pwm控制技術(shù)論文

有些網(wǎng)友覺得pwm控制技術(shù)論文難寫，可能是因?yàn)闆]有思路，所以小編為大家?guī)砹讼嚓P(guān)的例文，希望能幫到大家!

pwm控制技術(shù)論文篇一

簡(jiǎn)介：

PWM(Pulse Width Modulation)控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需的波形(含形狀和幅值)。通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。廣泛的應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和閥門控制，比如電動(dòng)車電機(jī)調(diào)速就是使用這種方式。

脈寬調(diào)制(PWM，Pulse Width Modulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。

關(guān)鍵詞：PWM;電力;計(jì)算機(jī)

關(guān)于PWM技術(shù)

基本原理：

采樣控制理論中有一個(gè)重要的理論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如果把各輸入波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻略有差異。(面積等效原理)這是PWM控制技術(shù)的重要基礎(chǔ)理論。

特點(diǎn)：

開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾(EMD)源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號(hào)會(huì)變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。

優(yōu)點(diǎn)：

PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，在進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換?？蓪⒃肼曈绊懡档阶畹汀?/p>

對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。

由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)。由此在交流傳動(dòng)及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)大致可以分為三類：

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正弦PWM(包括電壓、電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案，多重PWM也應(yīng)歸于此類)。

正弦PWM已為人們所熟知。旨在改善輸出電壓、電流波形、降低電源系統(tǒng)諧波的多重PWM技術(shù)在大功率變頻器中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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優(yōu)化PWM

優(yōu)化PWM所追求的是實(shí)現(xiàn)電流諧波畸變率(THD)最小、電壓利用率最高、效率最優(yōu)，及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小以及其它特定優(yōu)化目標(biāo)。

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隨機(jī)PWM

SPWM(正弦脈寬調(diào)制)

引言：

工程實(shí)際中應(yīng)用最多的是正弦PWM法(簡(jiǎn)稱SPWM),它是在每個(gè)周期內(nèi)輸出若干個(gè)寬窄不同的矩形脈沖波，每一矩形波的面積近似對(duì)應(yīng)正弦波各相應(yīng)每一份的正弦波形下的面積可用一個(gè)與該面積相等的矩形來代替，于是正弦波形所包圍的面積可用這N個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖面積來等效。各矩形脈沖的寬度可自由理論計(jì)算得出，但在實(shí)際應(yīng)用中常由正弦調(diào)制波和三角形載波相比較的方式來確定脈沖：因?yàn)榈妊切尾ǖ膶挾茸陨舷蛳率蔷€性變化的，所以當(dāng)它與某一光滑曲線相交時(shí)，可得到一組幅值不變而寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖。若使脈沖寬度與正弦函數(shù)值成比例，則也可以生成SPWM波形。

在進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來安排。當(dāng)正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小。反之，當(dāng)正弦值較小，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負(fù)載電流中的高次諧波成分大為減小，稱為正弦波脈沖調(diào)制。

1.單極性SPWM法

(1)調(diào)制波和載波：曲線①是正弦調(diào)制波，其周期決定于需要的調(diào)頻比kf，振幅值決定于ku,曲線②是采用等腰三角波的載波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，等于ku=1時(shí)正弦調(diào)制波的振幅值，每半周期內(nèi)所有三角波的極性均相同(即單極性)。

調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，決定了SPWM脈沖系列的寬度和脈沖音的間隔寬度，每半周期內(nèi)的脈沖系列也是單極性的。 (2)單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)斷地工作，另一個(gè)完全截止;而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反，流經(jīng)負(fù)載ZL的便是正、負(fù)交替的交變電流

2.雙極性SPWM法

(1)調(diào)制波和載波：

雙極型控制則是指在輸出波形的半周期內(nèi)，逆變器同一橋壁中的兩只元件均處于開關(guān)狀態(tài)，但他們之間的關(guān)系是互補(bǔ)的，即通斷狀態(tài)彼此是相反交替的。這樣輸出波形在任何半周期內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)正、負(fù)極性電壓交替的情況，故稱之為雙極性控制。與單極性控制方式相比，載波和控制波都變成了有正、負(fù)半周的交流方式，其輸出矩形波也是任意半周中均出現(xiàn)正負(fù)交替的情況。

調(diào)制波仍為正弦波，其周期決定于kf，振幅決定于ku,中曲線①，載波為雙極性的等腰三角波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，與ku=1時(shí)正弦波的振幅值相等。 調(diào)制波與載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，但是，由相電壓合成為線電壓(uab=ua-ub;ubc=ub-uc;uca=uc-ua)時(shí)，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的。

(2)雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過負(fù)載ZL的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流

SPWM生成方法：

正弦脈寬調(diào)制波(SPWM)的生成方法可分為硬件電路與軟件編程兩種生成方式?？捎媚M電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)功率開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成SPWM波形。但這種模擬電路結(jié)構(gòu)負(fù)載，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制。微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成的SPWM波形變得比較容易，因此，目前SPWM波形的生成和控制多用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施要求：

(1)必須實(shí)時(shí)地計(jì)算調(diào)制波(正弦波)和載波(三角波)的所有交點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，有序地向逆變橋中各逆變器件發(fā)出“通”和“斷”的動(dòng)作指令。

(2)調(diào)節(jié)頻率時(shí)，一方面，調(diào)制波與載波的周期要同時(shí)改變(改變的規(guī)律本文不作介紹);另一方面，調(diào)制波的振幅要隨頻率而變，而載波的振幅則不變，所以，每次調(diào)節(jié)后，所交點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)都必須重新計(jì)算。 要滿足上述要求，只有在計(jì)算機(jī)技術(shù)取得長(zhǎng)足進(jìn)步的20世紀(jì)80年代才有可能，同時(shí)，又由于大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，迄今，已經(jīng)有能夠產(chǎn)生滿足要求的SPWM波形的專用集成電路了。

應(yīng)用簡(jiǎn)介

具體應(yīng)用：

SA8281型SPWM波發(fā)生器原理及在變頻器中的應(yīng)用

脈寬調(diào)制技術(shù)通過一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷，來獲得一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，用以近似正弦電壓波形。脈寬調(diào)制技術(shù)在逆變器中的應(yīng)用對(duì)現(xiàn)代電力電子技術(shù)以及現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。近幾年來，由于場(chǎng)控自關(guān)斷器件的不斷涌現(xiàn)，相應(yīng)的高頻SPWM(正弦脈寬調(diào)制)技術(shù)在電機(jī)調(diào)速中得到了廣泛應(yīng)用。SA8281是MITEL公司推出的一種用于三相SPWM波發(fā)生和控制的集成電路，它與微處理器接口方便，內(nèi)置波形ROM及相應(yīng)的控制邏輯，設(shè)置完成后可以獨(dú)立產(chǎn)生三相PWM波形，只有當(dāng)輸出頻率或幅值等需要改變時(shí)才需微處理器的干預(yù)，微處理器只用很少的時(shí)間控制它，因而有能力進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)。保護(hù)和控制等。基于SA8281和89C52的變頻器具有電路簡(jiǎn)單。功能齊全。性能價(jià)格比高?？煽啃院玫葍?yōu)點(diǎn)。

單片機(jī)生成：

市場(chǎng)上使用的很多單片機(jī)都有生成SPWM控制波形的功能，該生成波形外接驅(qū)動(dòng)電路即可驅(qū)動(dòng)功率橋，達(dá)到逆變的目的。應(yīng)該說，只要具有PWM模塊和定時(shí)器模塊的單片機(jī)都可以完成此任務(wù)。

具體實(shí)現(xiàn)即首先將正弦表賦值給數(shù)組。然后PWM波形發(fā)生模塊每個(gè)PWM周期進(jìn)入中斷，在ISR中按照正弦表更改PWM比較器的值，依次循環(huán)即可。

總結(jié)：

SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前應(yīng)用較廣泛的PWM法。它是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制的脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛的應(yīng)用于直流交流逆變器等，三相SPWM是使用SPWM模擬市場(chǎng)的三相輸出，在變頻領(lǐng)域被廣泛的采用。

SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制)篇二

引言：

SVPWM是近年發(fā)展的一種比較新穎的控制方法，是由三相功率逆變器的六個(gè)功率開關(guān)元件組成的特定開關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波，能夠使輸出電流波形盡可能接近于理想的正弦波形。空間電壓矢量PWM與傳統(tǒng)的正弦PWM不同，它是從三相輸出電壓的整體效果出發(fā)，著眼于如何使電機(jī)獲得理想圓形磁鏈軌跡。SVPWM技術(shù)與SPWM相比較，繞組電流波形的諧波成分小，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)更逼近圓形，相對(duì)于傳統(tǒng)的SPWM方法，其功率器件的開關(guān)次數(shù)可減少1/3，直流電壓利用率可提高15%，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、噪聲低，諧波抑制效果好，且易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。

SVPWM的主要思想是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)三相對(duì)稱電動(dòng)機(jī)定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn)，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM波，以所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼碜粉櫰錅?zhǔn)確磁鏈圓。傳統(tǒng)的SPWM方法從電源的角度出發(fā)，以生成一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的正弦波電源，而SVPWM方法將逆變系統(tǒng)和異步電機(jī)看作一個(gè)整體來考慮，模型比較簡(jiǎn)單，也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制。

原理：

SVPWM的原理是利用逆變器各橋臂開關(guān)控制信號(hào)的不同組合，使逆變器的輸出電壓矢量的運(yùn)行軌跡盡可能接近圓形。SVPWM技術(shù)應(yīng)用于交流調(diào)速系統(tǒng)中不但改善了脈寬調(diào)制((PWM)技術(shù)存在電壓利用率偏低的缺點(diǎn)，而且具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。普通的三相全橋是由六個(gè)開關(guān)器件構(gòu)成的三個(gè)半橋。這六個(gè)開關(guān)器件組合起來(同一個(gè)橋臂的上下半橋的信號(hào)相反)共有8種安全的開關(guān)狀態(tài). 其中000、111(這里是表示三個(gè)上橋臂的開關(guān)狀態(tài))這兩種開關(guān)狀態(tài)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中都不會(huì)產(chǎn)生有效的電流。因此稱其為零矢量。另外6種開關(guān)狀態(tài)分別是六個(gè)有效矢量。它們將360度的電壓空間分為60度一個(gè)扇區(qū)，共六個(gè)扇區(qū)，利用這六個(gè)基本有效矢量和兩個(gè)零量，可以合成360度內(nèi)的任何矢量。

當(dāng)要合成某一矢量時(shí)先將這一矢量分解到離它最近的兩個(gè)基本矢量，而后用這兩個(gè)基本矢量去表示，而每個(gè)基本矢量的作用大小就利用作用時(shí)間長(zhǎng)短去代表。用電壓矢量按照不同的時(shí)間比例去合成所需要的電壓矢量。從而保證生成電壓波形近似于正弦波。

在變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，矢量方向是連續(xù)變化的，因此我們需要不斷的計(jì)算矢量作用時(shí)間。為了計(jì)算機(jī)處理的方便，在合成時(shí)一般是定時(shí)器計(jì)算(如每0.1ms計(jì)算一次)。這樣我們只要算出在0.1ms內(nèi)兩個(gè)基本矢量作用的時(shí)間就可以了。由于計(jì)算出的兩個(gè)時(shí)間的總和可能并不是0.1ms(比這小)，而那剩下的時(shí)間就按情況插入合適零矢量。 由于在這樣處理時(shí)，合成的驅(qū)動(dòng)波形和PWM很類似。因此我們還叫它PWM，又因這種PWM是基于電壓空間矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。

基本電壓空間矢量：

當(dāng)三相逆變器(180導(dǎo)通方式)對(duì)PMSM供電時(shí)，定子電壓由逆變器三組6個(gè)功率管的開關(guān)狀態(tài)確定。 由逆變器各橋臂不同的開關(guān)狀態(tài)，可以得到8個(gè)基本電壓矢量，包括2個(gè)零矢量和6個(gè)非零電壓矢量。6個(gè)非零矢量的幅值相同，相鄰的矢量互差60°每個(gè)矢量長(zhǎng)度均等于2Udc /3。(0 0 0)和(1 1 1)兩個(gè)狀態(tài)矢量為零矢量，其長(zhǎng)度等于零，位于坐標(biāo)原點(diǎn)。這8個(gè)空間矢量被稱為基本電壓空間矢量，分別記為Uo、 U1、U2、U3、U4、U5、U6、O、和Om.

SVPWM控制原理

1.SVPWM的控制算法

SVPWM控制算法的思想是:當(dāng)三相交流對(duì)稱正弦電壓對(duì)電機(jī)供電時(shí)，交流電機(jī)在空間中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。若以交流電機(jī)中的理想磁鏈圓為基準(zhǔn)圓，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的有效矢量來逼近基準(zhǔn)圓，即用正多邊形磁鏈近似圓形磁鏈，以形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就可以達(dá)到控制電機(jī)的目的。

2. 磁鏈軌跡的控制

SVPWM方法的目的是用基本空間電壓矢量來逼近電機(jī)所需的電壓矢量UOUT，一般所用方法是在一個(gè)采樣周期TPWM內(nèi)使逆變器輸出電壓的平均值跟UOUT相等。如圖2所示，UOUT可由兩相鄰非零基本空間電壓矢量Ux和Ux60的線性時(shí)間組合來得到。

3. 空間電壓矢量的扇區(qū)判定

6個(gè)非零電壓空間矢量將空間分為6個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)扇區(qū)號(hào)，如圖1中的I，II，III，IV，V，VI。如果知道了UOUT所在的扇區(qū)，就能確定用來合成UOUT的2個(gè)相鄰的基本電壓空間矢量。

4. SVPWM輸出模塊

將三角波與矢量的切換點(diǎn)比較，利用滯環(huán)控制實(shí)現(xiàn)SVPWM信號(hào)。當(dāng)矢量的切換點(diǎn)與三角波進(jìn)行比較時(shí)，若其差值大于滯環(huán)比較器所定義的滯環(huán)寬度，逆變器所對(duì)應(yīng)的功率開關(guān)器件正向?qū)ǎ?fù)向關(guān)斷;反之，若差值小于滯環(huán)寬度時(shí)，功率開關(guān)器件狀態(tài)不變。從而生成三相橋臂逆變器功率開關(guān)器件的6組控制信號(hào)。

SVPWM的主要特點(diǎn)有：

(1)在每個(gè)小區(qū)間雖有多次開關(guān)切換，但每次開關(guān)切換只涉及一個(gè)器件，所以開關(guān)損耗小。

(2)利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡(jiǎn)單。

(3)逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比一般的SPWM逆變器輸出電壓高15%。

總結(jié)：

SVPWM控制主要是當(dāng)三相交流對(duì)稱正弦電壓對(duì)電機(jī)供電時(shí)，交流電機(jī)在空間中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，本文通過對(duì)SVPWM算法控制來進(jìn)行分析，使其能夠向逆變器按時(shí)輸出SVPWM

SVPWM與PWM、SPWM的比較：

PWM：脈沖寬度調(diào)制(PWM)，晶體管(常用MOS、IGBT等全控型器件)工作在開關(guān)狀態(tài)，晶體管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上;晶體管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開;這樣通過改變晶體管的導(dǎo)通時(shí)間(即調(diào)占空比ton)就可以調(diào)節(jié)電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。 對(duì)比SVPWM的產(chǎn)生原理可知，SVPWM本身的產(chǎn)生原理與PWM沒有任何關(guān)系，只是形似。 SPWM：正弦波脈寬調(diào)制，將正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖來替代。三角波載波信號(hào)Ut與一組三相對(duì)稱的正弦參考電壓信號(hào)Ura、Urb、Urc比較后，產(chǎn)生的SPWM脈沖序列波Uda 、Udb、Udc作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。逆變器輸出電壓的基波正是調(diào)制時(shí)所要求的正弦波，調(diào)節(jié)正弦波參考信號(hào)的幅值和頻率就可以調(diào)節(jié)SPWM逆變器輸出電壓的幅值和頻率。

SVPWM與SPWM的原理和來源有很大不同，但是他們確實(shí)殊途同歸的。SPWM由三角波與正弦波調(diào)制而成，而SVPWM卻可以看作由三角波與有一定三次諧波含量的正弦基波調(diào)制而成，這點(diǎn)可以從數(shù)學(xué)上證明。

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