相逆變器簡圖根據(jù)SVPWM的拓?fù)涫疽鈭D，能夠得出在直流環(huán)節(jié)電壓VDC確定已知的情況下，開關(guān)狀態(tài)函數(shù)Sc種不同的組合方式及線電壓和相電壓的表示式，見表表3.1SVPWM開關(guān)狀態(tài)函數(shù)表ScSBSAVANVBNVCNVABVBCVCA0000000000012VDC/3-VDC/3-VDC/3VDC0-VDC010-VDC/32VDC/3-VDC/3-VDCVDC0011VDC/3VDC/3-2VDC/30VDC-VDC100-VDC/3-VDC/32VDC/30-VDCVDC101VDC/3-2VDC/3VDC/3VDC-VDC0110-2VDC/3VDC/3VDC/3-VDC0VDC111000000當(dāng)電動機(jī)繞組為星型接法時，VAN,VBN,VCN為逆變器三相電壓輸出電壓，6個開關(guān)器件分別被格子的門極信號SA,SB,SC,A,B,C控制。根據(jù)開關(guān)向量[SA,SB,SC]的0/1選取，電動機(jī)的三相電壓能夠表示為：（3.1）同時，能夠確定逆變器功率器件的8種組合狀態(tài)，并得到不同狀態(tài)下電動機(jī)定子電壓的適量表示式：（3.2）在α-β直角坐標(biāo)系中，經(jīng)過克拉克變換能夠得到三相電壓與直角坐標(biāo)系中正交電壓分量的轉(zhuǎn)換關(guān)系，Vsα，Vsβ電壓分量有如下公式表示：（3.3）將公式上2代入上1，能夠得到開關(guān)向量[SA,SB,Sc]與Vsα，Vsβ電壓分量的關(guān)系，見表下顯然，Vsα，Vsβ同樣包括8個基本空間電壓矢量，6個有效電壓矢量，2個零矢量。其中6個有效矢量的模長為，其代表了在60°的整數(shù)倍方向上合成電壓矢量的作用效果。上1方程式可化簡為（3.4）上表三相逆變器開關(guān)狀態(tài)函數(shù)與α，β電壓分量的關(guān)系表3.2三相逆變器開關(guān)表SCSBSCVSαVSβVectorSector00000O000012VDC/30U01010VDC/3VDC/U120211VDC/3VDC/U603100-VDC/3-VDC/U2404101VDC/3-VDC/U3005110-2VDC/30U180611100O1117從上表可得逆變器開關(guān)狀態(tài)電壓空間向量圖，將向量圖的空間區(qū)域分為6個象限，每個象限間隔60°，如圖所示圖3.2逆變器開關(guān)狀態(tài)基本空間電壓向量圖合成電壓空間向量的表示式為：（3.5）空間矢量PWM技術(shù)的核心是離散控制8個基本空間電壓向量的導(dǎo)通時間，使8個電壓向量的合成作用，在整個360°空間區(qū)域內(nèi)來逼近原本由，產(chǎn)生的空間合成電壓向量Uout。在下圖中。圖3.3空間合成電壓向量圖0~60°區(qū)域逆變器空間矢量PWM技術(shù)電壓向量圖在圖中代表了由U0，U60合成作用時的α軸合成分量，代表了由U0，U60合成作用時的β軸合成分量。（3.6）SVPWM空間電壓矢量脈寬調(diào)制的目標(biāo)就是盡可能地模擬定子電壓向量在空間的變化趨勢。雖然電壓向量不能經(jīng)過，直接獲得，但利用功率開關(guān)狀態(tài)函數(shù)的8種基本組合卻能夠方便的實(shí)現(xiàn)定子電壓向量的模擬。假定在某一時刻合成電壓向量處于0-60°區(qū)域，則此時UOUT向量是由U0，U60，O000，O111四個基本電壓空間矢量所合成，由上圖能夠得出在第一個60°的區(qū)域內(nèi)有關(guān)矢量的幾何關(guān)系如下；（3.7）式中，T1，T2為周期T內(nèi)相鄰開關(guān)狀態(tài)的累計(jì)導(dǎo)通時間；T為離散采樣周期；T0為周期T內(nèi)零狀態(tài)累計(jì)導(dǎo)通時間。對上公式進(jìn)行分解可得：（3.8）3.2.3電壓幅值研究方程式上2中采用的是實(shí)際值，為了規(guī)范計(jì)算過程，需要采用標(biāo)幺值，對計(jì)算進(jìn)行歸一化處理。由表上1能夠得知，U0，U60向量模的長度為2VDC/3.如果令（3.9）是相電壓的峰值，由上3公式能夠得出以幅值/角度形式表示的T1，T2，T0表示式：（3.10）設(shè)定零矢量O000的作用時間為；，能夠得到零矢量的兩個分量的作用時間是能夠按照比例因子進(jìn)行調(diào)整，從而得出不同類型的空間矢量SVPWM的方案。能夠得出：隨著合成電壓矢量的長度的增加，T1，T2也逐漸增加，T0逐漸減小?？墒且獫M足在線性區(qū)內(nèi)的要求，必須，即（3.11）要使在任何θ數(shù)值下式上總成立，則.取最大相電壓作為電壓的基值，則標(biāo)幺化后的。由于需要盡可能的避免占用資源較多的三級哦啊函數(shù)運(yùn)算，方程式能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橄铝行问剑海?.12）能夠采用時間的標(biāo)幺值來簡化計(jì)算，由下列公式定義t1，t2：（3.13）類似地能夠得到，當(dāng)UOUT處于60°~120°區(qū)域時，則：（3.14）假定根據(jù)下列方程式定義3個變量X,Y,Z：（3.15）3.2.4電壓矢量的分區(qū)顯然，當(dāng)UOUT處于0°~60°區(qū)域時，t1=-Z，t2=X;當(dāng)UOUT處于60°~120°區(qū)域時，t1=Z，t2＝Ｙ。經(jīng)過類似的方法能夠得到整個360°區(qū)域內(nèi)以變量X，Y，Z作為自變量的t1，t2表示式。這種方法能夠利用計(jì)算效率很高的一維查表算法，盡可能避免耗用資源較多三角函數(shù)運(yùn)算和矩陣運(yùn)算。下表列出了整個360°區(qū)域t1，t2的計(jì)算與分區(qū)結(jié)果。其中快速的確定分區(qū)是SVPWM算法的關(guān)鍵步驟之一。因此，有必要建立一組輔助函數(shù)來確定分區(qū)。表3.3t1，t2計(jì)算與分區(qū)表SectorU0~U60U60~U120U120~U180U180~U240U240~U300U300~U360Number132645t1-ZZX-X-YYt2XY-YZ-Z-X表以變量X，Y，Z為自變量所確定的t1，t2分區(qū)定義分區(qū)函數(shù)建立的規(guī)則是當(dāng)空間電壓合成向量UOUT每轉(zhuǎn)過60°區(qū)域，分區(qū)函數(shù)的輸出值改變一次，改變的值與所處區(qū)間的序列數(shù)為一一對應(yīng)的關(guān)系，同時數(shù)值改變的邊界應(yīng)當(dāng)是6個非零有效基本空間矢量的方向。根據(jù)以上規(guī)則能夠建立出分區(qū)輔助函數(shù)如下：（3.16）SVPWM算法的實(shí)現(xiàn)步驟：(1)確定UOUT所在的分區(qū)數(shù)Sector_Number;(2)計(jì)算X,Y,Z;(3)計(jì)算時間的標(biāo)幺值t1,t2。情況下，t1+t21，如果t1+t2>1時，需進(jìn)行狀態(tài)飽和補(bǔ)償，用補(bǔ)償計(jì)算值作為新的狀態(tài)時間；（3.17）（3.18）(4)確定循環(huán)周期值taon，tbon，tcon；(5)將循環(huán)周期值taon，tbon，tcon賦值給Ta，Tb，Tc。循環(huán)周期值taon，tbon，tcon變量由下列公式確定：（3.19）根據(jù)分區(qū)數(shù)Sector_Number把正確的循環(huán)周期值txon賦值給正確的逆變器的相變量，即Ta，Tb，，Tc，下表列出了賦值基規(guī)律表3.4Ta，Tb，，Tc賦值基規(guī)律表SectorU0~U60U60~U120U120~U180U180~U240U240~U300U300~U360Number132645TataontbontcontcontbontaonTbtbontaontaontbontcontconTctcontcontbontaontaontbon公式上給出的是對稱模式SVPWM調(diào)制，也稱之為七段式SVPWM波，其相對與非對稱PWM信號的優(yōu)勢在于它在每一個周期內(nèi)的開始和結(jié)尾處有兩個零矢量區(qū)段。在交流同步電動機(jī)中，對稱PWM調(diào)制信號比非對稱PWM信號引起的諧波畸變小。3.3SVPWM的MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)用波形采用TI公司的TMS320F2812DSP表3.5永磁同步電機(jī)的參數(shù)表參數(shù)數(shù)值極對數(shù)3定子電阻0.65Ω永磁體磁鏈0.1842Wbd軸電感0.0029Hq軸電感0.0029H額定電壓240V額定電流7.3額定轉(zhuǎn)速4000rpm下圖為傳統(tǒng)DTC和SVPWM控制方式的磁鏈與轉(zhuǎn)矩波形仿真SVPWM電壓圖SVPWM電流波形圖SVPWM轉(zhuǎn)速圖SVPWM轉(zhuǎn)矩圖SVPWMFlux圖4.TMS320F2812DSP控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)TMS320F2812DSP開發(fā)平臺是一個獨(dú)立的嵌入式