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基于FPGA的永磁同步电机svpwm的数字电路设计

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中国电子科学研究院学报 2024年第4期 315-322页

作者：邵乐乐刘恒邵建龙昆明理工大学信息工程与自动化学院

针对永磁同步电机矢量控制算法中的空间矢量脉冲宽度调制（Space Vector Pulse Width Modulation, svpwm）在现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）中不能直接实现正余弦计算、无理数乘法的问题进行优化设计。设计... 详细信息

针对永磁同步电机矢量控制算法中的空间矢量脉冲宽度调制（Space Vector Pulse Width Modulation, svpwm）在现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）中不能直接实现正余弦计算、无理数乘法的问题进行优化设计。设计了基于查表法和一次线性补偿的正余弦数值计算、有符号数的■乘法计算模块，并使用Cyclone IV FPGA的硬件乘法器资源，对反Park变换、扇区判断和三相作用时间的计算进行了时序约束，对输入电机编码器数值、旋转坐标系的V＿d和V＿q参数经过进行计算，输出带死区功能的三相七段式PWM控制信号。在FPGA中实现svpwm算法精度为3.0×10-5,计算时间为1.6μs,对比高性能STM32F429微处理器有一定优势，满足了永磁同步电机的矢量控制要求。

关键词： svpwm 查找表 Cyclone IV FPGA 永磁同步电机矢量控制数字电路

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基于随机svpwm的磁轴承功放研究

数字制造科学 2024年第1期 72-76,82页

作者：谭常宇郭新华武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

针对传统磁轴承功放因每个线圈都使用单独的H桥,存在体积庞大、功率损耗高等问题,以空间矢量控制理论为基础,通过共用部分桥臂,磁轴承功放只需要三个桥臂就可以单独控制两个磁轴承线圈电流。而常规svpwm以固定开关频率进行脉宽调制,输... 详细信息

针对传统磁轴承功放因每个线圈都使用单独的H桥,存在体积庞大、功率损耗高等问题,以空间矢量控制理论为基础,通过共用部分桥臂,磁轴承功放只需要三个桥臂就可以单独控制两个磁轴承线圈电流。而常规svpwm以固定开关频率进行脉宽调制,输出电流在开关频率及其整数倍处存在大量的谐波能量,因此将随机PWM和svpwm相结合,提出了用于磁轴承桥臂功放的随机svpwm技术,通过将谐波能量尽可能分布在更宽的频带上,进而降低输出电流的谐波幅值。仿真和实验结果证实了相较于两电平PWM,该技术控制下的功放各项性能得到了提高,并且能够有效抑制输出电流的谐波幅值,进而改善控制系统的电磁噪声,提高控制系统的稳定性。

关键词：随机PWM svpwm 磁轴承功率放大器

基于T型三电平的三相光伏并网逆变器控制策略研究

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基于T型三电平的三相光伏并网逆变器控制策略研究

作者：柴方阳北方工业大学

学位级别：硕士

在全球气候变暖及化石能源日益枯竭的大背景下,可再生能源开发利用日益受到国际社会的重视,大力发展可再生能源已成为世界各国的共识。太阳能凭借其清洁、安全、独立和可控的特点,逐渐成为推动全球低碳能源转型的主导力量,光伏并网逆变... 详细信息

在全球气候变暖及化石能源日益枯竭的大背景下,可再生能源开发利用日益受到国际社会的重视,大力发展可再生能源已成为世界各国的共识。太阳能凭借其清洁、安全、独立和可控的特点,逐渐成为推动全球低碳能源转型的主导力量,光伏并网逆变器作为太阳能光伏电池与电网的接口装置,其控制策略具有重要研究意义,本文以加入平衡电路的双级式T型三电平三相光伏并网逆变器为研究对象,主要研究内容如下:(1)从光伏逆变器拓扑结构入手,总结了相对于单级式拓扑结构,双极式拓扑结构的优缺点,阐述了三电平拓扑相对于两电平拓扑结构的区别和优越性,T型三电平相较于其他三电平的拓扑结构优势,对比软硬件中点平衡方法优缺点,确定主电路选用加入平衡电路的双级式T型三电平三相光伏并网逆变器。(2)根据主电路拓扑分别对前级DC/DC变换器和后级DC/AC变换器工作原理分析并建立数学模型;通过平衡电路模态分析阐述了其中点电位平衡原理并建立了平衡电路数学模型。采用基于两电平的三电平简化空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,svpwm)策略,将三电平参考电压空间矢量分解为一个小矢量与一个等效两电平空间矢量之和,实现三电平svpwm。(3)根据各电路数学模型设计了DC/DC控制光伏输出电压的和控制母线电压的控制策略、中点电位平衡控制策略以及逆变并网控制策略;基于逆变并网控制策略介绍了有功限制与无功控制方案,当逆变功率受到限值时,通过DC/DC减小光伏发电功率控制母线电压稳定。根据前级DC/DC输入方式不同以及光伏侧最大功率点电压高低设计了两套逆变系统控制策略分配逻辑,同时兼顾DC/DC转换效率和MPPT效率。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型验证svpwm调制策略及相关控制策略有效性。(4)进行主要功率器件计算选型,驱动、采样及保护辅助电路设计,研制了逆变器装置;对系统代码组织结构、各任务函数功能以及机器状态机的切换逻辑进行介绍,介绍了MPPT算法和防逆流算法。最后通过装置进行实物实验,验证本文介绍控制策略正确性与有效性。

关键词： T型三电平中点电位平衡光伏逆变器 svpwm

有源中点箝位三电平变换器中点平衡控制策略研究

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有源中点箝位三电平变换器中点平衡控制策略研究

作者：柴英浩北方工业大学

学位级别：硕士

在大功率轨道交通等领域,三电平变换器具有电压等级高、功率器件耐压等级低、输出电流谐波含量小等优点而得到广泛应用,特别是在大容量、高频率的场合。相较于传统的中点箝位(Neutral Point Clamped,NPC)型三电平变换器,有源中点箝位(Ac... 详细信息

在大功率轨道交通等领域,三电平变换器具有电压等级高、功率器件耐压等级低、输出电流谐波含量小等优点而得到广泛应用,特别是在大容量、高频率的场合。相较于传统的中点箝位(Neutral Point Clamped,NPC)型三电平变换器,有源中点箝位(Active Neutral Point Clamped,ANPC)型三电平变换器具有均衡开关管损耗的特点,在大功率传动系统中应用优势更为显著。然而,三电平变换器存在中点电压不平衡的固有问题,这个问题会影响输出波形的质量,严重时甚至会损坏器件。因此,如何平衡中点电压成为了三电平变换器研究的关键问题。本文以ANPC型三电平变换器在直流侧中点电压不平衡问题为研究对象,对不同调制度工况下的中点电压平衡调制策略展开研究。首先,本文简要介绍了ANPC型三电平变换器的拓扑结构和工作原理,并对其优势进行了分析。同时,对ANPC型三电平变换器的换流模式及损耗分布情况进行了归纳总结。进一步以三电平空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,svpwm)技术为基础,从中点电流的角度出发,对svpwm技术中各基本电压矢量对中点电压的影响进行了综合分析,并深入研究了造成中点电压不平衡的主要原因。然后,为了进一步降低中点电压不平稳所带来的影响,对现有滞环法调制策略和传统电荷法调制策略的不足之处进行了详尽分析,并提出了一种新型的双自由度中点电压平衡调制策略。该策略利用冗余小矢量对中点电压影响相反的特性,引入了一种新型的双自由度平衡因子,通过调节冗余小矢量的作用时间来实现中点电压的平衡。通过对该策略进行仿真和实验验证,证明了相对于传统调制策略,这一新型调制策略在中点电压控制方面具有更佳的效果。最后,针对在中高调制度工况下冗余小矢量作用时间较短的问题,引入了虚拟空间矢量调制的思路,以消除中矢量对中点电压的影响。将新型调制策略与变虚拟矢量法调制策略结合,提出了用于全调制度工况下的改进混合调制策略,实现了全调制度工况下对中点电压的控制。通过仿真和实验验证了改进混合调制策略相较于传统调制策略在各种调制度工况下具有更好的控制效果。

关键词： ANPC变换器 svpwm 中点电压平衡平衡因子

基于改进PWM的低开关频率SPMSM电流纹波抑制

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微电机 2024年第6期57卷 22-29页

作者：王永棋韩剑波刘亚男刘轶骆攀玉佰强中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 海装北京局驻北京地区第六军代表室北京100094 华中科技大学人工智能与自动化学院武汉430074

传统svpwm由于其电压利用率高等优点被广泛应用在电机控制中,然而随着开关频率的降低,输出电流纹波会加剧,其将面临系统损耗增加、输出转矩脉动等问题,对系统稳定性和动态性能带来不利影响。针对这一问题,本文提出了一种基于改进混合PW... 详细信息

传统svpwm由于其电压利用率高等优点被广泛应用在电机控制中,然而随着开关频率的降低,输出电流纹波会加剧,其将面临系统损耗增加、输出转矩脉动等问题,对系统稳定性和动态性能带来不利影响。针对这一问题,本文提出了一种基于改进混合PWM的电流纹波抑制策略。通过构建静止坐标系下的电流纹波矢量模型,分析了低开关频率下的纹波加剧的原因。通过分析电压矢量作用时间和顺序与电流纹波之间的关系,选取了两种能够抑制电流纹波的开关序列。通过在线计算不同序列的电流纹波并根据结果切换输出,实现了对低开关频率下电流纹波的有效抑制。搭建了实物实验平台,实践验证了该抑制策略的有效性和可行性。

关键词： svpwm 低开关频率电流纹波抑制混合PWM

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一种成像定位与速度补偿系统

自动化技术与应用 2024年第4期43卷 31-33页

作者：孙洪宇侯仕强董立春程国伟哈尔滨科学技术职业学院黑龙江哈尔滨150300 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨广厦学院黑龙江哈尔滨150028 哈尔滨新光光电科技股份有限公司黑龙江哈尔滨150028

实现基于TMS320F28335控制器的成像定位与速度补偿系统。通过绘制包含F28335最小系统、ADC采集、位置采集、电机控制等模块,完成控制板原理图与PCB。通过嵌入式软件编程实现接收上位机控制指令,根据当前传感器数值和PID与svpwm等算法解... 详细信息

实现基于TMS320F28335控制器的成像定位与速度补偿系统。通过绘制包含F28335最小系统、ADC采集、位置采集、电机控制等模块,完成控制板原理图与PCB。通过嵌入式软件编程实现接收上位机控制指令,根据当前传感器数值和PID与svpwm等算法解算,控制两个永磁同步电机实现双轴空间定位与双轴速度补偿功能。经过实验与实际应用验证:该系统能够快速解析与响应上位机所发出的定位与补偿请求,且定位与补偿精度高。适合车载或航拍等需要大角度成像控制范围与需要速度补偿稳像成像的使用场景。

关键词：成像定位速度补偿永磁同步电机 PID svpwm

基于MATLAB的永磁同步电机矢量控制系统的设计

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价值工程 2024年第12期43卷 97-99页

作者：李艳芳西安工商学院西安710200

本文专注于永磁同步电机(PMSM)的转子磁场矢量控制策略,构建了一个转速与电流双闭环的矢量控制系统.我们利用SIMULINK工具,为该系统创建了仿真模型,并通过实验对其进行了验证.分析结果显示,永磁同步电机矢量控制系统具有显著的优势.此外... 详细信息

本文专注于永磁同步电机(PMSM)的转子磁场矢量控制策略,构建了一个转速与电流双闭环的矢量控制系统.我们利用SIMULINK工具,为该系统创建了仿真模型,并通过实验对其进行了验证.分析结果显示,永磁同步电机矢量控制系统具有显著的优势.此外,我们对系统进行了详细的建模和解析,并构建了一个恒定磁同步平台.这一平台为后续的实验研究提供了坚实的基础.

关键词：永磁同步电机矢量控制 SIMULINK svpwm

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基于svpwm的三电平变频器无中性线控制中点电位调节能力

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海军工程大学学报 2023年第4期35卷 20-28页

作者：胡亮灯吴文捷楼徐杰郭城海军工程大学舰船综合电力国防科技重点实验室武汉430033

目前,鲜有文献对三电平变频器无中性线下中点电位调节能力边界展开研究。为此,针对船舶三电平推进变频器无中性线控制需求,给出了基于空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse width modulation,svpwm)的三电平变频器无中性线控制中点... 详细信息

目前,鲜有文献对三电平变频器无中性线下中点电位调节能力边界展开研究。为此,针对船舶三电平推进变频器无中性线控制需求,给出了基于空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse width modulation,svpwm)的三电平变频器无中性线控制中点电压平衡策略。首先,理论推导了svpwm策略下无中性线控制不同扇区下中点电位调节能力的边界,并在几种典型调制比下对中点电位调节能力进行了离线仿真验证,结果与理论相符;然后,搭建了控制器硬件在回路实时仿真平台,实验验证了基于svpwm策略下中点电位控制的有效性及中点电位调节能力的准确性。相关研究结论可为推进变频器直流支撑电容设计及无中性线下变频器安全运行边界确定提供技术支撑。

关键词： 3L-NPC 无中性线控制中点电位 svpwm

A novel svpwm strategy considering neutral-point potential balancing for three-level NPC inverter

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Journal of Shanghai University(English Edition) 2006年第1期10卷 53-58页

作者：陈国呈宋文祥武慧孙承波 Shanghai Key Laboratory of Power Station Automation Technology Shanghai University Shanghai 200072 P. R. China

This paper proposes a novel svpwm （space vector pulse width modulation） strategy for the three-level neutral-point-clamped voltage source inverter, based on the particular disposition of all the redundant voltage vectors. The new modulation approach shows superior performance for harmonic voltage and balancing control of neutral-point potential compared to the popular eight-stage centered svpwm. It realizes suppression of inverter neutral-point potential variation by accurately modifying redundant factor of small vectors pairs, only requiring information of DC-link capacitor voltages and three-phase load currents. This is convenient to apply and is compatible of digital computer realization. Feasibility of the proposed control approach is verified by simulation and experimental results.

关键词： neutral-point-clamped inverter neutral-point potential control svpwm distribution factor.