SPWM算法
SPWM
PWM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律排列，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。
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2.
(1)调制波和载波：曲线①是正弦调制波，其周期决定于需要的调频比kf，振幅值决定于ku,曲线②是采用等 腰三角波的载波，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于ku=1时正弦调制波的振幅值，每半周期内所有三角波 的极性均相同(即单极性)。
调制波和载波的交点，决定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度，每半周期内的脉冲系列也是单极 性的。
在通用变频器采用的交-直-交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒 定。从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代，只要每个脉 冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。例如，把正弦半波分作 n等分(n=9)，把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矩形脉冲来代替，矩形脉冲的 幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm波形。同样，正弦波的负半周也可 用相同的方法与一系列负脉冲波等效。这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的spwm波形称作单极式 spwm。
SPWM算法的分析与实现
SPWM算法的分析与实现SPWM算法的基本原理是通过对比参考波形和三角波形来生成PWM信号。
参考波形是所需输出的交流电信号的波形，而三角波形是由频率为基准频率的三角波信号生成的。
通过比较两者的幅值，可以确定开关器件的导通和关断时间，从而控制输出电压的波形。
SPWM算法的核心是调制信号的生成。
调制信号是一个频率和幅值可调的信号，用于控制开关器件的导通和关断时间。
常见的调制信号有正弦波、三角波和锯齿波等。
在SPWM算法中，使用三角波作为调制信号，因为三角波信号的频率很容易调节。
1.生成三角波信号：通过计数器和查表法生成频率可调的三角波信号。
计数器的计数范围根据所需输出的频率进行设置。
2.生成参考波形：参考波形是输出交流电信号的理想波形。
可以根据所需输出的波形进行选择，常见的有正弦波、方波等。
参考波形可以通过查表法或者数学函数计算生成。
3.比较参考波形和三角波形：将参考波形和三角波形进行比较，确定开关器件的导通和关断时间。
如果参考波形的幅值大于三角波形的幅值，则开关器件导通；反之，则关断。
4.控制开关器件的导通和关断时间：根据比较结果，控制开关器件导通和关断时间的长度。
导通时间越长，输出电压的幅值越大；导通时间越短，输出电压的幅值越小。
5.输出PWM信号：根据开关器件导通和关断的时间长度，生成PWM信号。
PWM信号控制开关器件的导通和关断，进而控制输出电压的幅值和频率。
在实际的应用中，SPWM算法还需要考虑一些问题。
例如，如何解决开关器件的导通和关断的过渡问题，以及如何进行电流和电压保护等。
此外，为了提高系统的稳定性和抗干扰性，还需要添加滤波器和反馈控制等。
总结起来，SPWM算法是一种常用的电力调制技术，通过调整电压的幅值和频率来控制输出的交流电波形。
它主要通过参考波形和三角波形的比较来生成PWM信号，控制开关器件的导通和关断时间。
在实际应用中，还需要解决过渡问题和进行保护措施，以提高系统的性能和稳定性。
SPWM控制算法原理
谐波、直流电压利用率、开关损耗、跟踪（响应）速度、 不同应用场合的特殊问题
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2.1 SPWM基本原理
• 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
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
d (t)
O
tO
tO
tO
t
a)矩形脉冲
b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数
形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
9
2.1 SPWM基本原理
具体的实例说明 “面积等效原理”
a）
b)
冲量相等的各种窄脉 冲的响应波形
u (t)－电压窄脉
冲，是电路的输入
i (t)－输出电流，
V1
降低输出交流幅值
V1* V4
V4*
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2.2 SPWM逆变及其控制方法
• 特定谐波消去法（计算法）
Selected Harmonic Elimination PWM—SHEPWM
这是计算法中一种较有 uo
代表性的方法
Ud
输出电压半周期内，器 件通、断各3次（不包括
O a1
a2 a3
Ud
O
wt
-U d
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。
Ud
O -U d
wt
12
2.1 SPWM基本原理
目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术 逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合 PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目 前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路
光伏逆变器几种常用SPWM波形生成算法与数字调制方式
前言：光伏逆变器与普通逆变器的最大区别，直流源的不同。
直流源由原来的蓄电池，或其它直流源换成了PV组件（太阳能电池）。
因PV组件特殊性，与普通逆变器不同的是，光伏逆变器多了一级MPPT（最大功率控制），其它基本相同。
光伏逆变器也可以叫太阳能逆变器，主要种类有，离网的光伏逆变器、并网的光伏逆变器、离并网的光伏逆变器并机的光伏逆变器等等，注意并网与并机逆变器是在控制上是有很大区别的。
当然无论是那一种光伏逆变器。
它的核心技术就是普通逆变器的技术。
整个逆变器控制技术它主要包含了电力电子技术、自动化控制原理、数字控制技术等等，这里数字控制技术是重点。
而SPWM波形生成算法和数字调制方式又是逆变器数字控制的核心点。
不同波形生成算法与调制算法决定了不同的电路和不同的THD（总谐波失真）比如说，单极性调制算法，肯定是用于全桥电路，不能用于半桥。
双极性的调制算法的谐波失真肯定是要高于单极性等等。
本文主要阐述了SPWM的几种常用的波形生产算法与数字调制方式●SPWM的几种常用的波形生产算法SPWM(正弦波脉宽调制)波的产生的常用算法有对称规则算法、不对称规则算法、等面积算法、SVPWM算法。
这四种算法分别有着自己不同的特点。
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。
不对称规则采样法是对称规则的优化版，相对对称规则采样法，采样误差减小，精度有所提高。
等面积法产生的SPWM 波形相对于前两种具有精度更高、输出波形谐波小，对称性好等优点。
SVPWM（电压空间矢量算法），具有直流电压利用率高的优点，在大功率三相逆变器应用较多。
由于本人对此算法还没有深入理解本文暂时省略。
（同时也请教论坛中的师傅们讲一下此算法的原理）▲对称规则采样法如图1所示。
它固定在三角波每一周期的负峰值时找到正弦波上的对应点E ，并用此电压值对三角波进行采样，确定SPWM波形中脉冲的生成时刻。
如图2所示可求得SPWM脉冲宽度t2 和间隙时间t1和t3 。
SPWM与SVPWM的原理、算法以及两者的区别
SPWM与SVPWM的原理、算法以及两者的区别所谓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律排列，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。
SPWM（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。
SVPWM的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
spwm与svpwm的原理SPWM原理正弦PWM的信号波为正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的。
正弦波波形产生的方法有很多种，但较典型的主要有：对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种。
第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小，所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波，显然输出电压高于前者，但对于微处理器来说，增加了数据处理量当载波频率较高时，对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的，它兼顾了前两种方法的优点。
SPWM与SVPWM之比较 (2)
一、 原理比较
(1)、SPWM 正弦 PWM 的信号波为正弦波,就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉 冲波形,其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的 .正弦波波形产生的方 法有很多种,但较典型的主要有:对称规则采样法、 不对称规则采样法和平均对称 规则采样法三种.第一种方法由于生成的 PWM 脉宽偏小,所以变频器的输出电压 达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波 ,显然 输出电压高于前者,但对于微处理器来说,增加了数据处理量当载波频率较高时, 对微机的要求较高 ; 第三种方法应用最为广泛的 , 它兼顾了前两种方法的优点 . SPWM 虽然可以得到三相正弦电压 ,但直流侧的电压利用率较低 , 最大是直流侧 电压的倍,这是此方法的最大的缺点. (2)SVPWM 电压空间矢量 PWM(SVPWM)的出发点与 SPWM 不同,SPWM 调制是从三相交流电 源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源 .而 SVPWM 是将逆变器和电动机看成一个整体 ,用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量 , 建立逆变器功率器件的开关状态 ,并依据电机磁链和电压的关系 ,从而实现对电 动机恒磁通变压变频调速 .若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电 压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨 迹为圆形. SVPWM 比 SPWM 的电压利用率高 15%,这是两者最大的区别,但两者并不 是孤立的调制方式,典型的 SVPWM 是一种在 SPWM 的相调制波中加入了零序分量后 进行规则采样得到的结果,因此 SVPWM 有对应 SPWM 的形式.反之,一些性能优越的 SPWM 方式也可以找到对应的 SVPWM 算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的, 只不过 SPWM 易于硬件电路实现,而 SVPWM 更适合于数字化控制系统.
三种SPWM算法源码
三种SPWM算法源码.txt再过几十年，我们来相会，送到火葬场，全部烧成灰，你一堆，我一堆，谁也不认识谁，全部送到农村做化肥。
头文件 spwm.h/***************普通SPWM程序************************/#ifndef _NORMAL_SPWM_H#define _NORMAL_SPWM_H//SPWM 表结构体三项公用一个表typedef struct _SPWM_table{Uint16 TableSize; //表大小即表中所有数据Uint16 SpwmSize; //SPWM表大小volatile Uint16 *p_SPWM_A; //A相指针volatile Uint16 *p_SPWM_B; //B相指针volatile Uint16 *p_SPWM_C; //C相指针Uint16 *p_HeadTable; //表头指针指向SPWM表}SPWM_TABLE;extern SPWM_TABLE g_SPWM_Table; //全局SPWM表void InitSpwm(void);void StartSpwm(void);interrupt void ISR_T1UFINT_NORMAL_FUNC(void);void CalcSpwmWithSym(float32 a/*调制比*/,float32 w_Hz/*调制频率*/,float32 z_Hz/*载波频率*/);void CalcSpwmWithImSym(float32 a/*调制比*/,Uint16 w_Hz/*调制频率*/,Uint32 z_Hz/*载波频率*/);void CalcSpwmWithArea(float32 a/*调制比*/,Uint16 w_Hz/*调制频率*/,Uint32 z_Hz/*载波频率*/);#endif源文件#include "DSP281x.h"#include "SPWM.h"#include "float.h"#include "math.h"#define MAX_BUF 400#define PI 3.1415926Uint16 g_spwm_data[MAX_BUF]; //表的数据存储SPWM_TABLE g_SPWM_Table; //全局SPWM表//SPWM初始化程序void InitSpwm(void){g_SPWM_Table.p_HeadTable = g_spwm_data ; //指向数据表g_SPWM_Table.TableSize = MAX_BUF; //存储表的大小EALLOW;PieVectTable.T1UFINT=&ISR_T1UFINT_NORMAL_FUNC;EDIS;IER|=M_INT2; //开中断2PieCtrlRegs.PIEIER2.bit.INTx6=1; //开下益中断EvaRegs.EVAIFRA.bit.T1UFINT=1; //清楚中断标志PieCtrlRegs.PIEACK.bit.ACK2 = 1; //响应同组中断}void StartSpwm(void){EvaRegs.EVAIMRA.bit.T1UFINT = 1; //打开下益中断}//对称规则采样法void CalcSpwmWithSym(float32 a/*调制比*/,float32 w_Hz/*调制频率*/,float32 z_Hz/*载波频率*/){Uint16 tmp_PR; //T1周期值volatile Uint16 i,n,*p;float32 m;m = z_Hz/w_Hz ; //求出载波比g_SPWM_Table.SpwmSize =(Uint16)m;tmp_PR = g_T1_Clk /(2*z_Hz); //计算出其周期值p=g_SPWM_Table.p_HeadTable; //得到数据表头指针for(i=0;i<(Uint16)m;i++){n=tmp_PR*(0.5-0.5*a*sin((i+0.75)*2*PI/m));*p=n;p++;}}//不对称规则采样法void CalcSpwmWithImSym(float32 a/*调制比*/,Uint16 w_Hz/*调制频率*/,Uint32 z_Hz/*载波频率*/){Uint16 tmp_PR; //T1周期值volatile Uint16 i,n,*p;float32 m;m = z_Hz/w_Hz ; //求出载波比g_SPWM_Table.SpwmSize =(Uint16)m;tmp_PR = g_T1_Clk /(2*z_Hz); //计算出其周期值p=g_SPWM_Table.p_HeadTable; //得到数据表头指针for(i=0;i<(Uint16)m;i++){n=tmp_PR*(0.5-0.25*a*(sin((i+0.25)*2*PI/m)+sin((i+0.75)*2*PI/m)));*p=n;p++;}}//面积法void CalcSpwmWithArea(float32 a/*调制比*/,Uint16 w_Hz/*调制频率*/,Uint32 z_Hz/*载波频率*/){//Uint16 tmp_PR; //T1周期值volatile Uint16 i,n,*p;float32 m,n1,n2;m = z_Hz/w_Hz ; //求出载波比g_SPWM_Table.SpwmSize =(Uint16)m;//tmp_PR = g_T1_Clk /(2*z_Hz); //计算出其周期值p=g_SPWM_Table.p_HeadTable; //得到数据表头指针n=m;m/=2; //除去一半计算半波n1=(float32)g_T1_Clk/(8.0*m*w_Hz); // 计算首相n2=(float32)g_T2_Clk/(8.0*PI*w_Hz)*a;for(i=0;i<n;i++){*p=n1-n2*(cos(i*PI/m)-cos((i+1)*PI/m));p++;}}//中断程序interrupt void ISR_T1UFINT_NORMAL_FUNC(void) {static Uint16 cnt=0 ; //计数EvaRegs.CMPR1 = g_spwm_data[cnt];cnt++;if(cnt>=g_SPWM_Table.SpwmSize)cnt = 0;EvaRegs.EVAIFRA.bit.T1UFINT=1;PieCtrlRegs.PIEACK.bit.ACK2 = 1;EINT;}。
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。
产生SPWM信号的几种方法
SPWMSPWM(Sinuso idalPWM)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P WM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.我们先说说什么叫PWMPWM的全称是Puls e WidthModula tion（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SP WM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SPW M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PW M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PW M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.其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成S PWM波.但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制.1.3.3 软件生成法由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易,因此,软件生成法也就应运而生.软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,其有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法.1.3.3.1 自然采样法[2]以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法.其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时控制.1.3.3.2 规则采样法[3]规则采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波.其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SP WM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样.当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称,这种方法称为非对称规则采样.规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦.其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小.以上两种方法均只适用于同步调制方式中.1.3.4 低次谐波消去法[2]低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法.其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开,表示为u(ωt)=ansinnωt,首先确定基波分量a1的值,再令两个不同的an=0,就可以建立三个方程,联立求解得a1,a2及a3,这样就可以消去两个频率的谐波.该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波,但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大,而且同样存在计算复杂的缺点.该方法同样只适用于同步调制方式中.1.4 梯形波与三角波比较法[2]前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的,从而忽视了直流电压的利用率,如SPWM法,其直流电压利用率仅为86.6%.因此,为了提高直流电压利用率,提出了一种新的方法--梯形波与三角波比较法.该方法是采用梯形波作为调制信号,三角波为载波,且使两波幅值相等,以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PW M控制.由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时,其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值,从而可以有效地提高直流电压利用率.但由于梯形波本身含有低次谐波,所以输出波形中含有5次,7次等低次谐波.。
干货详解 SPWM波等效面积计算法
干货详解SPWM波等效面积计算法
SPWM波对于变频电源的重要性不用小编多说，能够对SPWM波进行准确正确的计算对于最终成本的效率来说非常重要。
在之前的文章中小编为大家介绍了，目前针对SPWM波的两种主流算法，而在本文中，小编将为大家介绍另外一种也就是最后一种计算方法，等效面积法。
在之前介绍的采样控制理论有中这样一个重要的结论，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。
冲量即指窄脉冲的面积。
正弦脉宽调制的基本原理就是按面积相等的原则构成与正弦等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。
等效面积法就是根据已知数据和正弦数值依次算出每个脉冲的宽度，通过查表的方式实时控制。
其原理图如图1所示。
图1生成SPWM波形的等效面积法
若以单位量1代表矩形脉冲的幅值Uc，则正弦调制波的幅值Ur就是调制比a。
把正弦半波波形分成n等分，分别求其所包含的面积，用双极性正弦脉宽调制，可得如下关系式：
式中：n为半个周期内波形等分数，k为第几个等分（k=0，1，2，…，n-1），d为正脉冲的宽度，’d为两个负脉冲的宽度，并且左右对称。
式（12）、（13）联立解得：
利用EVA通用定时器的连续增/减计数模式可以得到左右对称的双极性正负脉冲波。
设置T1PR周期寄存器为fs4nff/（fs为EVA定时器1的时钟频。
SPWM的数学计算(调制比,载波比)
PWM基本原理
由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与 正弦的半周等效。 上页图中一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输 出PWM波形。 由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的 直流电源供电，符合逆变器的电能直交变换模式。
SPWM原理
以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期 望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制 波（Modulation wave），当调制波与载波相交时， 由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从 而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽 的一系列等幅不等宽的矩形波。
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实验一
第十周为实验课 使用工具matlab/simulink/simPowerSystems 仿真一个三相电压源型逆变器，控制方式采 用SPWM，负载可选三相对称负载或异步电 机。 实验报告上请说明电路参数选择、控制实现 方式，仿真结果分析过程等。
SPWM原理
SPWM的原理为在控制电路中调制，在主电路中输出。在控制 电路中，一个频率为fr幅值为Ur的参考正弦波Wsin（调制信号） 加载于频率为fc幅值为Uc的三角波WΔ（载波）后，得到一个 脉冲宽度变化的SPWM波Wspwm（已调制波），用已调制波的高 低逻辑电平经分配与放大后去驱动逆变器的主开关元件，即 可使逆变器输出与已调制波Wspwm相似的SPWM电压波形，SPWM 输入输出原理框图如下页所示：
SPWM分类
从载频信号和参考信号的频率关系
异步调制：载波信号和调制信号不同步的调制方式。 同步调制： N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保 持同步。
分段同步调制：把 fr 范围划分成若干个频段，每个频段 内保持N恒定，不同频段N不同；
浅谈基于DSP的SPWM波形产生算法
浅谈基于DSP的SPWM波形产生算法
正弦脉宽调制（SPWM）技术，在逆变领域中应用广泛，属于核心技术之一。
SPWM控制技术分为单极性控制和双极性控制方式。
而单极性SPWM波性能更加优越。
（1）开关损耗比双极性SPWM减少一半。
（2）输出电压谐波量比双极性的更低。
（3）更易于实现数字控制。
因为DSP具有功耗小、运算速度快、精度高、性价比高等优势，因而在SPWM 数字化控制技术中备受青睐。
本文通过对传统的规则采样法进行研究，针对DSP28335自身特性提出改进的规则采样算法，得出比较寄存器的值，并予以实现。
1 对称式规则SPWM采样法（负峰值）
所谓对称式规则采样法，是在三角波（载波）的对称轴所对应的时刻对正弦波（调制波）进行采样，以确定脉冲的前后沿时刻，而不是在载波与调制波相交时采样。
对称式采样法有两种方式：一种是在载波的正峰值时刻进行采样；另一种是在载波的负峰值时刻进行采样，得到采样时刻正弦波值，在该值处作平行线与三角载波波交于A、B两点，如图1所示：。
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。
SPWM与SVPWM的原理、算法以及两者的区别
SPWM与SVPWM的原理、算法以及两者的区别所谓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律排列，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。
SPWM（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。
SVPWM的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
spwm与svpwm的原理SPWM原理正弦PWM的信号波为正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的。
正弦波波形产生的方法有很多种，但较典型的主要有：对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种。
第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小，所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波，显然输出电压高于前者，但对于微处理器来说，增加了数据处理量当载波频率较高时，对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的，它兼顾了前两种方法的优点。
光伏逆变器几种常用SPWM波形生成算法与数字调制方式
前言：光伏逆变器与普通逆变器的最大区别，直流源的不同。
直流源由原来的蓄电池，或其它直流源换成了PV组件（太阳能电池）。
因PV组件特殊性，与普通逆变器不同的是，光伏逆变器多了一级MPPT（最大功率控制），其它基本相同。
光伏逆变器也可以叫太阳能逆变器，主要种类有，离网的光伏逆变器、并网的光伏逆变器、离并网的光伏逆变器并机的光伏逆变器等等，注意并网与并机逆变器是在控制上是有很大区别的。
当然无论是那一种光伏逆变器。
它的核心技术就是普通逆变器的技术。
整个逆变器控制技术它主要包含了电力电子技术、自动化控制原理、数字控制技术等等，这里数字控制技术是重点。
而SPWM波形生成算法和数字调制方式又是逆变器数字控制的核心点。
不同波形生成算法与调制算法决定了不同的电路和不同的THD（总谐波失真）比如说，单极性调制算法，肯定是用于全桥电路，不能用于半桥。
双极性的调制算法的谐波失真肯定是要高于单极性等等。
本文主要阐述了SPWM的几种常用的波形生产算法与数字调制方式●SPWM的几种常用的波形生产算法SPWM(正弦波脉宽调制)波的产生的常用算法有对称规则算法、不对称规则算法、等面积算法、SVPWM算法。
这四种算法分别有着自己不同的特点。
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。
不对称规则采样法是对称规则的优化版，相对对称规则采样法，采样误差减小，精度有所提高。
等面积法产生的SPWM 波形相对于前两种具有精度更高、输出波形谐波小，对称性好等优点。
SVPWM（电压空间矢量算法），具有直流电压利用率高的优点，在大功率三相逆变器应用较多。
由于本人对此算法还没有深入理解本文暂时省略。
（同时也请教论坛中的师傅们讲一下此算法的原理）▲对称规则采样法如图1所示。
它固定在三角波每一周期的负峰值时找到正弦波上的对应点E ，并用此电压值对三角波进行采样，确定SPWM波形中脉冲的生成时刻。
如图2所示可求得SPWM脉冲宽度t2 和间隙时间t1和t3 。
正弦波SPWM算法研究
正弦波SPWM 算法研究王士莹1、定时器Timer 的输入时钟频率定为clk f ，PWM 脉冲的周期设定为pwm T 频率为pwm f ，则PWM M 脉冲周期对应的时钟数为：clk clk pwm pwmf M f T f =⨯=PWM 占空比为α，则高电平对应的时钟数N 为：N M α=⨯2、脉冲的高度为P ，正弦波的有效A ，周期sin T ，频率为1sin sinf T =，则一个PWM K 正弦周期对应的脉冲数为：pwm sin pwm sinf T K T f ==定义正弦函数为2()()sinf t sin t T π=⨯。
离散化为：2()()n f n sin Kπ=⨯。
PWM 等面积法：脉冲面积与相对应的小段正弦波面积相等2sin()n nt sint sinT P t dt KT πα+⨯⨯=⨯⎰其中，sin n T n K t =，1(1)sinn T n Kt ++=。
计算上式，可得占空比为：2sin()22122cos()cos()2222sin()sin()222sin()sin()2)(21)2sin()nnttsin sinK t dtPT TnA K nP K KA K nP K K KA K nP K K KnK KnAP Kπαππππππππππππππ+⎛⎫⎛⎫⎪⎪⎝⎭⎪⎪⎪⎝⎭⎛⎫⎪⎪⎝⎭⎛⎫⎪⎪⎝⎭=+=-=+=+≈++=⎰3、决定占空比的时钟数为2+12sin()nAN M MP Kπα⎛⎫⎛⎫⎪⎪⎝⎭⎪⎪⎪⎝⎭=⨯=⨯其中P叫做调制比。
设定满幅调制，即调制比1P=，则：2+1sin()nN MKπ⎛⎫⎛⎫⎪⎪⎝⎭⎪⎪⎪⎝⎭=⨯联系到前面2()()nf n sinKπ=⨯，假设：'2()()nf n sinK Kππ=⨯+。
则：'N M=4、双极性调制原理H 桥的四个桥臂中，H1、H4上的SPWM 调制波为1()f t ，H2、H3上的SPWM 调制波为2()f t 。
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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。
为了得到正弦波，需要输出一组连续的幅值相等而宽度不相等的矩形波，实现过程为：正弦调制波与三角载波相交，交点产生控制功率开关器件的信号，经相应驱动电路来控制功率开关器件的通断，从而得到一系列等幅而且脉冲宽度正比于对应区间正弦波曲线函数值的矩形脉冲，即SPWM 波形。
用软件方式实现SPWM 的算法包括：自然采样法，规则采样法（对称规则采样法，不对称规则采样法）。
自然采样法在计算SPWM 波的脉宽时要解超越方程，不适合用于实时控制。
在实际控制应用中，为减少谐波分量，多采用不对称规则采样法（如图1 所示）。
实践证明，不对称规则采样法所形成的阶梯波比对称规则采样法更接近于正弦波，特别是当载波比N=3或3 的倍数时，前者的输出电压中不存在偶次谐波分量，其它高次谐振波分量的幅值也较小,并且当逐渐增大调制率，使脉宽调制向输出方波过渡时，采用不对称规则采样，不会像自然采样那样产生基波幅值跳跃的现象。
所谓不对称规则采样法，是指既在三角波的顶点位置又在底点位置对正弦波进行采样，此阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个三角波的周期内的位置是不对称的，如图1 所示。
在这里，采样周期Ts 是三角波周期Tt 的1/2，即Ts=Tt/2。
k1 为偶数时是顶点采样，k2 为奇数时是底点采样。
而非对称规则采样法在一个载波周期里采样两次正弦波数值，该采样值更真实地反映了实际的正弦波数值。
这是单相SPWM 波形生成的数学模型，三相正弦电压彼此相位差2π / 3 ,要用三条相位相差2π / 3的正弦调制波与同一三角形载波来生成三相SPWM 波形，可以推得以下公式：
对于触发时间的求解公式，根据输入调制频率可计算载波比N。
为了增强系统的运行速度，当选定载波比N 后，正弦函数sin(kπ / N)在三角载波各顶点和底点时刻的采样值可先计算制成表格，放入ROM 中，供程序在线运算时调用。
可以根据负载压频U/f 曲线实时计算调制比M值。
由于三相交流输入相位相差2π/ 3，从正弦函数表中查询某一时刻k 值的函数值sin(kπ/ N) ,赋给U 相后，查表指针向前移动2π / 3 ,查得sink(1π /N+2π /3)，得到V相，指针再向前移动2π / 3 ,查得sin(k1π / N + 4π / 3) ,得到W 相。
3．DSP 实现不对称规则采样算法的原理
在本文中我们通过TI 公司32 bit 控制器TMS320F2812来实现SPWM 算法。
TMS320F2812的波形发生器属于DSP 芯片的外部事件管理模块，占用CPU 的时间很少，可以方便地生成6路带编程死区和输出极性的PWM 波[2]。
通过对比较单元的寄存器进行适当的设置可以方便地生成所需的SPWM 波。
TMS320F2812有两个事件管理器模块（EVA 或EVB），每个EV 都内含2 个通用定时器，三个全比较单元,死区单元及输出逻辑,事实上一个事件管理器模块就可以生成三相六路SPWM 脉冲波形。
为了产生PWM 输出，通过设定通用定时器T1（我们使用EVA 中的T1）的周期寄存器T1PR，并选择通用定时器T1 处于连续增/减计数模式，以产生SPWM 算法中的对称三角波载波信号。
定时器计数器T1CNT 从0 递增到T1PR，然后再从T1PR 递减到0，循环计数，同时比较寄存器（CMPRx ,x=1、2、3）的值不断地与定时器计数器的值进行比较，当两个值发生匹配后，比较单元的输出信号送入PWM 电路中的对称/非对称波行形发生器，由它产生一路PWM 脉冲信号,再经过死区单元以及输出逻辑后，产生一对具有可编程死区的可以驱动同一桥臂IGBT 的互补信号PWMy,y+1。
当两个功率器件串连放在主电路中组成一个桥臂时，上下两个器件绝对不能同时导通，否则会发生短路。
因此导通上一桥臂的PWM 须互不重叠，这就要求一个器件导通前，另一个器件要完全关闭，所以需要一个延迟的死区时间。
如图2 示，比较单元1、2、3 的对称/非对称波形发生器提供的输入信号PHn(n=1,2,3)作为死区单元的输入，对于每一个输入信号PHn ,死区单元产生两路输出： PHx 和PHx_。
如果死区单元未被使能，那这两路输出的信号是完全相同的；当死区单元使能时,两路输出信号的跳变沿被一段死区时间间隔开。
4.DSP 软件设计
整个程序分为主程序和中断子程序两大部分。
主程序任务是：初始化启动系统后，扫描键盘输入，更新调制波频率fm，根据调制波频率fm计算载波比N 和定时器T1 周期寄存器的值,由负载压频U/f 曲线计算调制比M，并将N 值，M 值等信息显示液晶显示屏上；除主程序外一共开放了三个中断，分别是：
①定时器T1 中断子程序：完成三个比较寄存器（CMPRx ,x=1、2、3）的计算、赋值，用于更新PWM1~PWM6 的占空比。
②定时器T2 周期中断，用于扫描按键，更新调制波频率fm。
③PDPA 中断，用于保护功率模块，一旦PDPA 脚为低便封锁PWM1~PWM6。
主程序流程图与中断子程序流程是程序的主要组成部分，详细见图（3）、图（4）。
5．实验波形及结论
通过键盘设定调制波频率，我们设定为25Hz，用数字示波器测量PWM1/CMP1 引脚，所得实验波形如图5 所示。
从图中可知，PWM 波形的占空比是按正弦规律实时变化的，所得正弦调制波频率也期望值一致，系统同时实现了死区功能。
实践证明，以TMS320F2812为核心基于不对称规则采样算法的SPWM 波的设计是成功的。
该系统具有很好的控制精度和较强的实时响应，实时控制能力。