电机控制中SVPWM扇区的相关问题

发布人：西莫电机论坛时间：2020-12-24 来源：工程师发布文章

发帖内容

本文讨论的内容有以下几个方面:1.关于SVPWM扇区和转子的位置2.推荐SVPWM原理的书籍或资料及讨论对扇区判断的公式理解3.由Ualfa，Ubeta可以计算当前扇区，其依据是什么第一个问题“关于SVPWM扇区和转子的位置”讨论如下：1hitbuyi

假设三相永磁电机极对数为1，现只有一个NS磁极，那么，矢量控制中的六个扇区和NS磁极在空间角度的对应关系是怎么怎样的？

假设U相绕组处在0度，V相绕组为120度，W相绕组为240度，转子的N极在不同的位置，如何开通三相MOSFET管，驱动转子N极向前走（顺时针或逆时针），哪们高手图文并茂说一下？

还有就是，如何处在某一个位置,该怎么控制方向？

论坛回复2lbz0123

两者应该有一定相差的，SVPWM输出的是电压矢量，而转子位置基本与电流矢量同相位。

3hitbuyi

在理想情况下，相电流和反电势同相位，照兄台这样说，转子位置又和相电流同相位，那么，转子位置和反电势同相位了，如果记U相反电势Eu = ksin(theta)；再加上反电势相位比转子的磁场波形超前90度，那么，转子的的N极位置为theta - 90度的位置了，我还不太确定的就是这个？

4lbz0123

转子位置和反电势同相位，我记得应该是这样；因为反电动势本来就是转子磁场切割定子线圈得来的。

5hitbuyi

对于电角度初始位置和转子位置的对应，看似简单，很多书都不提这个，但是搞清楚很有必要，这涉及到编程。

6zyhjdm

svpwm所要生成的电压矢量所处的扇区，实际是根据你的电流指令和目前的转子位置计算出来的。比如目前的转子位置是0°，那么计算出来的电压矢量可能在110°，这样才能满足你相应电流的指令要求。这样svpwm计算出来的扇区就是2。分析下dq坐标系下的电机模型，应该可以得出的。反相转无非是电流指令为负的时候，产生的电压指令大概在-110°附近，相应判断的扇区就是5吧。

8wander_zhang

回复2lbz0123如果是永磁同步电机，转子位置和电流矢量应该相差90度才对。

9hitbuyi

回复8wander_zhang理想情况下，相电流和相反势同相位，如果A相反电势为Ea，则，

Ea = d(phy)/dt, phy = M*cos(theta)为正弦分布的永磁体磁场，那么，Ea = -M*sin(theta) = M*cos(theta + pi/2)

反电势超前永磁体磁场90度，但是永磁体的N极位置是不是和Phy一样定义？

10wander_zhang

如果是两对级的话，N级位置就是phy，如果是多对级的话就不好说了，因为ns级沿着圆周分布。

第二个问题“推荐SVPWM原理的书籍或资料及讨论对扇区判断的公式理解”讨论如下：11yerssj

求svpwm的原理的书籍或资料，尤其是扇区判断那几个公式是怎么来的，一直没看懂?

12foretell

你是指Va,Vb,Vc算出後，如果使用svpwm方式的話要用哪一個扇區嗎?

13rettus

SVPWM模塊的給定是兩相靜止坐標系下的Ua和Ub，輸出是3個橋臂的PWM佔空比。知道給定Ua和Ub後，你以Ub所在的beta軸作為alpha軸，以Ua所在的alpha軸作為beta軸，這樣反過來做一次clarke反變化得到所謂的三相靜止坐標系下的Ua，Ub和Uc，觀察Ua，Ub和Uc的符號，可以發現這些符號信息可以確定扇區位置，大多數的算法都是這麼做的。

14仁者无敌

我一般是用公式对应各个扇区。比如第一个公式的结果＞0时，有三个扇区内的矢量满足这个条件。第二个公式的计算结果＞0时，又有三个扇区对应这种情况。用三个公式的计算结果跟0做比较能确定所在的扇区位置。这个办法比较笨，但是容易想明白。

15dq0204

琢磨一下再在MATLAB里面根据文献建个仿真模型就好了。这基本的东西看个两篇文献就足够了。。。原理都是类似的。

16kk17

TI的spra524，写得很详细了。

17tlsh

有一个文章可以先看看《空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术特点及其优化方法》

18camelnuaa

分享《SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解.doc》

19lbz0123

TI是否有对过调制区处理的实践方法。

20fanhoufa

程序怎么实现正弦查表呢？

21w98765321

Uβ=0的情形，这样A应该0还是1?如果刚好转到非零电压矢量上要怎么决定?

N=4*C+2*B+A

22boldlotus

对，TI公司的SPRA524：Space-Vector PWM With TMS320C24x/F24x UsingHardware and Software Determined Switching Patterns写的很详细。

23zhangningwy

《电力拖动自动控制系统》陈伯时第3版

24515468135

回复13rettus您好，互换后的值为什么可以直接当占空比用呢？我一直对这个问题不懂请您赐教。

25bauhinia

其实就是根据电压矢量相位判断其所在角度区间、确定扇区，由于计算出相位判断比较费时费力，直接用互差120度的三轴分量的符号判断是最方便的。

26shushanming0501

在SVPWM中，现在一般都使用Usalph和Usbelta来计算t1，t2，t0；在计算出扇区号后，利用扇区号查表获得的值乘以Usalph和Usbelta得到比较值，表为：

.word 20066 ;矩阵A的逆阵数据,每一个逆阵有4个数据,Q14格式.word–11585 ;按参考电压所在的扇区索引.word 0.word 23170.word -20066.word 11585.word 20066.word 11585.word 0.word 23170.word -20066.word -11585.word 0.word -23170.word -20066.word 11585.word -20066.word -11585.word 20066.word -11585.word 20066.word 11585.word 0.word -23170以上公式是根号6除以2，根号2除以2，根号2请教这个表是怎么来的？为什么是这样？各位指导下或者推荐个资料。271823huangn

楼主看一下这篇论文《SVPWM.pdf》

28imwhy2

分享《基于TMS320F28335的SVPWM实现方法.pdf》

29stiffzhang

过调制处理方法TI有没有介绍啊？

30kingsr

SVPWM原理推导一般是用三角函数来算,但是很费DSP时间,一般采用变换为加减运算。

31rom

空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术特点及其优化方法.pdf这个不错的

32孤傲de游侠

SVPWM说穿了，就是把每个一次性变60度的磁链矢量变化，分解成很多步小的矢量变化（其实如果画到一个圆里我瞬间想起了老祖宗求圆周率的割圆术，有木有……）。

SVPWM的小向量和割圆术原理是如出一辙的：

SVPWM：我们期望的磁链是尽可能按圆周变化，那么按六边形变化可以么？可以，但脉动大，不好；按12边形变化呢？脉动小点，效果好点，但还可以更好；啥？还不够好？继续分，只要你CPU精度受得了……

割圆术：我们期望的是正多边形的周长尽可能接近圆，按六边形近似可以么？可以，但不准确，不好；按12边形近似呢？效果好点，但还可以更好；啥？还不够好？那就继续分，只要你能算得清楚……

（吐个槽，有时候老祖宗的东西真的是……啧啧啧）

回到SVPWM，每个小向量都可以平移到起点和原点重合的位置。这个时候向量一定是位于一个确定的方向，既然方向确定，那么在阿尔法——贝塔的静止二相坐标系下，向量对阿尔法、贝塔两坐标轴的投影就是可以确定的（其实就是投影时间，可以自己算，和角度有关）。算了几个之后就发现，两个坐标轴的投影时间就是一些基本时间的组合。多命名为XYZ罢了。

而上面几楼里，X+2Y+4Z的表述也正是源于此。XYZ有正有负，它们仨的正负是可以直接影响到参考电压的扇区落位的。至于这个公式怎么来的，可以这么认为，这样的搭配可以保证一个N值只对应一个扇区（也对应这个扇区所有的向量）。

别看N就一个值，但这一个值可以对应很多东西，为嘛这么说？

一般来说，N的取值是分这么几步的：

1.先确定阿尔法、贝塔两轴的电压；

2. XYZ的表达式里有直接牵涉进上述两个电压，所以把上面两个值带进去计算，得到XYZ的正负，注意是正负不是数值；也就是说，假设算出来XYZ的值是（20,15，-3），和（15,36，-41）【我只是随手举个例子，大家不要较真】，两个值明显不一样，但对于N来说，是一样的。因为这两组XYZ的正负号是相同的。这也就解释了为什么N一个值能对应XYZ一大堆值；

3.通过XYZ正负确定N里面的XYZ取0还是1，算出N，然后查表看落在那个扇区；

33慕容紫英

前段时间对SVPWM进行学习，针对TI永磁同步电机控制程序SVPWM模块作了解释，关于楼主扇区判断的问题有详细说明，当然也还有一些问题没有弄明白，在这里把我写的文档贴出来，也希望有人能解答里面我的疑问。分享《SVPWM原理与实现.pdf》

34roc8658

TI公司的SPRA524：Space-VectorPWM With TMS320C24x/F24x Using Hardware and Software Determined SwitchingPatterns，分享《spra524.pdf》

35sands

我刚下载了一份资料，发给你看一下，看能帮上你不，SVPWM程序流程。分享《svpwm.rar》

36hutzhangs

回复20fanhoufa正弦表，就是你自己按照正弦和余弦的变化规律自己做的一个表，当然具体每个值根据你的要求放大，几百倍或几千倍，具体用哪个公式和数值要根据你的扇区去判断。

37chen517

仔细把所有楼层的回复看了，SVPWM理论虽然简单，但是也有很多细小的内容需要自己仔细去理解，同时，对于alpha，beta的变换也存在两种形式，也需要注意。

37阿弃金W_F2rZp

分享《the expanding role of PM machines in electromotive applications》

TI是否有对过调制区处理的实践方法？

38yuanxiyun

3918201975434

回复38yuanxiyun那是dq轴的变换，是αβ到dq的，这个最原始的推导需要去看陈伯时和阮毅老师的电力拖动自动控制系统第二版里面有恒功率变换。

4018561957325

有个文章里提到，svpwm所产生的pwm脉冲波是不连续的，在每个周期里有三分之一的时间开关不动作。这句话怎么理解呢？

4118201975434

回复4018561957325这是五段式的情况，一相120°内不动作。

第三个问题“由Ualfa，Ubeta可以计算当前扇区，其依据是什么”讨论如下：42yunqian09

“因此扇区N=A+2*B+4*C”很多文献都是根据这个公式计算。依据是什么呢？

43kabath

首先，这个公式确确实实把矢量在哪个扇区分开了。如果我们换个思路，

1. 6个扇区是由3条直线分开的，我们可以通过Valpha，Vbeta来判断矢量是在某条直线的“+”边还是“-”边。

2. 3条直线，那么，就是三个bool量可以确定的（0是FALSE, 1是TRUE），他们用了你提到的A、B、C

3. A+2B+4C，是不是很像一个三位的二进制数？我想是的，那么，你应该知道答案了。

44meteor_625

你可以把Ualpha、Ubeta值与六个扇区的界限值推算一下。这个公式只是方便你计算的，使用Ualpha、Ubeta的象限分布与比值一样可以得到当前所处的扇区。PS：我的计算方式就是这样的。

45song823

找U_alpha和U_beta实际就是在找U_ref即给定的电压矢量，最终是要落实的到磁链上使得电机旋转。六个扇区是由IGBT开关状态分出来的，坐标变换后回归的静止坐标系中，由于平面静止坐标系只用两个互相垂直的坐标系即可表示出所有的向量，所以用U_alpha和U_beta就可以了。自己可以推导一下，看看陈伯时的电力拖动。

46yunqian09

回复45song823谢谢，确实是这样推导的。

空间矢量调制的第一步是判断由Uα和Uβ所决定的空间电压矢量所处的扇区。假定合成的电压矢量落在第I扇区，可知其等价条件如下：

0β/Uα)<60

以上等价条件再结合矢量图几何关系分析，可以判断出合成电压矢量Uref落在第X扇区的充分必要条件，得出下表：

扇区落在此扇区的充要条件

I Uα>0，Uβ>0且Uβ/ Uα< sqrt(3)

ⅡUα>0，且Uβ/ |Uα|> sqrt(3)

ⅢUα<0，Uβ>0且-Uβ/ Uα< sqrt(3)

ⅣUα<0，Uβ<0且Uβ/ Uα< sqrt(3)

ⅤUβ<0，且- Uβ/|Uα| > sqrt(3)

ⅥUα>0，Uβ<0且-Uβ/Uα< sqrt(3)

若进一步分析以上的条件，有可看出参考电压矢量Uref所在的扇区完全由Uβ, sqrt(3) Uα- Uβ, - sqrt(3) Uα- Uβ三式决定，因此令：

再定义，若U1>0，则A=1，否则A=0；若U2>0，则B=1，否则B=0；若U3>0，则C=1，否则C=0。可以看出A，B，C之间共有八种组合，但由判断扇区的公式可知A，B，C不会同时为1或同时为0，所以实际的组合是六种，A，B，C组合取不同的值对应着不同的扇区，并且是一一对应的，因此完全可以由A，B，C的组合判断所在的扇区。为区别六种状态，令N=4*C+2*B+A，则可以通过下表计算参考电压矢量Uref所在的扇区。