spwm控制的基本原理_spwm控制方法有哪些

　　正弦脈沖寬度調制SPWM的實現有多種方法。SPWM控制方法從采用模擬電路到全數字化方案，完成優化的實時在線的SPWM信號輸出，對于不同的波形，其調制處理芯片的算法、頻率輸出范圍、波形產生機理等方面有很大的不同。本文首先介紹了SPWM原理，其次闡述了spwm控制的基本原理，最后詳細的介紹了spwm控制方法，具體的跟隨小編一起來了解一下。

　　SPWM原理

　　正弦PWM的信號波為正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，其脈沖寬度是由正弦波和三角波自然相交生成的。正弦波波形產生的方法有很多種，但較典型的主要有：對稱規則采樣法、不對稱規則采樣法和平均對稱規則采樣法三種。第一種方法由于生成的PWM脈寬偏小，所以變頻器的輸出電壓達不到直流側電壓的倍;第二種方法在一個載波周期里要采樣兩次正弦波，顯然輸出電壓高于前者，但對于微處理器來說，增加了數據處理量當載波頻率較高時，對微機的要求較高;第三種方法應用最為廣泛的，它兼顧了前兩種方法的優點。SPWM雖然可以得到三相正弦電壓，但直流側的電壓利用率較低，最大是直流側電壓的倍，這是此方法的最大的缺點。

　　spwm控制的基本原理

　　SPWM法是一種比較成熟的、目前使用較廣泛的PWM法。SPWM就是以采樣控制理論中的沖量等效原理為理論依據的（沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同）。用脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區間內的面積相等，通過改變調制波的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。

　　在采樣控制理論中有一個重要的結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同指環節的輸出響應波形基本相同。如把各輸出波形用傅氏變換分析，則其低頻特性非常接近，僅在高頻段略有差異。這一結論是PWM控制的重要理論基礎。如圖1（a）所示，將正弦半波看成由N個彼此相聯的脈沖組成的波形。這些脈沖寬度相等，但幅度不等，且脈沖的頂部為曲線，各脈沖的幅值按正弦規律變化。如果將上述脈沖序列用同樣數量的等幅不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積相等，就得到圖1（b）所示的脈沖序列。像這種脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的波形即為SPWM波形。

　　圖1PWM控制的基本原理圖

　　得到SPWM的具體實現方法可以是用一個正弦調制波和一個等腰三角載波相交，由它們的交點確定逆變器的開關模式。如圖2所示，正弦波大于三角波時，使相應的開關器件導通;當正弦波小于三角載波時，使相應的開關器件截止。

　　圖2SPWM控制的基本原理圖

　　spwm控制方法有哪些

　　一、SPWM的模擬控制方法

　　早期的通用變頻器都采用模擬控制方法。三相對稱的參考正弦電壓調制信號由參考信號發生器提供（其頻率和幅值均可調），三角載波信號由三角波發生器提供（各相共用）。它分別與各相的調制信號在比較器上進行比較，給出“正”或“零”的飽和輸出，產生SPWM脈沖序列波，作為變壓壓變頻器功率開關器件的驅動

　　信號。通常情況下，單極性SPWM多采用單極性的載頻三角波，雙極性SPWM則采用雙極性的載頻三角波。

　　二、SPWM的軟件控制方法

　　軟件控制法是由微型計算機來實現SPWM控制的方法，是目前經常采用的一種方法。根據其軟件化方法的不同，有如下幾種

　　1、表格法（又稱ROM法）：

　　這種方法是預先將SPWM波的數據計算出來并存入ROM中，然后根據調頻指令再將這些數據順序取出，由輸出口輸出來控制逆變器的開關動作。表格法的缺點是占用大量的內存，且無實時處理功能

　　2、隨時計算法（又稱RAM法）：

　　這種方法的特點是在ROM中預先存儲一個單位基準正弦波，運行時，根據指令值的要求，按不同載波比和調幅比的要求，計算出一個周期的開關模式和開關模式保持的時間值，寫入RAM1中。一旦計算結束，就把RAM1的數據輸出。在RAMl的數據輸出期間，如

　　指令值發生了新的變化，則開始重新計算，但將計算結果寫入RAM2中。寫入RAM2的操作一旦結束，就轉為將RAM2的數據輸出。再有新的指令值時，則將計算結果寫入RAM1中。如此輪流地使用兩個RAM。這種方法雖然不必使用大量的ROM，但也沒有實時處理功能，動態響應時間較慢。

　　3、實時計算法：

　　實時計算要有數學模型。建立數學模型的方法有許多種，如等效面積法、自然采樣法和規則采樣法。而規則采樣法中又有對稱規則采樣法與不對稱規則采樣法。

　?。?）等效面積法：

　　其生成原理就是按面積相等的原則構成與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。根據已知數據和正弦數值可以依次算出每個脈沖的寬度。這是實時控制中最簡單的算法。

　?。?）自然采樣法：

　　自然采樣法（NaturalSampling）移植了模擬控制的方法，計算正弦調制波與三角載波的交點，從而求出相應的脈寬和脈沖間歇時間，生成SPWM波形。若以單位量1代表三角載波的幅值，則正弦調制波的幅值就是調制度M，正弦調制波可寫作

　?。?）規則采樣法（RegularSampling）：

　　工程上實用的方法要求算法簡單，只要誤差不太大，允許作出一些近似處理，這樣就提出了各種規則采樣法。規則采樣法是在三角載波每一周期的正峰值時找到正弦調制波上的對應點，求得電壓值，用此電壓值對三角波進行采樣，得到兩點?？梢哉J為它們就是SPWM波形中脈沖的生成時刻，其區間就是脈寬時間t2。

　　規則采樣法的計算顯然比自然采樣法簡單，但由于采樣水平線與三角載波的交點都處于正弦波的同一側造成的，所得的脈沖寬度將明顯地偏小，從而造成控制誤差規則采樣法的實質是采用階梯波來代替正弦波，從而簡化了計算方法。只要載波比N足夠大，不同的階梯波都很逼近正弦波，所造成的誤差就可以忽略不計了。

　　通用變頻器多是三相的，因此還應形成三相的SP2WM波形。三相正弦調制波在時間上互差120°，而三角載波是共用的，這樣就可在同一個三角載波周期內獲得三相SPWM脈沖波形。用計算機實時產生SPWM波形正是基于上述的采樣原理和計算公式。一般可以把由查表法或實時計算法所得的脈沖數據都送入定時器，利用定時中斷向接口電路送出相應面的高、低電平，以實時產生SPWM波形的一系列脈沖。對開環控制系統，在某一給定轉速下其調制度M與頻率ω1都是確定值，所以宜采用查表法。對于閉環控制的調速系統，在系統運行中調制度M值須隨時被調節，所以用實時計算法更為適宜。為了實現閉環控制，既可采用多CPU系統，也可采用16位機或32位機。