PWM跟踪控制技术
第7章 PWM控制技术
三相桥式PWM逆变电路波形 图7-8 三相桥式 逆变电路波形 10/60
烟台南山学院
7.2.1 计算法和调制法
三相桥式PWM型逆变电路 图7-7 三相桥式 型逆变电路
◆电路工作过程（U相为例） 相为例） 电路工作过程（ 相为例 上桥臂V 导通，下桥臂V ☞当urU>uc时，上桥臂 1导通，下桥臂 4 关断， 相相对于直流电源假想中点N’的 关断，则U相相对于直流电源假想中点 的 相相对于直流电源假想中点 输出电压u 。 输出电压 UN’=Ud/2。 导通， 关断， ☞当urU<uc时，V4导通，V1关断，则uUN’=Ud/2。 。 的驱动信号始终是互补的。 ☞V1和V4的驱动信号始终是互补的。 当给V 加导通信号时， ☞当给 1(V4)加导通信号时，可能是 1(V4) 加导通信号时 可能是V 导通，也可能是二极管VD 续流导通， 导通，也可能是二极管 1(VD4)续流导通， 续流导通 这要由阻感负载中电流的方向来决定。 这要由阻感负载中电流的方向来决定。 ☞uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形都只有 波形都只有 两种电平。 ±Ud/2两种电平。 两种电平
图7-3 用PWM波代替正弦半波 波代替正弦半波
烟台南山学院
4/60
7.2 PWM逆变电路及其控制方法 逆变电路及其控制方法
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 计算法和调制法 异步调制和同步调制 规则采样法 PWM逆变电路的谐波分析 PWM逆变电路的谐波分析 提高直流电压利用率 和减少开关次数 空间矢量SVPWM SVPWM控制 7.2.6 空间矢量SVPWM控制 PWM逆变电路的多重化 7.2.7 PWM逆变电路的多重化
PWM控制技术
PWM控制技术
1.试说明 PWM 控制的基本原理。
答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，
来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的
环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。效果基本相同是指环节的输出响应波
形基本相同。上述原理称为面积等效原理
以正弦 PWM 控制为例。把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉
冲列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π
/N，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直
线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等
宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相
应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到 PWM 波形。各 PWM 脉冲的幅值相等而宽度
是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。对于正弦波
的负半周，也可以用同样的方法得到 PWM 波形。可见，所得到的 PWM 波形和期望得到
的正弦波等效
2. 单极性和双极性 PWM 调制有什么区别？三相桥式 PWM 型逆变电路中，输出相电
压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压 SPWM 波形各有几种电平？
答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的 PWM 波形在半
个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性 PWM 控制方式。
三角波载波始终是有正有负为双极性的，所得的 PWM 波形在半个周期中有正、有负，
电力电子技术第五版课件第章PWM控制技术
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形 10
7.2.1 计算法和调制法
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
u
ur uc
在ur的一个周期内，输出的PWM波只 有±Ud两种电平。
☞在ur的正负半周，对各开关器件的 控制规律相同。
O
wt
√当ur>uc时，V1和V4导通，V2和V3
关断，这时如io>0，则V1和V4通，如
uo
u of
uo
Ud
io<0，则VD1和VD4通，不管哪种情况都 是uo=Ud。
◆通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三 角波应用最多。
6
7.2.1 计算法和调制法
■单相桥式PWM逆变电路（调制法）
◆电路工作过程
阻感负载
☞工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补， 比如在uo正半周，V1导通，V2关断，V3和V4交替通断。
☞负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有
段略有差异。 ◆实例 ☞将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入，加在图7-2a所示的R-L电路上，
设其电流i(t)为电路的输出，图7-2b给出了不同窄脉冲时i(t)的响应波形。
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 3
7.1 PWM控制的基本原理
■用PWM波代替正弦半波 ◆将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度
PWM跟踪控制技术
ia* ia
ia
2h
Ud
T1
D1
a
Ea ia
-1 T 4
D4
(a)电流滞环跟踪控制时源自文库流波形 （b)PWM电压波形
Ud
负 载
C
+ -
- ia
A
+
i*a
C
+ -
A
- ib +
i*b
C
+ -
A
-
ic +
i*c
三相三角波 发生电路
图2-24 三角波比较方式电流跟踪型逆变电路
返回
2.5.3 恒频抛物线方式
3
i
Scope5
i*
Re l a y
Multimeter
Sine Wave
Re l a y1
Scope4
Fl o a ti n g Scope1
Fl o a ti n g Scope2
Fl o a ti n g Scope6
Fig. 单相电流跟踪电路的MATLAB仿真
Fig. MATLAB仿真波形
每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差 减小。 采用定时比较方式时，器件的最高开关频率为时钟频率的 1/2。 和滞环比较方式相比，电流控制误差没有一定的环宽，控 制的精度低一些。
变频调速选用课件第三章-PWM控制技术
O
tA tD tB
t
从图7-12得, 1asinwrtD 2
d/2 dT2c(1asin wrtD)
Tc/2
(7-6)
uo
dd 22
d'
d
d'
a称为调制度，aUrm/Uc (0≤a<1)
O
t
三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度
d'1 2Tc-dT 4 c(1-asiw n rtD ) (7-7)
uo
u of u o
Ud
O
wt
-Ud
图7-6 双极性PWM控制方式波形
7.2.1 计算法和调制法
u
uc ur
u
ur uc
O
wt O
wt
uo
uo
Ud
u of
uo
u of
uo
Ud
O
wt O
wt
-Ud
-Ud
图7-5 单极性PWM控制方式波形 图7-5 双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单 极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断 控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。
7.2.1 计算法和调制法
1）计算法
根据PWM控制的基本原理，当给出了正弦波频率、 幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽 度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断， 就可得到所需PWM波形。
PWM控制技术
┊
编码。PWM 信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么
装
完 全 有 (ON) ， 要 么 完 全 无 (OFF) 。 电 压 或 电 流 源 是 以 一 种 通 (ON) 或 断 (OFF) 的 重
┊
┊
复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时
┊
候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用
的振动引起了人们的关注.为求得改善,随机 PWM 方法应运而生.其原理是随机改
变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中,各频率能
共8页 第3页
量 分 布 是 均 匀 的 ), 尽 管 噪 音 的 总 分 贝 数 未 变 , 但 以 固 定 开 关 频 率 为 特 征 的 有 色
H.stemmler 首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推
共8页 第2页
广应用开辟了新的局面。
从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调
制 SPWM 信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化
的实时在线的 PWM 信号输出，可以说直到目前为止，PWM 在各种应用场合仍在主
┊
离开了 PWM 控制技术对逆变电路的介绍就是不完整的。
┊
┊
《电力电子技术》第五版 第7章 PWM控制技术
缺点:计算复杂,只能用查表法, 缺点:计算复杂,只能用查表法,当想消去的谐波 种类较多时, 角个数就要增加, 种类较多时,要控制的α角个数就要增加,需要存 入的数据也繁多,所以在输出频率较低时采用规则 入的数据也繁多, 采样法, 采样法,而在输出频率较高且半周期内脉冲较少时 采用低次谐波消去法. 采用低次谐波消去法.
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
二, PWM控制的基本原理 控制的基本原理
■用PWM波代替正弦半波 波代替正弦半波 将正弦半波划分为N等分 ◆将正弦半波划分为 等分 ),每一等分的正弦曲线 (N=7),每一等分的正弦曲线 ), 与横轴所包围的面积都用一个 与此面积相等的等高矩形波所 代替,这样, 代替,这样,由N个等幅而不等 个等幅而不等 宽的矩形脉冲所组成的波形与 正弦波的正半周等效. 正弦波的正半周等效.
二,调制法
希望输出的波形作为调制信号, 作为调制信号 ◆把希望输出的波形作为调制信号,把接受调 制的信号作为载波, 制的信号作为载波,通过信号波的调制得到所期 作为载波 望的PWM波形. 波形. 望的 波形 等腰三角波或 作为载波 ◆通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波,其 通常采用等腰三角波 锯齿波作为载波, 中等腰三角波应用最多. 中等腰三角波应用最多.
图7-3 用PWM波代替正弦半波 波代替正弦半波
第7章 PWM控制技术2014
ˆ ) ( V ˆ ) Ao 1 (V Ao h h
15
7.2.1 计算法和调制法
■单相桥式PWM逆变电路（调制法） ◆电路工作过程 ☞工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补， 比如在uo正半周，V1导通，V2关断，V3和V4交替通断。 ☞负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有 一段区间为正，一段区间为负。 √在负载电流为正的区间，V1和V4导通时， uo=Ud。 √V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0。 √在负载电流为负的区间，仍为V1和V4导通时， 因io为负，故io实际上从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud。 √V4关断，V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。 √uo总可以得到Ud和零两种电平。 ☞在uo的负半周，让V2保持通态，V1保持断态， V3和V4交替通断，负载电压uo可以得到-Ud和零两种 电平。
瞬时输出电压（基波）：VAo vcontrol Vd ˆ 2 V tri Vd Vd sin 1t ma sin 1t 2 2 Vd ˆ (VAo )1 ma ma 1 2
ˆ V (vAo )1 VAo control ˆ V tri
基波电压峰值
逆变器在SPWM方式下，控制ma可改变输出电压的基波 幅值，控制f1可改变输出电压的基波频率。
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 4
第7章 PWM控制技术
阻感负载
单相桥式PWM逆变电路 图7-4 单相桥式 逆变电路
7/60
7.2.1 计算法和调制法
◆单极性PWM控制方式 单极性 控制方式 调制信号u 为正弦波,载波u 调制信号 r为正弦波,载波 c在ur的 正半周为正极性的三角波, 正极性的三角波 正半周为正极性的三角波,在ur的负半周 负极性的三角波 的三角波. 为负极性的三角波. 的正半周, 保持通态, 在ur的正半周,V1保持通态,V2保持 断态. 断态. √当 √当ur>uc时使V4导通,V3关断, 时使V 导通, 关断, uo=Ud. √当ur<uc时使 4关断,V3导通, 时使V 关断, 导通, 当 uo=0. . 的负半周, 保持断态, 在ur的负半周,V1保持断态,V2保持 通态. 通态. √当ur<uc时使 3导通,V4关断, 时使V 导通, 关断, 当 uo=-Ud. √当ur>uc时使 3关断,V4导通, 时使V 关断, 导通, 当 uo=0. .
9/60
u
单相桥式PWM逆变电路 图7-4 单相桥式 逆变电路 ur uc
O
uo Ud O -Ud
u of
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
uo
双极性PWM控制方式波形 图7-6 双极性 控制方式波形
7.2.1 计算法和调制法
图7-7 三相桥式 三相桥式PWM型逆变电路 型逆变电路
第7章 PWM控制技术
7.1 PWM控制的基本思想 控制的基本思想
ωt
根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM 波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
U
d
O
-
ωt
U
d
《电力电子技术》 电力电子技术》
第7章 PWM控制技术 章 控制技术
7.1 PWM控制的基本思想 控制的基本思想
等幅PWM波 波
《电力电子技术》 电力电子技术》
第7章 PWM控制技术 章 控制技术
第7章 PWM控制技术• 引言 PWM控制技术 控制技术•
PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实 现PWM控制变得十分容易。 PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大 提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的 地位。 PWM控制技术正是有赖于在逆变电路 逆变电路中的成功应用，才确 逆变电路 定了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆 变电路都采用了PWM技术，因此，本章和第4章（逆变电 路）相结合，才能使我们对逆变电路有完整地认识。
图7－4 单相桥式PWM逆变电路
《电力电子技术》 电力电子技术》
第7章 PWM控制技术 章 控制技术
7.2.1 计算法和调制法
2）调制法
V4关断时，负载电流通过V1和 VD3续流，uo=0 负载电流为负的区间， V1和 V4仍导通，io为负，实际上io 从VD1和VD4流过，仍有 uo=Ud 。 V4关断V3开通后，io从V3和 VD1续流，uo=0。 uo总可得到Ud和零两种电平。 uo负半周，让V2保持通，V1保 持断，V3和V4交替通断，uo可 得-Ud和零两种电平。
(完整版)PWM控制技术(深度剖析)
第6章PWM控制技术
主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路
1 PWM控制的基本原理
理论基础：
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
面积等效原理：
分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异
第6章PWM控制技术概要
第6章PWM控制技术
主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路
1 PWM控制的基本原理
理论基础：
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
面积等效原理：
分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异
PID算法及PWM控制技术简介
比 例
微 分积 分
执行机构
对象
r(t)
+
-+
+u(t)
c(t)
e(t)
PID 算法原理（一）
PID 算法及PWM 控制技术简介
1.1 PID 算法
控制算法是微机化控制系统的一个重要组成部分，整个系统的控制功能主要由控制算法来实现。目前提出的控制算法有很多。根据偏差的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ）进行的控制，称为PID 控制。实际经验和理论分析都表明，PID 控制能够满足相当多工业对象的控制要求，至今仍是一种应用最为广泛的控制算法之一。下面分别介绍模拟PID 、数字PID 及其参数整定方法。
1.1.1 模拟PID
在模拟控制系统中，调节器最常用的控制规律是PID 控制，常规PID 控制系统原理框图如图1.1所示，系统由模拟PID 调节器、执行机构及控制对象组成。
图1.1 模拟PID 控制系统原理框图
PID 调节器是一种线性调节器，它根据给定值)(t r 与实际输出值)(t c 构成的控制偏差： )(t e =)(t r －)(t c
（1.1）
将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故称为PID 调节器。在实际应用中，常根据对象的特征和控制要求，将P 、I 、D 基本控制规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效控制的目的。例如，P 调节器，PI 调节器，PID 调节器等。
模拟PID 调节器的控制规律为
])
()(1
)([)(0
dt
t de T dt t e T t e K t u D
t
I
p ++
=⎰ （1.2）
式中，P K 为比例系数，I T 为积分时间常数，D T 为微分时间常数。
第六章 PWM控制技术
O a 1 -Ud
ωt
图6-9 特定谐波消去法的输出 PWM波形
11
6.2.1
计算法和调制法
一般在输出电压半周期内，器件通、断各k次，考虑到PWM 波四分之一周期对称，k个开关时刻可控，除用一个自由度 控制基波幅值外，可消去k－1个频率的特定谐波 k的取值越大，开关时刻的计算越复杂 除计算法和调制法外，还有跟踪控制方法，在6.3节介绍
δ
2
δ
2
uo
Tc δ = (1+ asinωrtD) 2 Tc 1 δ ' = (Tc −δ ) = (1− asinωrtD) 2 4
δ'
O
δ
δ'
t
图6-12 规则采样法
16
6.2.4
PWM逆变电路的谐波分析 PWM逆变电路的谐波分析
使用载波对正弦信号波调制，会产生和载波有关的谐 波分量 谐波频率和幅值是衡量PWM逆变电路性能的重要指标 之一 分析以双极性SPWM波形为准 同步调制可看成异步调制的特殊情况，只分析异步调 制方式 分析方法 以载波周期为基础，再利用贝塞尔函数推导出PWM 波的傅里叶级数表达式 尽管分析过程复杂，但结论简单而直观
u
PWM控制技术 控制技术 重要理论基础
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
PWM控制技术
PWM控制技术
主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM 逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。第3、4章已涉及这方面内容:
第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处： 4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM 型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路
1 PWM控制的基本原理
理论基础：
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
面积等效原理：
分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
第7章PWM控制技术本
• PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进 行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和 幅值)。
• PWM波形可能是等幅的，也可能是不等幅的。由 直流电源产生的PWM波通常是等幅的，如逆变电 路和直流斩波电路。当输入是交流电源时，产生 的PWM波是不等幅的，如交流斩波调压电路、矩 阵式交交变频电路等。不管是等幅还是不等幅， 都是基于面积等效原理来进行控制的。
7
7.1 PWM控制的基本原理
1) PWM波形
等幅PWM波
不等幅PWM波
输入电源是恒定直流
直流斩波电路 PWM逆变电路 PWM整流电路
输入电源是交流或不是 恒定的直流
斩控式交流调压电路 矩阵式变频电路
Ud
U
O
wt o
ωt
- Ud
8
7.1 PWM控制的基本原理
2）重要理论基础——面积等效原理
冲量
窄脉冲的面积
等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩 形脉冲的中点和相应正弦波部分的中 点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦 波部分面积（冲量）相等，这就是 PWM波形。
◆对于正弦波的负半周，也可以用 同样的方法得到PWM波形。
图7-3 用PWM波代替正弦半波 11/60
• ◆脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波 等效的PWM波形，也称SPWM（ Sinusoidal PWM）波形。
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PWM跟踪控制技术
S092233谢俊虎
摘要：本文介绍了两种常用的PWM跟踪控制技术，分析了两种跟踪控制技术的的基本原理，并用MATLAB对其进行了仿真。仿真结果和理论分析结果相符，得到了控制目的。
关键词：脉宽调制（PWM），跟踪控制技术，MATLAB仿真
1 引言
PWM跟踪控制技术——是一种生成PWM波形的方法。把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。
2 滞环比较方式
2.1 电流跟踪控制技术
电流跟踪控制技术是应用最多的一种方法。其基本原理为：把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*-i作为滞环比较器的输入通过比较器的输出控制器件V1和V2的通断。V1（或VD1）通时，i增大。V2（或VD2）通时，i减小。通过环宽为2△I的滞环比较器的控制，i就在i*+△I和i*-△I的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流i*。
2.1.1参数的影响
（1）滞环环宽对跟踪性能的影响：环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。（2）电抗器L的作用：L大时，i的变化率小，跟踪慢；L小时，i 的变化率大，开关频率过高。
图2-1-1 滞环比较方式电流跟踪控制举例图2-1-2 滞环比较方式的指令电流和输出电流
图2-1-3 三相电流跟踪型PWM逆变电路图2-1-4 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形2.1.2采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点
（1）硬件电路简单。
（2）实时控制，电流响应快。
（3）不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波。
（4）和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多。
（5）闭环控制，是各种跟踪型PWM变流电路的共同特点。
2.2 电压跟踪控制技术
把指令电压u*和输出电压u进行比较，滤除偏差信号中的谐波，滤波器的输出送入滞环比较器，由比较器输出控制开关器件的通断，从而实现电压跟踪控制。
图2-2-1 电压跟踪控制电路举例
2.2.1采用滞环比较方式的电压跟踪型PWM变流电路的特点
（1）和电流跟踪控制电路相比，只是把指令和反馈信号从电流变为电压。
（2）输出电压PWM波形中含大量高次谐波，必须用适当的滤波器滤
（3）u*=0时，输出电压u为频率较高的矩形波，相当于一个自励振荡电路。
（4）u*为直流信号时，u产生直流偏移，变为正负脉冲宽度不等，正宽负窄或正窄负宽的矩形波。
（5）u*为交流信号时，只要其频率远低于上述自励振荡频率，从u 中滤除由器件通断产生的高次谐波后，所得的波形就几乎和u*相同，从而实现电压跟踪控制.
3 三角波比较方式
3.1基本原理
不是把指令信号和三角波直接进行比较，而是通过闭环来进行控制。把指令电流i*U、i*V和i*W和实际输出电流i U、i V、i W进行比较，求出偏差，通过放大器A放大后，再去和三角波进行比较，产生PWM波形放大器A通常具有比例积分特性或比例特性，其系数直接影响电流跟踪特性，如图3-1-1所示。
图3-1-1 三角波比较方式电流跟踪型逆变电路
3.2特点
（1）开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便。
（2）为改善输出电压波形，三角波载波常用三相三角波载波。（3）和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的谐波
4 定时比较方式
（1）不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟。
（2）以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根据偏差的极性来控制开关器件通断。
（3）在时钟信号到来的时刻，如i < i*，V1通，V2断，使i增大。如i > i*，V1断，V2通，使i减小。
（4）每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差减小。（5）采用定时比较方式时，器件的最高开关频率为时钟频率的1/2。（6）和滞环比较方式相比，电流控制误差没有一定的环宽，控制的精度低一些。
5 MATLAB仿真与分析
（1）单相时：DC V1=DC V2=100V L=1mH，R=10 ohms。滞环宽度h=2*0.05。
仿真波形：
t/s
A
/
值
幅
t/s
（2）三相时：DC =100V L=1mH，R=10 ohms。滞环宽度h=2*0.05。
Control System ：
仿真波形：
t/s a b / V
I a I b I c t/s
I