基于可变速率采样的SPWM算法设计及实现
SPWM原理以及具体实现方法
SPWMSPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论: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.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.定义我们先说说什么叫PWMPWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。
广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的电动车电机调速就是使用这种方式。
所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。
它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。
三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。
该方法的实现有以下几种方案。
1.3.1等面积法该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点.1.3.2硬件调制法硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。
通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。
SPWM算法
基于DSP的SPWM不对称规则采样算法的分析与实现摘要：本文以高性能数字信号处理芯片TMS320F2812为核心,设计生成了基于不对称规则采样算法的SPWM波形,键盘输入参数设定调制波频率。
本文首先分析了不对称规则算法的原理,接着设计了基于TMS320F2812芯片的软件设计流程,最后在数字示波器上显示了实验波形,验证了设计的有效性和可行性。
1 引言在三相逆变器中，SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)技术是最为先进的控制算法之一,SPWM 波用于控制逆变器功率器件的开关时刻。
SPWM 技术最初是用模拟电路构成三角波和正弦波发生电路,接着用比较器来确定他们的交点,这种实现方法电路复杂,精度较差。
后来人们采用单片机来实现,但由于单片机在硬件计算速度和算法计算量方面的局限,往往无法兼顾计算的精度和速度。
由于DSP 具有强大的运算能力,能够完全兼顾控制的精度和速度,越来越多的应用选择使用DSP。
用DSP 产生多相正弦波有多种方法，如采用D/A 转换器，使用DSP 外接D/A 转换器可以输出频率较高的正弦波，但是这种方法浪费硬件资源，因为需要几相正弦波就需要几个D/A 转换器，而且在每次计算每个D/A 采样点的正弦值时都需要占用CPU,不利于系统整体性能的提高。
TMS320F2812是TI 公司推出的用于工业控制的新型32 位定点DSP，最高主频150MHz，拥有丰富的外设，利用其内部硬件电路---事件管理器模块中的全比较单元，采用SPWM 算法，可以非常方便的产生高精度的、实时性强、可在线调节、带死区控制的三相正弦SPWM 波形，从而实现三相逆变器的SPWM 控制[2]。
2. SPWM 算法原理[3]PWM 技术利用全控型器件的导通和关断把电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频控制并且消除谐波,而SPWM 算法是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制技术。
spwm原理
spwm原理SPWM原理。
SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）是一种脉冲宽度调制技术，它可以将直流电压转换成交流电压。
在现代电力电子技术中，SPWM已经被广泛应用于变频调速、逆变器、电力调制等领域。
本文将介绍SPWM的原理及其在电力电子领域中的应用。
SPWM的原理非常简单，它通过控制脉冲的宽度来实现对输出电压的调节。
在SPWM中，脉冲的宽度与输入信号的幅值成正比，通过不断改变脉冲的宽度，可以模拟出一个接近正弦波形的输出电压。
这种方法可以有效地减小谐波含量，提高输出波形的质量。
在实际应用中，SPWM主要通过比较器和可编程逻辑器件来实现。
首先，输入信号与一个三角波信号进行比较，得到一个脉冲信号。
然后，通过改变比较器的阈值电压，可以控制脉冲的宽度，从而实现对输出电压的调节。
这种方法不仅简单高效，而且可以实现高精度的输出波形控制。
SPWM在电力电子领域中有着广泛的应用。
最典型的应用就是逆变器，逆变器可以将直流电压转换成交流电压，通过控制SPWM的脉冲宽度，可以实现对输出电压的调节。
此外，SPWM还可以用于变频调速系统，通过改变输出电压的频率和幅值，可以实现对电机转速的精确控制。
在电力调制领域，SPWM也可以实现对电力质量的提升，减小谐波含量，改善电网稳定性。
总的来说，SPWM是一种简单高效的脉冲宽度调制技术，它可以实现对输出波形的精确控制，减小谐波含量，提高电力质量。
在现代电力电子技术中，SPWM 已经成为了不可或缺的一部分，它在逆变器、变频调速、电力调制等领域发挥着重要作用。
随着科技的不断发展，相信SPWM技术会有更广阔的应用前景。
不同SPWM波形生成算法及其实现
不同SPWM 波形生成算法及其实现□唐玉兵泸州职业技术学院了互联网+安全______________________________________________________ In tern et Security【摘要】 本文介绍了对称规则采样法、不对称规则采样法和等效面积法三种不同PW M 波形生成算法的运用情况，基于TMS 320LF 2407在线生成TM S 320LF 2407波形，通过实地测验可见不同算法运用特征不一，对称规则采样法采集S P W M 波形较 为方便快捷，速度较快，运用等效面积法采集S P W M 波形对称性良好，精密度较高，输出波形谐波小，采用不对称规则法进行 SPW M 波形采样，运用性能位于对称规则采样法、等效面积法两者之间，变频技术结合实际情况灵活选择运用S P W M 波形生成算法。
【关键词】S P W M 波形生成算法TMS 320LF 2407 输出波形50H z 工频用电设备运行中存在着一定的局限性，长期运行之后可能出现功率因数运行较低以及运行效率较低的现象，针对此提出了变频技术，具有更广的应用范围，技术较为成熟，综合运用了信息技术、现代电子技术、智能技术等，该技术的应用核心为对SPW M 波形的有效控制。
不同波形生成算法具有不同的应用特征。
―、S P W M 波形电力设备早期运行中，主要是通过模拟电路组成正弦波与三角波产生电路，两者交点主要通过比较器进行。
此种操作方式电路系统较为复杂，密度性有限。
电路设计过程较为复杂，当前应用不多|1]。
现代已经运用了微机、单片机促生成SPW M 波形，本文研究了 T I 公司研发的电机专用控制芯片TMS 320LF 2407，提升SPW M 算法的计算精度与计算速度。
TMS 320LF 2407属于240x 系列D S P 芯片升级产品，采用240x 系列D S P 芯片设计方式，显著提升了计算能力，具有240x 系列DSP 芯片，具有150MIPS ，最高运行速度，具有12位模数转换器（ADC )以及0.25M B 闪存，被广泛运用至电机的三相逆变器、数字化控制等领域之中[2]。
基于DSP的SPWM波设计与实现
DS P 开 发 与 应 用
基于 DSP 的 SPWM 波设计与实现 The Design and Implementation of SPWM Based on DSP
（1.广西大学；2.浙江工业大学）吴 莹 1 陈 延 明 1 沈 祺 钢 2
于 A、B 两点，在 A 点时刻 tA 和 B 点时刻 tB 控制功率器件的通 断。也就是说，该法是用一段水平线段代替一段正弦曲线，从而
为了消除输出的偶次谐波，同时保证 SPWM 具有四分之一 周期对称，正、负半波对称和三相 120o 对称，本文采用同步调制
将正弦波简化为阶梯波。
（即三角波与正弦波的斜率在过零处的极性正好相反）的方法，
入/输出(GPIO)多路复用端口输出所需的 SPWM 波形。
为了得到理想、预期的 SPWM 波形，需要正确设置 EVA 模
块的相关寄存器，其初始化设置程序如下：
GpioMuxRegs.GPAMUX.all = 0x003F;// GPIOA 口被配置为
PWM[1~6]
EvaRegs.T1PR = 5814;
[2][美]Texas Instruments Incorporated.TMS320C28X 系列 DSP 的
CPU 与外设（上、下）.张卫宁 译.北京：清华大学出版社，2004.
[3]陈坚.电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社，2002.
作 者 简 介 :吴莹（1980-），女，汉族，浙江湖州人，广西大学电气工
其基本思想是：在等腰三角载波的负峰值时刻 tc 对正弦调
图 1 对称规则采样法 以 A 相为例，若一个周期内采样 N 点(即一个周期内有 N
(2021年整理)SPWM采样方法
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自然采样法将基准正弦波与一个载波三角波相比较，由两者的交点决定出逆变器开关模式的方法。
t图 自然采样法图中t T 为三角波的周期，r U 为三角波的高，正弦波为t U c ωsin ，s T 称为采样周期,2t s T T =。
由图可知:⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫-=+=+=-=b T t b T t a T t a T t s offs on sons off 2222''利用三角形相似关系，解出a ，b 。
并带入左式得:⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫-=+=+=-=)sin 1(2)sin 1(2)sin 1(2)sin 1(22'2'11t M T t t M Tt t M Tt t M T t soffs ons on s off ωωωω其中，r c U U M =为正弦波幅值对三角波幅值之比，称为调幅比，10<<M 。
SPWM变压变频调速控制系统设计说明
SPWM变压变频调速控制系统设计一、课程设计目的掌握交-直-交电压源型变频器的结构组成和工作原理，掌握变频器的主电路、控制电路、驱动电路以及保护电路的设计方法，掌握变频器主要元器件的选型方法。
二、设计容、技术条件和要求设计交-直-交电压源型三相SPWM变频器，整流部分为二极管三相不控整流，并由大电容滤波，获得恒定直流电压，逆变器由6个电力晶体管GTR和6个续流二极管组成，并由8051和大规模集成电路HEF4752组成SPWM变压变频调速系统的控制电路。
基本设计参数：异步电动机额定功率11kW，额定电流22A，线电压380V，允许过载倍数=1.5，泵升电压U s=150V，逆变器输出频率围4~60Hz，额定输出频率50Hz，负载功率因数cos≥0.5，负载引起直流电压脉动百分比K≤5%，U in(max)=10V，设计任务：1.设计主电路：选择GTR开关管和滤波电容参数；2.设计控制电路：采用大规模集成电路HEF4752，并设f smax=1000Hz，计算8253分频系数；3.设计驱动电路：采用分立元件或集成电路模块均可；4.画出系统主电路图、控制电路图、驱动电路图、保护电路图（过压保护和过流保护二选一）；5.写出设计心得体会。
三、SPWM调速系统基本原理PWM的原理，就是面积等效原理，在采样控制理论中有一个重要的结论：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。
所以可用等幅值的不同宽度的脉冲来等效一些想要的波形。
PWM技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或电压脉冲周期以达到改变电压的目的，或者通过控制电压脉冲宽度和电压脉冲序列的周期以达到变压和变频的目的。
变频调速中，前者主要应用于PWM斩波（DC－DC变换），后者主要应用于PWM逆变（DC－AC变换）。
PWM 脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波（调制波）对三角载波进行调制，以达到调节输出脉冲宽度的目的。
SPWM的波形与生成原理精讲
采样控制理论中有一个重要结论：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。
PWM 控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
(t (t 图6-1a )b )c )d )(f➢采样控制理论基础❖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；❖将输出波形进行付氏分解，低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
❖典型惯性环节就是电感负载。
自然采样法是一种基于面积等效理念的能量转换形式，其原理极为简单而且直观，并具备十分确切的数理依据，通用性及可操作性也很强。
当正弦基波与若干个等幅的三角载波在时间轴上相遇时，并令正弦波的零点与三角波的峰点处于同相位（图2a ），所得的交点（p ）表达为时间意义上的相位角和对应的瞬时幅值，交点间的相位区间段表示以正弦部分为有效输出的矩形脉冲群。
u U -U调制法得到PWM 波有两种方法：单极性和双极性。
两者区别在于三角载波的不同。
➢单极性PWM 控制方式：❖在u r 和u c 的交点时刻控制IGBT 的通断❖u r 正半周，V 1保持通，V 2保持断▪当u r >u c 时使V 4通，V 3断，u o =U d ▪当u r <u c 时使V 4断，V 3通，u o =0❖u r 负半周，V 1保持断，V 2保持通▪当u r <u c 时使V 3通，V 4断，u o =-U d ▪当u r >u c 时使V 3断，V 4通，u o =0▪虚线u of 表示u o 的基波分量由此，SPWM 波的基本概念是每一周期的基波与若干个载波进行调制（载波的数量与基波之比即为载波比），并依次按正弦函数值定位的有效相位区间集合成等幅不等宽且总面积等效于正弦量平均值的正弦化脉冲序列。
SPWM方案的设计
设计任务书
郑州航空工业管理学院
机电工程学院
电气工程及其自动化专业11级
电力拖动自动控制系统
课程设计
指导教师：孙标
设计任务：SPWM控制方案的设计
说明：
SPWM的实现可给予硬件方案或者软件方案——方案自选
硬件方案：
调制波和载波同时送入电压比较器，由电压比较器完成调制，生成PWM波，再经过放大、隔离，送给全控型电力电子元件。
要求：
1.给出电压比较器的选型、原理图设计（protel）
2.原理图设计结论应当包括ABC三相
3.给出主电路原理图
软件方案：
通过微处理器的实时计算，得到SPWM。
要求：
1、给出基于规则采样法的SPWM算法——参考《电力电子变流技术》第十章内容
2、编制算法程序流程
3、编制脉冲生成程序流程——结合自己所选的微处理器型号。
基于DSP的SPWM变压变频电源的设计
基于DSP的SPWM变压变频电源的设计DSP（数字信号处理）是一种高性能的数字信号处理器，可用于设计SPWM（正弦脉宽调制）变压变频电源。
SPWM电源是一种通过调制正弦波脉宽来实现变压变频输出的电源系统，具有电压可调、频率可调的特点。
下面将介绍基于DSP的SPWM变压变频电源的设计。
首先，设计一个用于DSP控制的电源逆变器。
逆变器将直流电源转换为交流电源，以供电给负载。
选用具有较高的转换效率和稳定性的逆变器电路，如单臂全桥逆变器或三脚晶闸管逆变器。
其次，需要设计一个用于测量电源输出电压和电流的采样电路。
采样电路可以采用高精度的模数转换器（ADC）来实现，通过将电源输出连接到ADC输入引脚，可以准确测量输出的电压和电流。
接下来，设计一个电流闭环控制算法来控制电源输出电流。
电流闭环控制算法可以使用DSP的数字信号处理功能来实现。
通过实时采集电源输出电流的测量值，并与设定的电流参考值进行比较，可以计算出电流控制信号，以控制电源逆变器的输出电流。
然后，设计一个电压闭环控制算法来控制电源输出电压。
电压闭环控制算法也可以使用DSP的数字信号处理功能来实现。
通过实时采集电源输出电压的测量值，并与设定的电压参考值进行比较，可以计算出电压控制信号，以控制电源逆变器的输出电压。
最后，完成DSP的程序设计和参数设置。
通过编程DSP，将电流闭环控制算法和电压闭环控制算法实现在DSP中，并设置相应的参数，以实现电源逆变器的正常工作。
综上所述，基于DSP的SPWM变压变频电源的设计主要包括逆变器的设计、采样电路的设计、电流闭环控制算法的设计、电压闭环控制算法的设计和DSP程序设计与参数设置。
这个设计可以实现对电源输出电压和电流的精确控制，能够满足不同负载的要求，具有较高的效率和稳定性。
基于TMS320F28335的数字SPWM采样算法数字SPWM采样算法是基于
基于TMS320F28335的数字SPWM采样算法数字SPWM采样算法是基于SPWM调制理论，利用数字控制器技术，实时准确计算出开关管切换时刻点的方法。
从而获取按正弦规律变化的占空比脉冲序列，通过适当的低通滤波技术获取所需幅值、频率的正弦波。
随着对电源调控技术要求的提高，数字化、智能化已经成为控制领域中的显著特征，需要具有更加灵活的数字SPWM算法来满足实际需要。
然而，以往的SPWM采样算法多是从单一算法的本身角度考虑，并未给出一种运算效率高，输出谐波含量低，且易于数字控制器实现的数字SPWM通用模型及实现方法。
本文通过对数字SPWM采样算法进行分析，推导出各种数字SPWM算法的通用模型．结合数字控制器技术给出一种较为方便可行的数字SPWM采样算法通用模型及实现方法。
基于TMS320F28335控制器，在实验室研制的5kW单相全桥光伏并网逆变器上。
对各种数字SPWM算法的通用模型进行试验对比验证。
试验表明，采用数字SPWM 算法的通用模型及实现方法，可以获取满足实际需求、谐波含量低、控制方便的正弦波形。
1 数字SPlWM采样算法模型数字SPWM采样算法是基于SPWM调制理论，利用数字控制器技术，实时准确计算出开关管切换时刻点的方法。
SPWM调制理论是各种SPWM采样算法的基础。
它基于自然采样法原理，通过正弦调制波和高频三角载波相交点来确定开关管的切换时刻点，具有谐波含量低、动态调控优的优点。
自然采样法开关时刻点是动态变化的，其数值方程又是超越方程，计算量相当复杂、实时性差，无法满足数字SPWM采样算法的要求。
数字SPWM采样算法能克服自然采样法计算量大、实时性差的缺点，其谐波含量低、动态调控方便。
从本质上来说，数字SPWM采样算法是在开关管切换时刻点采用曲线拟合的方法来替代正弦曲线，从而将自然采样算法中的超越方程降解为易于数字控制器求解的数值方程，以实时获取开关管的开通与关断时刻。
根据采用的拟合方法，可将数字SPWM采样算法分为直线逼近算法、切线逼近算法和割线逼近算法。
SPWM的基本原理及其应用实例
SPWM的基本原理及其应用实例1. 什么是SPWMSPWM（Sine Wave Pulse Width Modulation）即正弦波脉宽调制技术，是一种常用的电子控制技术。
在SPWM技术中，通过改变脉冲宽度来控制输出电压的大小，从而实现对电力系统的调节。
2. SPWM的基本原理SPWM技术基于一个简单的原理，即将一条直流电压通过开关器件开关，形成一串脉冲信号，通过调节脉冲的宽度和频率，可以模拟出一个接近正弦波的输出电压。
基本工作原理如下：•步骤1：通过开关器件将直流电源转换为交流电源。
•步骤2：通过比较器将一个参考正弦波信号与一个三角波信号进行比较。
•步骤3：根据比较结果，控制开关器件的导通和断开，改变脉冲的宽度和频率。
•步骤4：得到一个脉冲宽度与正弦波信号相关的输出波形，即SPWM输出。
3. SPWM的优点与应用SPWM技术具有以下优点：• 1. 输出波形接近正弦波： SPWM技术能够产生接近正弦波的输出波形，具有较低的谐波含量，适用于需要稳定高质量电源的场景。
• 2. 输出电压可调： SPWM技术可以通过改变比较器的阈值、参考信号的幅值和频率等参数，实现对输出电压的精确调节。
• 3. 调制频率高： SPWM技术的调制频率通常可以达到几百Hz甚至更高，适用于对输出电压要求高动态响应的系统。
SPWM技术在许多领域得到了广泛应用，以下是几个典型的应用实例：3.1 变频调速SPWM技术可用于电机驱动，通过调节输出电压的频率和电压大小，实现对电机的变频调速。
这在工业自动化领域中非常常见，可以节省能源和提高生产效率。
3.2 逆变器控制SPWM技术也广泛应用于逆变器中，用于将直流电源转换为交流电源。
逆变器通常用于太阳能发电、风能发电和电力调制等场景，SPWM技术可实现对逆变器输出电压波形的控制。
3.3 无线电通信在无线电通信领域，SPWM技术可以用于产生高频信号，实现调频调制（FM）。
通过改变脉冲的宽度和频率，可以实现对无线电信号的调制和解调。
SPWM波形优化算法及其DSP实现
SPWM波形优化算法及其DSP实现1.引言从逆变器诞生之日起人们就把改善输出波形，消除谐波，提高波形质量作为一项重要的研究内容,所以对SPWM波形的谐波分析有着十分重要的意义[1]。
对于实时计算的PWM 控制方法常常需要建立数学模型，较为常用的是采样型的SPWM法。
文[2]指出,在对正弦波进行调制时，采用三角波作为载波比用锯齿波产生更少的谐波分量，自然采样SPWM法就是通过正弦波与三角波的比较来决定开关点的位置，原理简单易于用模拟电路实现，但由于其开关模式不能用显式表达，难以用微机实现实时控制，因此发展了规则采样法。
本文给出了一种基于DSP的对称规则SPWM生成法——开关点预置算法，开关点预置最优SPWM控制波形的确定是以输出THD性能指标最小为优化目标，在同样开关频率的前提条件下，从所有可能的开关控制波形中唯一地筛选出来的，因此所选取的开关控制波形即为同样开关频率下所有SPWM控制波形中最优的选择，以此来控制逆变桥开关，其最终输出正弦信号也必然地具有最优性。
2.对称规则SPWM波的生成自然取样法的主要问题是SPWM波形每一个脉冲的起始和结束时刻tA和tB对于三角载波的中心线不对称，因而求解困难[3]。
工程上实用的方法要求计算简单，误差不是很大，因此对自然取样法进行一些近似处理，得出了各种规则采样方法。
规则采样法是波形发生器通过编程方法实现的几种方式之一，这种方式使PWM波产生的谐波小，在三相异步电动机变频调速系统中，通常都采用此种方法。
在三角波的一个周期内，只利用三角波的一个峰值点所对应的正弦函数值求取的脉冲以三角波的峰值点为对称，因此这种采样法称为对称规则采样法，如图1所示。
图1. 生成SPWM波的规则采样法若以单位量1代表三角载波的幅值Uc，则正弦波的幅值Um就是调制度m，m=Um/Uc,再由图1几何关系可知：式中：ωs为正弦调制信号的角频率，；Tc为载波周期；fm为调制波频率。
根据脉宽时间计算公式，如果一个周期内有N个矩形波(通常N取为3的整数倍)，载波比N=fc/fm,则第i个矩形波的占空比为：(3)可见，在已知载波周期Tc、正弦波电压Um或m以及每个特定时刻的函数值，便可以计算出第i个脉宽时间和间隙时间。
SPWM波形优化算法及其DSP实现
SPWM波形优化算法及其DSP实现
1.引言
从逆变器诞生之日起人们就把改善输出波形，消除谐波，提高波形质量作为一项重要的研究内容,所以对SPWM波形的谐波分析有着十分重要的意义[1]。
对于实时计算的PWM控制方法常常需要建立数学模型，较为常用的是采样型的SPWM法。
文[2]指出,在对正弦波进行调制时，采用三角波作为载波比用锯齿波产生更少的谐波分量，自然采样SPWM法就是通过正弦波与三角波的比较来决定开关点的位置，原理简单易于用模拟电路实现，但由于其开关模式不能用显式表达，难以用微机实现实时控制，因此发展了规则采样法。
本文给出了一种基于DSP的对称规则SPWM生成法开关点预置算法，开关点预置最优SPWM控制波形的确定是以输出THD性能指标最小为优化目标，在同样开关频率的前提条件下，从所有可能的开关控制波形中唯一地筛选出来的，因此所选取的开关控制波形即为同样开关频率下所有SPWM控制波形中最优的选择，以此来控制逆变桥开关，其最终输出正弦信号也必然地具有最优性。
2.对称规则SPWM波的生成
自然取样法的主要问题是SPWM波形每一个脉冲的起始和结束时刻tA和tB 对于三角载波的中心线不对称，因而求解困难[3]。
工程上实用的方法要求计算简单，误差不是很大，因此对自然取样法进行一些近似处理，得出了各种规则采样方法。
规则采样法是波形发生器通过编程方法实现的几种方式之一，这种方式使PWM波产生的谐波小，在三相异步电动机变频调速系统中，通常都采用此种方法。
使用SPWM控制技术的全数字单相变频器的设计及实现方法
使用SPWM控制技术的全数字单相变频器的设计及
实现方法
常见的AC／DC／AC变频器，是对输出部分进行变频、变压调节，而
且在多种逆变控制技术中，应用最广泛的一种逆变控制技术是正弦脉宽调制(SPWM)技术。
在变频调速系统中，应用DSP作为控制芯片以实现数字化控制，它既提高了系统可靠性，又使系统的控制精度高、实时性强、硬件简单、软件编程容易，是变频调速系统中最有发展前景的研究方向之一。
本文介绍了基于DSPTMS320LF2407A并使用SPWM控制技术的全数字单相变频器的设计及实现方法，最后给出了实验波形。
1 TMS320LF2407A芯片简介
TMS320LF2407A是TI公司专为电机控制而设计的单片DSP控制器。
它具有高性能的C2XLP内核，采用改进的哈佛结构，四级流水线操作，它不仅具备强大高速的运算能力，而且内部集成了丰富的电机控制外围部件，如事件管理器EVA、EVB各包括3个独立的双向定时器；支持产生可编程的死区控制PWM输出；4个捕获口中的2个可直接连接来自光电编码器的正交编码
脉冲；2个独立的10位8路A／D转换器可同时并行完成两个模拟输入的转换；片内的串行通信接口可用于与上位机通信；片内串行外设口用于与外设之间通信；40个可独立编程的复用I／O口可以选配成键盘输入和示波器显
示的输入／输出口。
这些为实现交流电机变频调速控制提供了极大的便利。
2 系统总体方案及硬件电路
图1为系统硬件框图。
在本系统中，以TMS320LF2407A为主要控制芯片，逆变器采用SPWM调制控制方式实现变频控制算法，系统硬件由主电路、显示电路、键盘输入电路以及检测与保护电路等组成。
DSP首先从键盘采集需。
三种SPWM波形生成算法的分析与实现
三种SPWM波形生成算法的分析与实现Analysis And Realization Of Three Algorithms For SPWM Waves摘要：变频技术作为现代电力电子的核心技术，集现代电子、信息和智能技术于一体。
而SPWM(正弦波脉宽调制)波的产生和控制则是变频技术的核心之一。
本文对SPWM波形生成的三种算法--对称规则采样法、不对称规则采样法和等效面积法分别加以分析，并通过高精度定点32位DSP微处理器TMS320F2812在线生成SPWM波形。
实验表明采用对称规则采样法产生的SPWM波形，具有速度快、变频方便等优点。
采用等效面积法产生的SPWM波形具有精度高、输出波形谐波小，对称性好等优点。
不对称规则采样法的性能介于二者之间。
关键词：正弦脉冲宽度调制(SPWM)；规则采样法；等效面积法；TMS320F2812Abstract:As the kernel technology of modern power electronics,frequency conversion technology unites the technologies of modern electronics,information and intelligence.The generating and controll of Sinusoidal Pulse-Width Modulation (SPWM) waveforms is one of the core technology of frequency conversion.Three algorithms for SPWM waves are analyzed in this paper,which are symmetry rule sampling method,asymmetry rule sampling method and equiarea algorithm.The SPWM waves are realized by TMS320F2812 DSP.The experimetal results show that symmetry rule sampling method has advantages of fast speed and converting frequency easily.They also show that the SPWM waves generated by equiarea algorithm have advantages of high precision,small harmonic value of output waves and good symmetry.And the performances of the SPWM waves by asymmetry rule sampling method are between the two algorithms above. Keywords:SPWM; rule sampling method;equiarea algorithm;TMS320F2812针对工频(我国为50Hz)并非是所有用电设备的最佳工作频率，因而导致许多设备长期处于低效率、低功率因数运行的现状，变频控制提供了一种成熟、应用面广的高效节能新技术，而SPWM波形的产生和控制则是变频技术的核心之一。
三种SPWM波形生成算法的分析与实现
三种SPWM波形生成算法的分析与实现Analysis And Realization Of Three Algorithms For SPWM Waves摘要：变频技术作为现代电力电子的核心技术，集现代电子、信息和智能技术于一体。
而SPWM(正弦波脉宽调制)波的产生和控制则是变频技术的核心之一。
本文对SPWM波形生成的三种算法--对称规则采样法、不对称规则采样法和等效面积法分别加以分析，并通过高精度定点32位DSP微处理器TMS320F2812在线生成SPWM波形。
实验表明采用对称规则采样法产生的SPWM波形，具有速度快、变频方便等优点。
采用等效面积法产生的SPWM波形具有精度高、输出波形谐波小，对称性好等优点。
不对称规则采样法的性能介于二者之间。
关键词：正弦脉冲宽度调制(SPWM)；规则采样法；等效面积法；TMS320F2812Abstract:As the kernel technology of modern power electronics,frequency conversion technology unites the technologies of modern electronics,information and intelligence.The generating and controll of Sinusoidal Pulse-Width Modulation (SPWM) waveforms is one of the core technology of frequency conversion.Three algorithms for SPWM waves are analyzed in this paper,which are symmetry rule sampling method,asymmetry rule sampling method and equiarea algorithm.The SPWM waves are realized by TMS320F2812 DSP.The experimetal results show that symmetry rule sampling method has advantages of fast speed and converting frequency easily.They also show that the SPWM waves generated by equiarea algorithm have advantages of high precision,small harmonic value of output waves and good symmetry.And the performances of the SPWM waves by asymmetry rule sampling method are between the two algorithms above. Keywords:SPWM; rule sampling method;equiarea algorithm;TMS320F2812针对工频(我国为50Hz)并非是所有用电设备的最佳工作频率，因而导致许多设备长期处于低效率、低功率因数运行的现状，变频控制提供了一种成熟、应用面广的高效节能新技术，而SPWM波形的产生和控制则是变频技术的核心之一。
一种调制波幅值可调的SPWM信号生成方法
一
种调 制 波 幅值 可调 的 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 信 号 生 成 方 法
丛培 田 ，张树 旺 ，李 驰
（ 沈 阳理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 辽 宁 沈阳 １ １ ０ １ ５ ９ ）
摘 要 ：基 于脉 宽 调 制 原 理 ， 利 用 Ｏ ｔ 编 程 语 言工 具 设 计 了一 套 调 制 波 幅 值 可 调 的 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 信 号 实 现 程 序 ，解 决 了在 控 制 系 统 设 计 中 遇 到 的 变 占空 比 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 信 号 生 成 的 问题 。 采 用 载 波 与 调 制 信 号 比较 的方 法 ，在 Ｑ ｔ中设
１ Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 信 号 调 制 原 理 及 波 形 实 现
１ ． １ 正 弦 波 调 制 原 理
器开 关 器 件 的驱 动 信 号Ⅲ 。 当 信 号 波 电压 （ 三 角 波） 大 于载 波 电压 （ 正弦波 ） 时输 出低 电平 ， 否则 输 出 高电平 ， 比较后 的输 出电压 用 作 交 流 电机 的 输入 电 压 。Ｓ Ｐ ＷＭ 脉冲序列波 产生 的电路 原理如 图 ２所示 。
计Ｓ Ｐ ＷＭ 信号生成模 块。通 过 实验表 明：所设 计 的调 制 波 幅值 可调 的 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 信 号 模 块 性 能 可 靠 、 使 用 方便 。 关 键 词 ：Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ ；Ｑ ｔ ；幅 值 可 调 ； 调 制 波
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３
文献标识码． ：Ａห้องสมุดไป่ตู้
一 一
１ ． ３ 数 学 模 型 理 论 基 础 调 制 波和 载波 的交 点决 定 了 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 脉 冲 系列 的
宽 度 和脉 冲 的间隔 宽度 ， 这些 交点 的计 算 十分 关键 ， 因 为 它决 定 了脉 冲 的上 升 时 刻 和 下 降 时 刻 。对 于 正 弦 波， 计算 交点 的数 学模 型如 下 ：
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收稿日期:2008205230作者简介:王宽仁(19612)男,副教授,工学硕士,主要从事通信电路教学、新技术的应用与开发工作。
文章编号:100923664(2008)0520043203设计应用基于可变速率采样的SP WM 算法设计及实现王宽仁(空军工程大学电讯工程学院,陕西西安710077) 摘要:SP WM 调制是提高逆变电源电压利用率和减少谐波分量的重要方法。
文章依据正弦信号的波形特点,从采样速率转换时刻的确定、采样速率的选择及脉冲换相点的计算等方面详细讨论了可变速率采样的SP WM 算法原理和参数选择。
最后给出采用ST C 12C 5410AD 系列单片机的软、硬件实现。
关键词:可变速率采样;SP WM 调制;ST C 12C 5410AD 单片机;PCA 模块中图分类号:T N 86,TP 274文献标识码:ASP WM Design and I m p lementati on Based on Variable Rate Samp lingWANG Kuan 2ren(The Telecommunicati on Engineering I nstitute,A ir Force Engineering University,Xi ’an 710077,China )Abstract:SP WM modulati on is the i m portantway t o i m p r ove the invert power supp ly voltage efficiency and reduce the har mon 2ic component .Based on the characteristic of the sine wave signal,this paper discusses SP WM algorith m p rinci p le and p references of variable rate samp ling in details fr om the foll owing as pects,identifying the ti m e of sa mp ling rate conversi on,selecti on of the sa mp ling rate and calculati on of pulsed phasic exchanged points .Finally,the i m p le mentati on is given by adop ting a series of STC 12C 5410AD SC M f or s oft w are and hard ware .Key words:variable rate sa mp ling;SP WM modulati on;ST C 12C 5410AD SC M;PCA module0 引 言AC /AC 或DC /AC 等逆变电路中已广泛采用了SP WM 控制算法。
SP WM 控制算法的实现有模拟方法,也有基于微处理器技术的数字方法。
随着微处理器芯片的运算处理速度及集成度的迅速提高,出现了许多基于数字方法的SP WM 控制算法。
如采样SP WM 法、谐波注入SP WM 法、均值SP WM 法及等面积SP 2WM 法等。
这些算法有一个共同的特点:即在正弦控制信号的一个周期内,采样速率保持不变(即恒采样速率)[1]。
我们知道:逆变电路中载波频率越高,电源利用率就越高、输出电压和输出电流中的谐波分量也就越小[1],为了提高电源利用率,减小输出谐波分量,希望载波频率高一些。
这就要求微处理器芯片能快速处理并存储大量的数据,从而对微处理器芯片提出了更高要求。
本文根据正弦信号的特征,提出了可变速率的SP WM 控制算法,并在ST C 12C 5410AD 系列单片机上得到实现。
这种算法既保证了较高的电源利用率和较低的输出谐波分量,而且数据运算量不大,占用存储空间较小。
从而避免使用昂贵的高速处理器芯片[2],具有极大的实用价值。
1 基于可变速率采样的SP WM 算法原理正弦函数过零点时幅度变化率较大,而在峰值附近幅度变化率较小。
根据这个特点,在正弦控制信号过零点附近,采用较大的采样速率;而在峰值附近采用较小的采样速率,从而实现了可变速率采样。
下面从采样速率转换时刻的确定、采样速率的选择及脉冲换相点的计算等三个方面说明。
1.1 采样速率转换时刻的确定设正弦控制信号u c (t )=U cm sin (Ωt ),已知当Ωt =π12时,sin (Ωt )≈Ωt ,因此可以取Ωt =π12作为选择采样速率转换时刻的依据。
即在正弦控制信号的一个周期内,当电相位角Ωt <π12和Ωt -π<π12时,采用高采样速率;而在电相位角的其他取值范围内,采用较低采样速率。
由此可以计算出正弦信号的半个周期内相应的采样速率转换时刻:T 1=π12Ω;T 2=T 2-T 1式中,T =2πΩ,如图1(a )所示。
1.2 采样速率选择采样速率的选择需要考虑以下两个因素:第一,开关电路中功率管的截止频率;第二,微处理器的运算处理速度。
假设在0≤t <T 1和T 2≤t <T2时间段,采样速率为f s 1,采样周期为T s 1,则采样点数2N 1=T 1×f s 1・34・+T2-T 2f s 1;而在T 1≤t <T 2时间段,假设采样速率为f s 2,采样周期为T s 2。
则采样点数N 2=(T 2-T 1)f s 2。
这样在正弦信号的半个周期内,采样总点数为(2N 1+N 2),平均载波比为2×(2N1+N 2)。
图1 可变速率采样的P WM 调制原理1.3 脉冲换相点的计算在正弦信号半个周期内,采样速率从f s 1转换到f s 2,再转换为f s 1,期间变化两次,如图1(a )所示。
因此换相点的计算也应分段进行。
设输出P WM 的幅值为U d ,采用单极性等面积P WM 方式,分段计算如下:1.3.1 〔0,T 1〕和T 2,T2期间换相点的计算将〔0,T 1〕区间N 1等分,在第i 个区间,正弦波对应面积:S ki =∫iT s 1(i -1)T s 1U cm sin Ωt d t ≈U cm Ω∫iT s 1(i -1)Ts 1t d t =12U cm Ωt 2iT s 1(i -1)T s 1=12U cm Ω(2i -1)T s 12 而第i 区间的P WM 波形面积为U d T p i 1,等效示意图如图1(b )所示。
令S ki =U d T p i 1得:T p i 1=M π272N 12Ω(2i -1),i =1,2,…,N 12T gi 1=12(T s 1-T p i 1)(1)式中,M =U cm U d称为调制比。
由式(1)可知,第i 个区间的脉冲宽度与i 成线性关系,只要知道i =1区间的脉冲宽度,通过算术运算很容易得到任意区间i 的脉冲宽度,而且运算量小,占用内存也很少。
在T 2,T2期间,由于脉宽值和〔0,T 1〕期间值存在对应关系,只要获得〔0,T 1〕期间的T p i 1值并将该值暂存,在T 2,T2期间按一定顺序重复调用即可。
1.3.2 在〔T 1,T 2〕期间换相点的计算将〔T 1,T 2〕区间N 2等分,可得第i 区间:S ki =∫iT s 2(i -1)T s 2U cm sinΩt d t =U cmΩ[cos Ω(i -1)T s 2-cos ΩiT s 2] =U cmΩcos5π6N 2(i -1)-cos 5π6N 2i 同理可得:T p i 2=MΩcos5π6N 2(i -1)-cos 5π6N2i 令:δi =cos5π6N 2(i -1)-cos 5π6N 2i 在〔T 1,T 2〕期间:T p i 2=MΩδi i =1,2,…,N 2T gi 2=12(T s 2-T p i 2)(2)由式(2)可见,δi 表达式中包含三角函数运算,但它仅与N 2有关,一旦N 2确定后,可事先将计算好的δi 值存入内存,需要时通过查表获得。
这样通过算术运算即可得到T p i ,计算速度也较快。
2 软、硬件实现2.1 硬件组成硬件电路设计中,充分利用了STC 12C 5410AD 单片机内部丰富的片内硬件资源,在外围电路配置很少的情况下形成。
组成框图如图2所示,主要由载波周期定时器、P WM 产生电路,采样次数计数器、半波个数计数器及波形合成电路等组成。
图2 硬件电路 载波周期定时器:产生P WM 波的载波信号,载波信号在不同的时间段其周期是不同的,因此要及时完成载波周期的转换。
P WM 产生电路:利用片内PCA 模块实现P WM 产生,是硬件电路中的关键模块,它将脉宽参数自动与・44・ 2008年9月25日第25卷第5期王宽仁: 基于可变速率采样的SP WM算法设计及实现Telecom Power Technol ogySep.25,2008,Vol.25No.5PCA定时器内容比较,当相匹配时,产生中断信号,并自动驱动取反逻辑使相应输出引脚取反,产生P WM 脉冲。
采样次数计数器:由于正弦信号半个周期内,采样速率有两次变化。
设置采样次数计数器供程序判断,以便实现正确转换。
半波个数计数器:根据单极性P WM输出的波形特点,设置2路P WM产生电路输出,在半波个数为偶数时,由其中一路输出。
在半波个数为奇数时,由另一路输出,经过波形合成,即可得到单极性P WM波。
2.2 软件设计软件部分包括初始化程序模块,载波周期产生模块,PC A中断模块等。
由于载波周期产生程序、PC A中断程序作为整个软件部分的核心,这里重点加以介绍。
载波周期产生程序:主要完成脉宽参数更新、P WM输出引脚置位、PCA计数器启动、修改采样次数计数器及下一个脉宽参数的计算、暂存等功能。
流程图如图3(a)所示。
PCA中断程序:利用单片机内部提供的PCA模块实现P WM脉冲输出。
主要完成PCA计数器关闭、半波个数计数器自动递增等功能。
由于比较,输出由硬件自动完成了,可大大提高CP U的利用率。
如图3 (b)所示。
3 结束语本设计充分利用ST C单片机的硬件资源,完成了基于可变速率采样的SP WM算法设计,并应用到一图3 软件流程种50Hz的便携式逆变电源中。
实践证明该算法数据量小,对处理器芯片要求较低,具有广阔的应用前景。
参考文献:[1] 谢运祥,欧阳森.电力电子单片机控制计术[M].北京:机械工业出版社,2007.[2] 黄敏俊,谢运祥,陈江辉.浅谈正弦波逆变电路的数字化控制技术[J].通信电源技术.2007,24(1):52254.(上接第42页) 根据图4导出移相全桥变换器主电路的传递函数,G ud(s)=nU is2LC+s(L/R+R p C)+R p/R+1(18)R p=4n2L r f开环输出阻抗Z(s)令^Us=0,^d=0则^d u=0,^d=0,得出Z0(s)=s L+R ps2LC+s(L/R+R p C)+R p/R+1(19)2 仿真结果本文以一台实验样机的参数为指标,利用MAT2 LAB对系统进行仿真,其参数如下:U i=380V,n=1.5,U0=110V,P0=1100W,L= 87μH,C=300μF,f=25kHz,L r=13.2μH,R=U2/ P=11Ω。