牵引逆变器状态方程

直接转矩控制

直击核心：直接转矩控制的革新之旅

直接转矩控制（DTC）是一种先进的电机控制策略，它的核心在于利用Bang-Bang控制原理，通过精确计算生成脉宽调制（PWM）信号，对逆变器的开关状态进行优化。这一方法巧妙地简化了传统的矢量控制，显著降低了对电机参数的依赖，实现了对磁链和转矩的直接控制。

DTC的运作原理是实时监测电机的电压和电流，通过这些实时数据，它能够计算出磁链和所需的电压矢量。控制的目标清晰明确：磁链与转矩的精确调控。在永磁同步电机（PMSM）的控制过程中，不可或缺的因素包括坐标变换、磁链方程、电流和转矩方程，以及电压矢量与磁链扇区的关联关系。

Bang-Bang控制器的核心作用是实时调整信号输出，形成一个精确的开关表。一旦确定了定子磁链所在的扇区，控制器就会选择相应的电压矢量。最后，结合开关表和磁链值，我们得以编写出高效且稳定的控制程序，以S函数的形式实现电机的精准驱动。

在实际操作中，根据flag值的不同，DTC执行相应的任务：

flag = 0: 这是初始化阶段，系统设置好参数，进入连续工作模式，采样周期设定在[-1, 0]范围内。

flag = 3: 这时，系统开始进行输出计算，构建V_Table表，进行相关计算以保证控制的实时性。

其他flag值: 对于未预定义的flag值，系统会智能识别并处理，确保控制流程的完整性。

深入理解DTC，离不开袁雷老师的《基于MATLAB仿真的永磁同步电机控制》这一权威指南，以及电机与控制理论中对DTC直接转矩控制的深入剖析。通过这些资源，我们可以更好地掌握这一技术，推动电机控制领域的进步。

PWM技术的几种PWM控制方法

采样控制理论中有一个重要结论：当冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是基于这个结论，通过控制半导体开关器件的导通和关断，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需的波形。通过按一定规则对各脉冲的宽度进行调制，既可以改变逆变电路输出电压的大小，也可以改变输出频率。

PWM控制的基本原理很早就已经提出，但由于电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展，以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，主要有以下方法。

1. 随机PWM方法：在上世纪70年代至80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声，尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。

2. SPWM（Sinusoidal PWM）法：这是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。其原理是利用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变局旦培调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

3. 等面积法：该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。

4. 硬件调制法：硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的，其原理是把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。

5. 软件生成法：由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法，即自然采样法和规则采样法。

6. 低次谐波消去法：是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法。其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开，表示为u(ωt)=ansinnωt，首先确定基波分量a1的值，再令两个不同的an=0，就可以建立三个方程，联立求解得a1、a2及a3，这样就可以消去两个频率的谐波。

7. 梯形波与三角波比较法：该方法是采用梯形波作为调制信号，三角波为载波，且使两波幅值相等，以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。

8. 线电压控制PWM：对于三相无中线对称负载，逆变器输出不必追求相电压接近正弦，而可着眼于使线电压趋于正弦。因此，提出了线电压控制PWM，主要有马鞍形波与三角波比较法和单元脉宽调制法。

9. 电流控制PWM：基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号，把实际的电流波形作为反馈信号，通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断，使实际输出随指令信号的改变而改变。其实现方案主要有滞环比较法、三角波比较法和预测电流控制法。

10. 空间电压矢量控制PWM（SVPWM）：也叫磁通正弦PWM。它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成PWM波形。

11. 矢量控制：也称磁场定向控制，其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib及Ic，通过三相/二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿对直流电动机的控制方法，实现对交流电动机的控制。

12. 直接转矩控制：与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制，它也不需要解耦电机模型，而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值，然后，经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，能方便地实现无速度传感器化，有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度。

13. 单周控制法：又称积分复位控制（Integration Reset Control，简称IRC），是一种新型非线性控制技术，其基本思想是控制开关占空比，在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例。

14. 谐振软开关PWM：在常规PWM变换器拓扑的基础上，附加一个谐振网络，谐振网络一般由谐振电感、谐振电容和功率开关组成。开关转换时，谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程，谐振过程极短，基本不影响PWM技术的实现。

什么是米利型和穆尔型时序电路？

米利型和穆尔型时序电路需要按照输出变量依从关系不同的区别，具体区别方法如下：

1、顺序逻辑电路可分为米利型和穆尔型，其输出与输入变量直接相关的时序逻辑电路称为米利型电路。

2、输出与输入变量不直接相关的时序逻辑电路称为穆尔型电路。

输入方程式：

1、米利型和穆尔型时序电路的逻辑图通常包括触发器和组合门。所使用的触发器的类型和组合电路的一系列布尔函数提供了绘制时序电路的逻辑图所需的所有信息。在组合逻辑电路中，触发输入信号的产生可以通过一系列布尔函数来描述。

2、调用这些布尔函数的触发器输入方程。在这里，我们还将使用传统的表示方法，使用触发器的输入符号作为触发器输入方程中的变量，并使用触发器的输出符号作为变量下标。在组合电路中，触发器的输入方程是一系列。

3、布尔表达式。下表变量是组合电路的输出符号。由于触发器的输出端始终与电路中的输入端相连，因此将其命名为触发器的输入方程。

4、触发器的输入方程为指定时序电路的逻辑图提供了间接代数表示。这些等式的字母符号意味着所使用的触发类型，同时，完全确定驱动触发的组合逻辑电路。时间变量未在触发输入公式中指定，但它隐含在触发器输入的时钟中。

扩展资料：

米利型和穆尔型时序电路设计：

1、首先写下电路的规格。

2、系统描述：从问题陈述中获取状态图表或状态表。

3、状态分配：如果只能通过步骤1获得状态图，则可以从状态图中获得状态表。没有为状态表中的每个状态分配二进制代码。

4、获取触发器的输入公式：选择一种或多种类型的触发器，并通过编码状态表中的下一状态获取触发器的状态方程。

5、获取输出方程：通过状态表中的输出信号条获得输出方程。

6、优化：优化触发器的输入和输出方程。

7、过程映射：绘制由触发器，门，门或逆变器组成的电路的逻辑图。逻辑图转换为由有效触发和门控过程组成的新逻辑图。

8、验证最终设计的正确性。为了方便起见，我们一般都省略步骤7即工艺映射，而在示意图中仅使用触发器、与门、或门和反向器。

百度百科-时序电路

浅析SVPWM调制技术

浅析SVPWM调制技术

在分析SVPWM调制技术之前，首先回顾三相交流电机的运行原理。三相交流电机的定子绕组是对称设置的，即A、B、C三相绕组轴线在空间上互差120°电角度。在三相交流电压作用下，绕组中流过三相对称电流。选取A相电流为基准，可以写出三相对称电流的表达式。绕组中的三相对称电流分别在空间中产生脉振磁动势。磁动势波形绘制如下。考虑理想情况，忽略电机的铁损和铜损，三相合成磁动势可以在空间中产生与它同相的旋转磁场，该磁场的磁链可以表示为。这个旋转磁场切割电机转子，在转子绕组中引起感应电流，该电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，从而驱动交流电机旋转。

逆变器结构如下图所示，在三相半桥电路中，由六个开关管控制输出端电压的状态。要实现交流电机的驱动，需要使得逆变器输出端合成电压矢量为一个幅值不变的旋转矢量。因此，首先分析逆变器输出端合成电压矢量的情况。以工作状态为例分析逆变器输出端合成电压矢量的情况。此时，逆变器中的通路如下图所示。画出简化电路如下图，根据分压原理，可以计算出每相绕组上的电压矢量。根据二进制编码，将工作状态称为状态4，对应的合成电压矢量为。类似地，求出逆变器每一个工作状态的合成电压矢量，如下图所示。八种工作状态中，状态0和状态7合成电压矢量为零矢量，其余六种工作状态合成的电压矢量将平面划分为6个扇区。已知SVPWM的控制目标是在空间中合成旋转的电压矢量，将这个幅值不变，方向随时间变化的电压矢量作为给定参考电压矢量，。

将参考电压矢量旋转过程划分为一系列极短的时间段，每一个时间段持续时间为，将其称为一个开关周期。在一个开关周期内，近似认为参考电压矢量的方向保持不变。离散化的处理如下图所示。参考电压矢量旋转至不同扇区时，由不同的基本电压矢量来合成它。以运行在第一扇区为例，由基本电压矢量来近似合成它。某一个开关周期内，的空间位置如下图所示，其相位角为。在这一开关周期的时间内，使逆变器持续输出基本电压矢量的时间，持续输出基本电压矢量的时间，剩余时间由零矢量或补齐。根据PWM调制技术的面积等效原理，要实现输出结果和参考电压矢量的等效，需要使它们在开关周期时间内冲量相等，即。根据矢量合成的平行四边形法则，即为在基本电压矢量方向上的分量，即为在基本电压矢量方向上的分量。由此可以计算出和的大小。

在“αβ坐标系”，求解“合成参考电压矢量的方法”中的方程组，得到和的大小。利用αβ轴上的分量进行计算。在“αβ坐标系”的条件下，合成电压矢量乘以系数后，幅值均变为实际的2/3。而在（图9）和（图10）中已经计算了逆变器输出基本电压矢量中的非零矢量的实际幅值为，所以在“αβ坐标系”中，其幅值均按照计算，即在上式中代入，计算结果为。计算时间利用了参考电压矢量与基本电压矢量各分量的比值，而它们在αβ坐标系中均同时变为实际的2/3，所以等幅值变换的系数对结果没有影响。类似地，可以计算出在不同扇区用两个基本电压矢量合成参考电压矢量时，它们分别的持续时间。

上一节中计算得出了基本电压矢量的持续时间，以第一扇区为例，在一个开关周期内，逆变器先工作在状态4，输出基本电压矢量，持续时间为；然后切换开关状态，逆变器工作在状态6，输出基本电压矢量，持续时间为；剩余时间，逆变器工作在状态0或状态7，输出零矢量或，于是根据冲量相等原则，逆变器输出结果等效于参考电压矢量的作用结果。矢量合成的过程如下图所示。但在这种控制方式中，一个开关周期内只切换了两次开关状态，实际合成的电压矢量对参考电压的等效是比较粗糙的。SVPWM调制中，希望逆变器输出的合成电压矢量尽可能接近参考电压矢量，工程中常用“七段式”或“五段式”输出方式。对于“七段式”输出方式，仍以第一扇区为例，逆变器的工作状态切换为：状态0->状态4->状态6->状态7->状态6->状态4->状态0。在前半个开关周期，首先逆变器输出零矢量，持续时间为；接着输出基本电压矢量，持续时间为；再输出基本电压矢量，持续时间为；再输出零矢量，持续时间为；对称地，在后半个开关周期，首先逆变器输出零矢量，持续时间为；接着输出基本电压矢量，持续时间为；再输出基本电压矢量，持续时间为；最后输出零矢量，持续时间为。矢量合成的过程如下图所示。以上过程可以表示在下图的时间轴中。为了后序编程的方便，下面对不同扇区中比较器的参考调制波信号进行归纳。首先列出各扇区调制波的计算公式。可以看出，图中相同色块的公式具有相似的形式，为简化计算可将它们归为一类。另外，由于每个扇区只有两个非零矢量参与参考电压矢量的合成，因此所有计算公式中均只用表示非零矢量的持续输出时间。

六个扇区由三条分界线划分，每条分界线划分区域的条件如下。将各扇区使用二进制代码编码如下。至此，就完成了SVPWM实现方法的介绍。下面通过matlab实现以上步骤，并验证SVPWM调制技术。在仿真验证中，操作过程包括给定参考电压矢量、确定参考矢量所在扇区、计算中间变量、根据扇区位置确定比较器的参考电压、参考电压与三角载波送入比较器生成PWM信号、通过PWM信号控制主电路，逆变器输出三相电压。仿真结果如下图所示。链接：提取码：q4mq。！！创作不易，欢迎大家点赞、收藏！！每一个关注都会让我很开心。

SVPWM并网逆变器

并网逆变器的原理与控制策略

并网逆变器是实现电能转换和输出的关键设备，其核心在于SVPWM（空间矢量脉宽调制）调制技术的运用。SVPWM技术通过精确控制逆变器的开关状态，实现对输出电压幅值和相位的控制，进而调节流过电路的电流和向电网注入的功率。

并网逆变器结构由电网侧电压决定，通过SVPWM调制控制输出电压幅值和相位，从而调节电流，控制注入功率。以a相为例，RL支路电压与电流方程描述了这种关系。忽略PWM调制和开关状态，假设逆变器输出标准三相正弦电压，方程中的电网电压幅值和相位由电网状态决定，输出电压可调，因此能控制电流。

为建立并网逆变器的数学模型，我们采用坐标变换原理将方程从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系，以简化计算。通过定义变换矩阵和相对位置，我们可以使用dq坐标系表示电压和电流方程，实现独立控制d、q轴电流分量。利用Laplace变换，我们能够画出系统的结构框图，分析输入输出变量之间的关系。

在电网电压定向控制中，我们要求dq坐标系的d轴与电网电压合成矢量方向重合。通过电网电压定向，我们能够独立控制逆变器向电网注入的有功和无功功率。实现这一目标，我们利用锁相环（PLL）计算合成电压矢量的相位，进而调整dq坐标系的旋转角度。

为了验证上述理论，我们可以使用仿真程序进行模拟。通过链接获取的仿真程序，我们能够直观地观察并网逆变器的工作过程，验证控制策略的有效性。

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