空間矢量調制 (SVM) 是感應電機和永磁同步電機 (PMSM) 磁場定向控制的常用方法。

空間矢量調制負責生成脈寬調制信號以控制逆變器的開關，由此產生所需的調制電壓，以所需的速度或轉矩驅動電機。

空間矢量調制也稱為空間矢量脈寬調制 (SVPWM)。您可以使用 MATLAB? 和 Simulink? 來實現空間矢量調制方法，或利用預置 SVM 庫來實現電機控制應用。

SVM 的目標

試考慮三相逆變器電機控制的空間矢量調制，該逆變器具有六個開關，如以下等效電路所示。注意，有八種有效的開關配置。

連接到電機定子繞組的三相逆變器電路。

** 開關 S2、S4、S6 分別與 S1、S3、S5 互補。*

每種開關配置都會產生特定的電壓，施加于電機端子。電壓是基本空間矢量，以空間矢量六邊形表示其幅值和方向。

空間矢量六邊形，包含基本矢量 U1-U8。

連接到電機定子繞組的三相逆變器電路。

通過對開關區間內的基本空間矢量（方向）和零矢量（幅值）作用時間進行調節，可以近似得到空間矢量六邊形內任意位置、任意幅值的電壓矢量。

例如圖中，一個脈寬調制 (PWM) 周期內，選擇兩個相鄰空間矢量（圖中的 U3 和 U4）分別作用一段時間、在周期其余時間內由零矢量（U7 或 U8）作用，從而得到近似平均參考矢量 Uref。

通過控制開關序列，即控制脈沖的導通持續時間，就可以在每個 PWM 周期獲得具有變化幅值和方向的任何電壓矢量。

空間矢量調制方法的目標是在每個 PWM 周期生成與參考電壓矢量相符的開關序列，以實現連續旋轉的空間矢量。

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旋轉的參考空間矢量的示意圖。

SVM 的操作

空間矢量調制方法基于參考電壓矢量進行操作，在每個 PWM 周期為逆變器生成適當導通信號，目標是實現連續旋轉的空間矢量。

采用空間矢量調制的磁場定向控制架構示意圖。

該模塊圖顯示了一個空間矢量調制工作流示例。

在每個 PWM 周期，以電壓矢量作為輸入參考，SVM 算法會：

• 基于參考電壓矢量計算開關導通時間
• 基于導通時間生成馬鞍波
• 基于導通時間為逆變器開關生成適當的導通脈沖

SVM 算法生成的空間矢量調制電壓信號。

所生成的馬鞍波能夠最大程度地利用直流總線電壓。與正弦脈寬調制 (SPWM) 方法相比，該方法能提供更好的額定電壓輸出。

通過比較調制波（馬鞍波）和載波生成導通脈沖。

然后，您可以將生成的導通信號應用于三相逆變器的開關，以所需的速度或轉矩驅動電機。

PWM 硬件支持

硬件板卡（如 Arduino?、Raspberry Pi? 和 TI 板）通過接收調制波形生成導通脈沖來驅動電力逆變器。

根據設計要求，采用 PWM 方法的電機控制算法通常需要以 kHz 級的較高頻率執行。在耗費人力物力執行硬件測試之前，必須盡早評估控制架構的正確性。

為此，您可以使用仿真環境。例如，使用 Simulink，您可以基于電機模型來仿真和驗證控制架構，包括空間矢量調制等脈寬調制方法，并盡早修正錯誤。