逆变器脉宽调制PWM控制策略仿真系统

资 源 简 介

本系统是一个针对电力电子变换器的综合性MATLAB仿真研究平台，专注于实现并分析逆变器的各种脉宽调制（MLI）控制策略。其核心功能包括模拟三相电压源型逆变器在不同的调制方案下的运行状态，技术范围涵盖了从基础的正弦脉宽调制（SPWM）、增强型的空间矢量脉宽调制（SVPWM）到用于降低特定谐波的非线性调制技术如特定谐波消除调制（SHE-PWM）以及滞环电流控制。系统支持离散与连续时间仿真，允许用户自定义载波频率、调制指数和逆变器拓扑参数。实现过程中，项目详细构建了参考波生成模块、扇区识别逻辑、矢量分配算法以及

详 情 说 明

全系列逆变器脉宽调制（PWM）控制策略仿真系统

本系统是一个基于 MATLAB 开发的电力电子变换器综合仿真研究平台，专注于三相电压源型逆变器的多种脉宽调制（PWM）策略的实现、分析与性能评估。系统通过高度模块化的逻辑设计，实现了从底层信号触发到高层性能指标分析的全流程仿真。

1. 项目介绍

本系统集成了电力电子领域主流的四种调制技术，能够模拟逆变器在复杂的数字化控制环境下的真实运行状态。通过精确的物理建模和数值计算，系统能够实时生成开关脉冲、线电压及相电压波形，并驱动阻感（R-L）负载，为电机驱动、光伏逆变及电力质量研究提供数字化实验支撑。

2. 核心功能特性

• 多策略并存：在一个统一架构下实现了正弦脉宽调制（SPWM）、空间矢量脉宽调制（SVPWM）、特定谐波消除（SHE-PWM）以及滞环电流控制（Hysteresis Control）。
• 非线性因素模拟：系统内置死区效应模拟单元，能够真实反映功率器件在开关切换过程中的延时特性。
• 动态负载建模：采用一阶差分方程实时求解阻感负载电流，替代了简单的静态模拟，使电流波形更贴近物理实际。
• 高级数据分析：系统自动完成总谐波失真（THD）定量分析、FFT频谱分解以及电压空间矢量轨迹捕捉，直观对比不同调制算法的电压利用率和损耗特征。

3. 系统实现逻辑

系统运行遵循以下核心流程：

• 参数初始化：设定直流母线电压（600V）、基波频率（50Hz）、载波频率（5kHz）以及负载参数（10Ω, 0.01H）。
• 调制信号生成：

* SPWM 逻辑：通过调制波（正弦波）与双向三角载波的实时比较产生触发脉冲。 * SVPWM 逻辑：基于 Clark 变换将参考矢量投射到 Alpha-Beta 静止坐标系，通过扇区识别逻辑定位参考矢量位置，并计算基础矢量（T1, T2）与零矢量（T0）的作用时间，最终输出对称的七段式（0-1-2-7-2-1-0）开关序列。 * SHE-PWM 逻辑：采用特定视角计算方法，通过预设的五个最优开关角（12.5°至71.2°），在时域中精准控制开关切换点，以消除5、7、11、13次谐波。 * 滞环控制逻辑：根据设定的容差带（Hysteresis Band），实时比较参考电流与测量电流，利用误差极性直接驱动开关状态，实现电流的快速跟踪。

• 物理量计算：将生成的逻辑开关信号转化为三相电压，并输入至差分求解器计算输出电流。
• 分析与展示：执行周期性的 FFT 转换，计算 THD 值，并自动绘制时域、频域和矢量轨迹综合图谱。

4. 关键算法与函数细节

• 输出计算模块：利用相电压与开关状态的关系（Van = Vdc/3 * (2Sa - Sb - Sc)）计算瞬时电压，并通过差分法模拟电感电流的变化。
• 死区注入算法：在脉冲的上升沿根据采样频率和设定时长自动推后触发时间，有效模拟硬件中的防短路逻辑。
• SVPWM 对称脉冲生成器：根据所属扇区（1-6）动态分配 T1、T2 的时间占比，通过镜像处理实现开关频率恒定的中心对称 PWM。
• 谐波分析单元：通过快速傅里叶变换（FFT），提取基波幅值与各次谐波能量，利用平方和根号（RSS）公式精确计算 THD。
• 坐标变换模块：实现了 Clark 变换，将三相静止坐标系的电压转化为两相静止坐标系，用于生成空间矢量圆轨迹图。

5. 使用方法

1. 配置环境：确保安装了 MATLAB 软件（建议 R2018b 或更高版本），无需额外的工具箱支持。
2. 设置参数：在脚本起始部分的参数配置区修改直流电压、载波频率、调制指数等关键控制变量。
3. 运行仿真：执行脚本，系统将依次计算四种调制方式下的波形数据。
4. 结果解读：

* 观察可视化界面中的线电压、电流波形。 * 通过对比各算法的 THD 统计值评估谐波性能。 * 检查 SVPWM 的矢量圆轨迹，验证调制是否进入过调制区域。

6. 系统要求

• 软件平台：MATLAB
• 硬件建议：标准台式机或笔记本电脑（仿真计算量级较轻，无需高性能 GPU）。
• 核心算法：纯代码实现逻辑，不依赖 Simulink 模块库，具有极高的可移植性。