.运动控制系统课程设计课题：三相桥式PWM逆变器仿真研究系别：专业：姓名：学号：成绩：城建学院目录一、设计目的 (2)二、设计任务及要求 (2)三、方案设计 (2)1、三相桥式PWM逆变电路的工作原理 (2)2、状态空间模型 (3)3、系统的可控性和可观测性 (6)3.1 可控性判断 (6)3.2 可观测性判断 (6)4、整体方案设计 (7)5、仿真建模 (8)5.2三相桥式PWM逆变电路仿真建模 (10)5.3三相逆变电源总体电路仿真建模 (12)6、仿真结果 (13)6.1直流升压斩波电路仿真结果 (13)6.2三相桥式PWM逆变电路仿真实现结果 (14)6.3闭环反馈电路仿真实现结果 (14)6.4三相逆变电源总体仿真实现结果 (15)四、心得体会 (17)五、参考文献 (18)一、设计目的随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，PWM技术得到了迅速发展，PWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列有点，是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
PWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。
因此，研究PWM逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。
二、设计任务及要求自拟负载，可选用电机或阻感负载等，画出系统主电路和控制电路的结构图，并进行仿真或实验验证系统的合理性。
三、方案设计1、三相桥式PWM逆变电路的工作原理Nuuu图1 三相桥式PWM型逆变电路图1是三相桥式逆变电路，这种电路采用双极性控制方式。
U 、V 和W 三相的PWM 控制通常公用一个三角波载波c u ，三相的调制信号rU u 、rV u 和rW u 依次相差120°。
U 、V 和W 各相功率开关器件的控制规律相同，现以U 为例来说明。
当c rU u u >时，上桥臂V1导通，下桥臂V4关断，则U 相相对于直流电源假想中点'N 的输出电压2/'N d U U u = 。
当c rU u u <时，V4导通，V1关断，则2/'N d U U u -=。
V1和V4的驱动信号始终是互补的。
当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是二极管VD1(VD4)续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。
'UN u 、'VN u 和'WN u 的PWM 波形都只有2/d U ±两种电平。
2、状态空间模型图2显示了L-C 输出滤波器得到的电流和电压方程。
图2 L-C 输出滤波器得到的电流和电压方程根据基尔霍夫定律，节点a 、b 、c 可列出下列电流方程方程 节点a ：0=-+-=-+-dtdV C dt dV C i i i i i i LABf LCA fLA A LAB LCA LA A （1-1）节点b ：0=-+-=-+-dtdV C dt dV C i i i i i i LBC f LABfLB B LBC LAB LB B （1-2） 节点c ：0=-+-=-+-dtdV C dt dV C i i i i i i LCAf LBC fLC C LCA LBC LC C （1-3） 其中，dt dV C i LAB fLAB =，dt dV C i LBC f LBC =，dtdV C i LCAf LCA = 0=++LCA LBC LAB V V V （1-4）由以上四式计算可得：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=+--=-=+--=-=+--=)(31)(31)(31)(31)(31)(31LCA CA f LA LC A C f LCA LBC BC fLC LB C B f LBCLAB AB f LB LA B A f LAB i i C i i i i C dtdV i i C i i i i C dt dV i i C i i i i C dt dV （1-5） 根据基尔霍夫定律，可列出逆变电路输出部分的电压方程：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=-+=+=-+=+=-+=------LCA CA f Lf A LCA Lf C iCALBC BC fLf C LBC Lf B iBC LAB AB f Lf B LAB Lf A iABV dt di L V V V V V dt di L V V V V V dtdi L V V V V （1-6） 由（1-6）式可转化为：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+-=+-=+-=iCAf LCA f CA iBC f LBC f BCiAB f LAB f AB V L V L dt di V L V L dt di V L V L dt di 111111 (1-7)根据基尔霍夫定律，可以列出负载回路的电压方程：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=-+-=+=-+-=+=-+-=LCA Load LCA Load LA LC Load ALoad CLoad LCA LBC Load LBC Load LC LB Load C Load BLoad LBC LAB Load LAB Load LB LA Load B Load ALoad LAB i R dtdi L i i R dt di L dt di L V i R dtdiL i i R dt di L dt di L V i R dt diL i i R dt di L dt di L V )()()( （1-8） 由（1-8）可以转化成⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+-=+-=+-=LCA LOAD LCA LOAD LOAD LCA LBC LOADLBC LOAD LOAD LBCLAB LOADLAB LOAD LOAD LAB V L i L R dt di V L i L R dt di V L i L R dt di 111(1-9) 由此可将（1-5）、（1-7）、（1-9）写成矩阵的形式：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=+-=-=L LOAD LOAD L LOAD L i fL f L fif L I L R V L dtdI V L V L dt dII C I C dt dV 1113131 （1-10）其中， T LAB LAB LAB L V V V V ][=，T A C C B A T CA BC AB i i i i i i i i i i I ][][---==B ，T iAB iAB iAB i V V V V ][=，T LA LC LC LB L LA T LCA BC LAB L i i i i i i i iL i I ][][---==B L根据（1-10）我们可以建立此模型的状态空间模型： 状态方程：BU t AX X +=•)( 输出方程：DU CX Y +=其中，状态向量19⨯⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=L L I I V X ，输入向量[]T iCA iBC iAB V V V U =，输出向量13⨯⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=LCA LBC LAB i i i Y 系统矩阵193333333333333333330 10 0 13131 0 ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=I L R I L I L I C I C A LOAD LOAD LOAD f f f ，输入矩阵19133313010⨯⨯⨯⨯⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=I L B f ，输出矩阵[]9333131300⨯⨯⨯⨯=I C ，直接传递矩阵D=03、系统的可控性和可观测性3.1 可控性判断用可控性的秩判据来判断系统能控性，系统状态完全能控的充分必要条件是能控性矩阵),...,,(1B A AB B TA n -=满秩，即n B A AB B rank rankTA n ==-),...,,(1。
MATLAB 中的ctrb 指令求出可控性矩阵TA ，rankTA =9，由于可控性矩阵满秩，所以此系统可控。
调用格式为：TA =ctrb （A,B ）>> TA= ctrb (A,B); >> rank(TA) ans = 93.2 可观测性判断用系统可观测性的秩判据来判断系统能观性，系统状态完全能观的充要条件是可观测性矩阵T n CA CA C TC ),...,,(1-=满秩n CA CA C rank rankTC T n ==-),...,,(1。
MATLAB 中的obsv 指令可以求得可观测性矩阵0T ，0rankT =9，由于可观测性矩阵满秩，所以此系统可观。
调用格式为：TC =obsv （A,C ） >> TC= obsv (A,C); >> rank(TC) ans = 94、整体方案设计整体方案设计为直流斩波电路采用PWM 斩波控制的升压斩波电路，输出的直流电送往逆变电路。
逆变采用三相桥式PWM 逆变电路，采用SPWM 作为调制信号，输出PWM 波形，再经过滤波电路得到380V 、50Hz 三相交流电，在电压输出侧进行电压采样进而与理想输出值比较转换之后产生所需要的PWM 波，控制输出的稳定和准确。
系统总体框图如图2-1所示。
图3 系统总体框图5、仿真建模根据系统总体框图，可将其分为升压斩波电路，三相逆变电路（含滤波电路）和闭环反馈电路，下面分别对其进行仿真建模，然后再进行总体电路的仿真建模。
5.1升压斩波电路仿真建模升压斩波电路可以选用基本的升压斩波电路，升压斩波电路原理图如图3-1所示。
该电路的基本工作原理是：假设L和C值很大，当V处于通态时，电源E 向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因为C值很大，基本保持输出电压Uo恒定。
当V处于断态时，电源E和电感L 同时向电容C充电，并向负载提供能量。
输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C可将输出电压保持住。
电路输出的电压还要经逆变后滤波，故对波形的要求不是很高，与负载并联的电容C取很大，就可以达到滤波的目的，因此不需另外添加滤波电路。
图4 直流升压斩波电路由于本次设计着重于在Matlab中进行仿真建模，所以对于各种元器件的查找和仿真使用就显得尤为重要。
可以先打开SimulinkLibraryBrowser，在分类菜单中查找所需元件，也可以直接在查找栏中输入元件名称，双击查找。
在最开始的时候没有找到电阻、电容和电感，后来经过多方努力终于知道了方法，选择SimPowerSystems下拉菜单Elements类别中的SeriesRLCBranch，放入窗口后，双击该图标，在BranchType中选择相应类型，如果是电阻就选择R，如果是电感就选择L，选择完毕后单击OK按钮。