第三章_脉宽调制控制技术
脉宽调制技术
脉宽调制通常有两种方法：
脉宽调制控制技术结构简单、易于实现、技术比较成熟，俄罗斯已经将其成功地应用于远程火箭的角度稳定 系统控制中。但是当调制量为零时，正反向的控制作用相互抵消，控制效率明显比变流率系统低。而且系统响应 有一定的滞后，其开关的频率必须远大于KKV本身的固有频率，否则不但起不到调制效果，甚至会发生灾难性后 果。
多数负载（无论是电感性负载还是电容性负载）需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之 间。
许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可 以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。
总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。
领域
PWM控制技术主要应用在电力电子技术行业，具体讲，包括风力发电、电机调速、直流供电等领域，由于其 四象限变流的特点，可以反馈再生制动的能量，对于如今国家提出的节能减排具有积极意义。
谢谢观看
优点
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可 将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产 生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要 原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC络可以滤除调制高频方波并 将信号还原为模拟形式。
脉宽调制进行调压的原理
脉宽调制进行调压的原理脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）是一种常见的调压技术，通过改变信号的脉冲宽度来实现对电压的调节。
它广泛应用于各种电子设备和电路中，如电源管理、驱动控制和通信系统等。
脉宽调制的原理是通过改变脉冲信号的高电平时间和低电平时间的比例来实现对电压的调节。
一般情况下，脉冲信号的周期是固定的，而脉冲宽度则可以根据需要进行调节。
当脉冲宽度较窄时，相当于输入的电压较低；而当脉冲宽度较宽时，相当于输入的电压较高。
具体实现脉宽调制的方法有很多种，其中一种常见的方法是使用比较器和计数器。
比较器用于比较一个可变的调节电压与一个固定的参考电压，根据比较结果产生一个脉冲信号。
计数器用于控制脉冲信号的周期，即脉冲的重复频率。
通过改变计数器的计数值，可以改变脉冲信号的周期，从而实现对电压的调节。
在脉宽调制中，调节电压通常由一个反馈电路提供。
反馈电路会根据输出电压与设定值之间的差异产生一个误差信号，并将该信号送入比较器进行比较。
比较器根据误差信号的大小来控制脉冲信号的脉宽。
当误差信号较大时，比较器会产生一个较宽的脉冲，从而使输入电压增加；当误差信号较小时，比较器会产生一个较窄的脉冲，从而使输入电压减小。
通过不断调节脉冲信号的脉宽，可以使输出电压逐渐趋向于设定值，从而实现对电压的调压。
脉宽调制具有精度高、响应速度快等优点，适用于对电压要求较高的应用场景。
例如，电源管理中的开关电源常使用脉宽调制技术进行电压调节，可以提供稳定的输出电压。
同时，脉宽调制还可以用于驱动控制，如直流电机的速度控制。
此外，脉宽调制还可以应用于通信系统中的数据传输，如红外遥控器和无线通信设备等。
尽管脉宽调制具有很多优点，但也存在一些局限性。
首先，脉宽调制对于载频信号的抗干扰能力较差，容易受到噪声和干扰的影响。
其次，脉宽调制会引入一定的谐波失真，可能会对电路的性能产生一定的影响。
此外，由于脉宽调制需要频繁地进行开关操作，因此会产生一定的开关损耗和功耗。
直流伺服电动机脉宽调制的工作原理
直流伺服电动机是一种广泛应用于工业控制系统中的电动机，其主要特点是控制精度高、速度范围广、响应速度快等。
而脉宽调制（PWM）技术是一种常用的电力控制技术，通过调整脉冲宽度来控制输出电压，被广泛应用于直流伺服电动机的速度和位置控制中。
本文将介绍直流伺服电动机脉宽调制的工作原理，包括脉宽调制原理、直流伺服电动机的工作原理、脉宽调制在直流伺服电动机中的应用等内容。
一、脉宽调制原理脉宽调制技术是一种通过调制脉冲信号的宽度来控制输出电压或电流的技术。
其基本原理是将输入信号与一个高频的载波信号进行调制，通过改变调制信号的脉冲宽度，来实现对输出信号的控制。
脉宽调制技术可以实现对输出信号的精确控制，并且具有简单、成本低廉、效率高等优点，因此被广泛应用于各种电力控制领域。
二、直流伺服电动机的工作原理直流伺服电动机是一种能够精确控制角度、速度和位置的电动机，其主要由电动机、编码器和控制器组成。
控制器通过不断地监测编码器反馈的位置信息，计算电机与期望位置之间的误差，并输出控制信号来调节电机的速度和位置，从而实现对电机的精确控制。
三、脉宽调制在直流伺服电动机中的应用脉宽调制技术被广泛应用于直流伺服电动机的速度和位置控制中，其工作原理如下：控制器根据输入的期望速度或位置信号，计算出电机的转速或角度误差，然后将误差信号传递给脉宽调制模块。
脉宽调制模块通过调整输出脉冲信号的宽度和周期，控制电机的转速和位置，从而实现对电机的精确控制。
四、脉宽调制在直流伺服电动机中的优势脉宽调制技术在直流伺服电动机中具有以下优势：1. 精确控制：脉宽调制技术可以实现对电机的精确控制，包括速度、角度和位置的精确控制。
2. 响应速度快：脉宽调制技术可以实现对电机的快速响应，提高了系统的动态性能。
3. 节能减排：脉宽调制技术可以实现能效优化，降低了能耗，减少了环境污染。
4. 成本低廉：脉宽调制技术成本低廉，便于大规模应用。
五、总结脉宽调制技术在直流伺服电动机中的应用，实现了对电机的精确控制和高效能运行。
脉冲宽度调制(PWM)技术
脉冲宽度调制(PWM)技术在电力电子变流器控制系统中，对于控制电路的要求往往是除能够控制负载的加电与断电外，还应该能够控制加载到负载上的电压高低及功率大小。
在大功率电力电子电路中，控制加载至负载上电压及功率的实用方法就是脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)。
1. 面积等效原理在控制理论中，有一个重要的原理，即冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量(冲量)作用在具有惯性的环节上时，只要这些变量对时间的积分相等，其作用的效果将基本相同。
这里所说的效果基本相同是指惯性环节的输出响应波形基本相同。
例如，下图1示出的三个窄脉冲电压波形分别为矩形波、三角波和正弦波，但这二个窄脉冲电压对时间的积分相等，或者说它们的面积相等。
当这三个窄脉冲分别作用在只有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。
因此，冲量等效原理也可以称为面积等效原理。
从数学角度进行分析，对上图1所示的三个窄脉冲电压波形进行傅里叶变换，则其低频段的特性非常相近，仅在高频段有所不同，而高频段对于具有惯性负载的电路影响非常小。
由此进一步证明了面积等效原理的正确性。
2. 脉冲宽度调制技术依据面积等效原理，在电路中可以利用低端电源开关或高端电源开关，以一定频率的导通和截止连续切换，使电源电压U i以一系列等幅脉冲(或称为矩形波)的形式加载到负载上，加载在负载上的电源电压Uo波形如图2所示。
图2所示的矩形波的电压平均值：此式表明在一个脉冲周期内，电压的平均值与脉冲的占空比是成正比的，于是，可以通过改变脉冲的占空比来调整加载到负载上的电压大小。
当占空比小时，加载到负载上的平均电压就低，即加载到负载上的功率小；而占空比大时，加载到负载上的平均电压就高，加载到负载上的功率大。
这种通过等幅脉冲调节负载平均电压及功率的方法称为脉冲宽度调制，也称为斩波控制。
采用脉冲宽度调制方式为负载供电，由于供电电压是脉动的，势必会产生出各种谐波。
pwm脉宽调制原理
pwm脉宽调制原理
PWM脉宽调制原理
PWM，即脉宽调制（Pulse Width Modulation），是一种通过控制信号的脉冲宽度来实现模拟信号的技术。
在电子领域中，PWM技术被广泛应用于控制系统、变频调速、电源供应等方面。
PWM脉宽调制原理基本上可以概括为通过改变信号的占空比来控制输出信号的电压或功率。
在PWM脉宽调制中，信号的周期是固定的，而脉冲的宽度则根据控制信号的变化而改变。
通过控制脉冲的宽度，可以实现对输出信号的精确控制。
通常情况下，信号的占空比被定义为脉冲的宽度与周期的比值，通常以百分比表示。
PWM脉宽调制技术的原理可以简单地解释为：当信号的占空比增大时，输出信号的电压或功率也会随之增大；反之，当信号的占空比减小时，输出信号的电压或功率也会相应减小。
因此，通过改变信号的占空比，可以实现对输出信号的精确控制。
在实际应用中，PWM脉宽调制技术被广泛应用于电子设备中，如直流电机的调速控制、逆变器的控制、电源供应的调节等。
通过PWM 技术，可以实现对电子设备的精确控制，提高系统的稳定性和效率。
除了在电子设备中的应用外，PWM脉宽调制技术还被广泛应用于照明领域。
通过调节LED灯的PWM信号，可以实现对灯光的亮度和
颜色的精确控制，实现节能和环保的效果。
总的来说，PWM脉宽调制技术是一种非常有效的控制技术，可以广泛应用于电子设备、照明领域等各个领域。
通过控制信号的脉冲宽度，可以实现对输出信号的精确控制，提高系统的稳定性和效率。
PWM技术的不断发展和应用将为电子领域带来更多的创新和发展。
脉宽调制技术
3、讲授新课时间
70
2、复习导入时间
8
4、归纳小结时间
5
5、作业布置时间
5
教
学
后
记
[复习导入]
•脉宽调制技术：它是通过对输出电压或输出电流的一系列脉冲的宽度进行调制，来获得所需电压或电流的大小和形状的一项技术。
•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。
[讲授新课]
2）调制法——把希望输出的波形作调制信号，通过对此信号波的调制得到所期望的PWM波
采用等腰三角波或锯齿波作为载波。等腰三角波应用最多，因其任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称
载波与平缓变化的调制信号相交，在交点时刻控制器件通断，就得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波；调制信号是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波。
3）分段同步调制
为了克服上述缺点，通常都采用分段同步调制的方法，即把变换器的输出频率范围划分成若干频段，每个频段内都保持载波比N为恒定，在输出频率的高频段采用较低的载波比，以使载波频率不致过高。
二、SPWM逆变器的控制技术
1、SPWM逆变器及其控制模式
实现SPWM的控制方式有三种：
①采用模拟电路；
②采用数字电路；
③采用模拟与数字电路相结合的控制方式。
2、具有消除谐波功能的SPWM控制模式的优化
3、用于SPWM控制的专用芯片与微处理器
三、电流跟踪型PWM逆变器控制技术
电流跟踪型PWM又称电流控制型电压源PWM逆变器（CRPWM），它兼有电压型和电流型逆变器的优点：结构简单、工作可靠、响应快、谐波小，采用电流控制，可实现对电机定子相电流的在线自适应控制，特别适用于高性能的矢量控制系统。
pwm舵机控制
pwm舵机控制第一章：引言随着自动化技术的不断发展，舵机成为机器人、无人机、智能家居等领域中重要的执行器之一。
舵机控制的准确性和稳定性对于这些应用来说至关重要。
PWM（脉宽调制）技术已被广泛应用于舵机控制中，它通过控制舵机电源的脉冲宽度来实现舵机的位置控制。
本论文将重点研究PWM舵机控制方法，并进行相关性能分析和实验验证。
第二章：PWM舵机控制原理2.1 PWM技术概述脉宽调制技术是一种通过改变控制信号的脉冲宽度来控制设备的平均功率输出的方法。
在舵机控制中，PWM技术被用于控制电源脉冲信号的宽度，进而控制舵机的角度或位置。
通常，PWM信号的高电平代表一个角度，而低电平则代表另一个角度。
2.2 PWM舵机控制原理PWM舵机控制分为两个阶段：位置检测和角度控制。
在位置检测阶段，舵机读取输入信号的脉宽，通过内部电路将其转化为相应的角度。
而在角度控制阶段，PWM信号控制舵机的转动。
具体来说，当PWM信号的脉冲宽度大于一个阈值时，舵机向一个方向转动；当脉冲宽度小于该阈值时，舵机向另一个方向转动。
第三章：PWM舵机控制方法3.1 基于PID控制算法的PWM舵机控制PID控制算法是一种常用的控制算法，可以根据目标值与实际值的误差来调整控制信号，进而实现对舵机位置的控制。
在PWM舵机控制中，可以使用PID控制算法来计算控制信号的脉冲宽度，使舵机保持在目标角度附近。
3.2 基于反馈机制的PWM舵机控制在PWM舵机控制中，可以通过添加反馈机制来提高舵机的姿态控制精度。
反馈机制可以通过使用角度传感器或加速度传感器等设备来获取舵机的实际位置信息，并将其与目标位置进行比较。
通过不断调整控制信号的脉冲宽度，可以使舵机快速准确地达到目标姿态。
第四章：实验与结果分析本章将进行一系列实验来验证PWM舵机控制方法的性能。
实验中将计算不同PWM信号脉冲宽度对舵机位置和角度的影响，并进行比较分析。
通过实验结果的对比和分析，可以评估不同的舵机控制方法的优缺点，为实际应用提供指导。
1-3 直流电动机的脉宽调制(PWM)调速
若VT1关断时间长，在t=t2时，电枢电流ia衰减 到零，那么在电动机内电势Ea的作用下，VT2导通， 电枢电流ia 将沿着相反的方向从B点流入A点，电机 进入能耗制动。通过控制VT2的时间间隔可以控制电 机的制动转矩 注意：在VT1重新导通之间，必须先关闭VT2， 让电枢电流经过VD1续流，电机短时进入再生制动状 态，否则在VT2还没有完全关断之前就让VT1导通， 电源经过VT2、VT1直接短路，损坏开关元件。
1、单极性脉宽调制方式 系统输出电压UA的极性是通过一个控制电压Uc 来改变的。 Uc为正，VT1与VT2交替导通，VT4一直导通， VT3关断，此时，B点总是为正，A点总是为负 Uc为负，VT3与VT4交替导通，VT2一直导通， VT1关断，此时，B点总是为负，A点总是为正
工作原理： Uc为正时 0<t<t1时，VT1导通，VT2关断，若Us>Ea， 电枢电流经VT1、VT4从B流到A，电机处在电动 机状态。 在t1<t<T时，VT1关闭，VD2与VT4续流，电枢 电流方向不变，电机仍处在电动机状态。 若在t1<t<T期间的某一时刻t2电枢电流衰减到 零，那么在t2<t<T期间，Ea使VT2导通，电枢电 流反向，经VT2、VD4从A流到B，电机进入能耗 制动状态 若Ea>Us，在VT2关断期间，电枢电流经VD1 和VD4输回电网，电机作再生制动 Uc为负时，原理与此类似，电机反向
如果电流连续，则电机始终处于电动状态 若在t1<t<T期间的某一时刻t2电枢电流衰减到 零，那么在t2<t<T期间，Us和Ea共同作用，使 VT2、VT3导通，电枢电流反向，经VT2、VT3从A 流到B，电机进入反接制动状态 在VT1、VT4再次导通之前，必须关断VT2、 VT3，电枢电流VD1、VD4续流，电机进入再生制 动
脉冲宽度调制(PWM)技术原理
一、PWM技术原理由于全控型电力半导体器件的出现，不仅使得逆变电路的结构大为简化，而且在控制策略上与晶闸管类的半控型器件相比，也有着根本的不同，由原来的相位控制技术改变为脉冲宽度控制技术，简称PwM技术。
PwM技术可以极其有效地进行谐波抑制，在频率、效率各方面有着明显的优点使逆变电路的技术性能与可靠性得到了明显的提高。
采用PwM方式构成的逆变器，其输人为固定不变的直流电压，可以通过PwM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。
由于这种逆变器只有一个可控的功率级，简化了主回路和控制回路的结构，因而体积小、质量轻、可靠性高。
又因为集凋压、调频于一身，所以调节速度快、系统的动态响应好。
此外，采用PwM技术不仅能提供较好的逆变器输出电压和电流波形，而且提高了逆变器对交流电网的功率因数。
把每半个周期内，输出电压的波形分割成若干个脉冲，每个脉冲的宽度为每两个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比γ为此时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频也变压的效果。
二、正弦波脉宽调制(sPwM）1．sPwM的概念工程实际中应用最多的是正弦PwM法(简称sPwM)，它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应每一等份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所包围的面积可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。
各矩形脉冲的宽度自可由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉宽：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽。
度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。
若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成sPwM波形。
在工程应用中感兴趣的是基波，假定矩形脉冲的幅值Vd恒定，半周期内的脉冲数N也不变，通过理论分析可知，其基波的幅值V1m脉宽δi有线性关系在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。
脉宽调制(PWM)控制技术变频器
脉宽调制（PWM）控制技术变频器作者：王文惠孙国平干传东来源：《决策与信息·下旬刊》2013年第08期摘要能源是目前世界紧缺性问题，电力紧缺是目前我国一大现实问题。
使用变频器后，可节电49% 。
延长设备的使用寿命，可使电动机软起动、软停止，避免对机械的冲击，所以延长设备的使用寿命。
降低噪音，按负载的大小调节转速，可以降低机械和风机等的噪声。
关键词脉宽调制（PWM）控制技术变频器中图分类号：TM33 文献标识码：A为提高环境的舒适性，在电梯、电动车上采用变频器调速，可以改善加速与减速的平滑性，从而可提高乘坐的舒适感。
实现自动化，使设备小型化，近几年来，通用变频器在国民经济各部门得到了迅速的推广应用。
一、电器传动国内外发展概况电器传动是指以各类电动机为动力的传动装置与系统。
因电动机种类的不同，有直流电动机传动、交流电动机传动、步进电动机传动、伺服电动机传动、等等。
众所周知，直流电动机尽管比交流电动机结构复杂、成本高维修保养费用较贵，但其调速性能很好，所以，在调速传动领域中一直占主导地位。
然而，由于电力电子技术的迅速，发展，使电器传动发生了重大变革，即交流调速传动迅猛发展，电器传动交流化的新时代已经到来。
交流电动机与直流电动机相比，有结够简单、牢固、成本低廉等许多点，缺点是调速困难、现在，借助电力电子技术以解决了交流电动机调速问题，交流电动机调速传动已占主导地位。
据日本早年统计，1975年交流电动机调速与直流电动机调速之比是1 ：3，而到了1985年成了3 ：1。
近10多年来发展更快。
20世纪末，在工业发达国家，交流调速已占主导地位。
纵观交流电动机调速传动发展的过程，大致是沿着三个方向发展的：一个是取代直流调速实现少维修、省力化为目标的高性能交流调速；另一个是以节能为目的的，改恒速为调速，用于交流电气传动中的变频器实际上是变压（Variable Voltage，简称 VV）变频（Variable Frequency 简称VF）器，即VVVF.正弦波PWM法（SPWM）是为了克服等脉宽PWM法的缺点而发展来的.它从电动机供电电源的角度出发，着眼于如何产生一个可调频调压的三相对称正弦波电源。
脉冲宽度调制(PWM)和正弦波脉宽调制(SPWM)变频技术简介
变频技术之PWM调制技术与SPWM调制技术详解变频技术通过改变电力信号的频率来调节电动机、压缩机和其他电气设备的运行速度。
在实际应用中，变频器是变频技术的核心装置，而脉冲宽度调制（PWM）技术和正弦波脉宽调制（SPWM）技术是实现变频器控制的重要手段。
什么是PWM调制技术PWM调制技术通过控制脉冲信号的宽度，实现对输出电压的调节。
在变频技术中，PWM被广泛应用于变频器中，以控制电动机的速度和转矩输出。
通过改变脉冲信号的占空比（脉冲宽度与周期之比），可以实现对电动机的精确控制。
当需要增大输出电压时，增加脉冲信号的宽度；当需要减小输出电压时，减小脉冲信号的宽度。
这种方式使得电动机可以在不同负载条件下保持稳定的转速和扭矩输出。
同时，PWM调制技术还具有响应快、控制精度高、效率高等优点，被广泛应用于各种电力控制系统中。
PWM调制波形如图1所示：图1PWM调制波形PWM技术具有以下优点：高效性：由于PWM技术可以通过调整脉冲宽度来控制电机的输出电压和频率，因此可以实现电机在不同负载条件下的高效运行。
通过减小电机额定电压，PWM技术可以降低电机的功耗，提高整体效率。
精确控制：PWM技术具有响应速度快、控制精度高的特点。
通过微调脉冲宽度和周期，可以实现对电机转速和扭矩的精确调节，满足不同应用的需求。
减少机械冲击：PWM技术可以实现电机的软启动和软停止，减少了机械系统的冲击和磨损，延长了设备的使用寿命。
尽管PWM技术具有许多优点，但也存在一些局限性：谐波问题：PWM技术在产生脉冲信号时会引入谐波成分，可能对电力网络和其他设备造成干扰。
为了减少谐波，需要采取滤波和抑制措施，增加了系统的复杂性和成本。
开关损耗：PWM技术使用高频开关装置，开关的频繁操作会产生开关损耗。
这些损耗会转化为热能，需要适当的散热系统来冷却电路。
EMI干扰：由于高频开关操作，PWM技术可能会产生电磁干扰（EMI），对周围的电子设备和无线通信系统造成干扰。
PWM技术
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SPWM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。
双斜率 / 单斜率
假设一个PWM从0计数到80，之后又从0计数到80....... 这个就是单斜率。
假设一个PWM从0计数到80，之后是从80计数到0....... 这个就是双斜率。
可见，双斜率的计数时间多了一倍，所以输出的PWM频率就慢了一半，但是分辨率却是1：(80+80) ＝1：160，就是提高了一倍。
PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法。
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。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SPWM波。但是，这种模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。
电力电子技术中的PWM调制技术详解
电力电子技术中的PWM调制技术详解在现代工业领域中，电力电子技术扮演着至关重要的角色。
PWM （脉宽调制）技术作为电力电子技术的核心之一，已经广泛应用于各种电源和驱动系统中。
本文将深入探讨PWM调制技术的原理、应用和优势。
1. PWM调制技术的原理PWM调制技术是通过改变脉冲宽度的方式来控制电路输出的一种方法。
其基本原理是将模拟信号转换为脉冲信号，通过调整脉冲的宽度来控制输出电压或电流的大小。
PWM信号的脉冲宽度与所需输出信号的幅值成正比。
在PWM调制技术中，常用的脉冲产生方法包括比较器法、计数器法和改进型PWM等。
其中，比较器法是最常用的一种方法。
该方法通过一个比较器将输入信号与一定频率、恒定幅度的三角波进行比较，从而产生脉冲宽度调制的信号。
2. PWM调制技术的应用PWM调制技术已经广泛应用于各种电力电子设备和系统中。
以下是几个常见的应用领域：2.1 变频调速系统PWM调制技术在变频调速系统中起到了关键作用。
通过调整PWM 信号的脉冲宽度，可以实现对电机转矩和转速的精确控制。
这种技术的应用使得电机的运行更加稳定、高效，并且节省能源。
2.2 电力逆变器电力逆变器是将直流电能转换为交流电能的设备，广泛应用于太阳能发电、风能发电等领域。
PWM调制技术能够有效地控制逆变器的输出波形质量，提高逆变器的效率和稳定性。
2.3 电源管理系统在电源管理系统中，PWM调制技术能够实现电源的高效转换和稳定输出。
通过精确控制PWM信号的脉冲宽度，可以实现电源的输出电压的调节和稳定，以满足不同电器设备的需求。
3. PWM调制技术的优势PWM调制技术相比传统的模拟控制方法具有以下优势：3.1 高精度控制PWM调制技术能够精确调节输出信号的幅度，通过调整脉冲宽度来实现高精度控制。
这种精准性在很多需要精确控制的领域非常重要，比如电机调速系统和逆变器控制系统。
3.2 高效能转换由于PWM调制技术只有两种状态（高电平和低电平），因此能量损耗相对较小，能够实现高效率的能量转换。
电气传动的脉宽调制控制技术
电气传动的脉宽调制控制技术摘要：电气传动的重点在于电动机的合理使用，并通过适当的控制使生产机械按照预定的需求运行，随着各类生产机械、运输车辆以及生活电器逐渐朝向节能化环保化的方向发展，电气传动系统的应用也被赋予了全新的要求，随之直流传动系统也逐渐地被交流传动系统所取代。
脉宽调制作为电气传动自动化领域的关键技术，掌握其控制手段重点，对于进一步设计电气传动系统促使其展现更优的性能具有十分重要的意义。
本文将以交流传动系统的脉宽调制控制技术为研究重点，期待为电气传动控制优化提供参考。
关键词：交流电气传动；SPWM；SVPWM前言电气传动以电动机作为原动机，实现的是一个电能向机械能转化的过程，该过程能够满足各种机械的启动、调速、停止等生产需求，是现代社会自动化生产根本需求。
随着科学技术的发展，交流电气传动系统凭借高效率，高节能且结构简单、维护方便等优点逐渐成为电气传动系统的主流，脉宽调制控制技术也成为了整个系统中的核心所在。
一、电气传动脉宽调制控制技术概述（一）脉宽调制控制技术定义脉冲宽度调制简称脉宽调制，英文名称为Pulse Width Modulation，所以，人们更喜欢称它为PWM。
整个脉宽调制的过程，主要是利用微处理器的数字信息输出系统和控制模拟电路，通过对逆变电路开关元件的导通和关断进行电压脉冲序列的调控，使之产生相应的脉冲宽度和脉冲列周期达到改变输出电流与频率的目的。
整个调制过程冲处理器到被控系统，整个流程的所有信息皆是以数字形式呈现的，所以其间不涉及到任何的数模转换，也正是因为如此才表现出了经济节约、抗噪性能较强的优点。
交流电气传动系统的脉宽调制控制基本类型为正弦脉宽调制SPWM和电压空间矢量脉宽调制SVPWM。
（二）脉宽调制控制技术原理在PWM波形中，脉冲宽度的变化规律以正弦规律呈现，其面积相等原理就是指只要冲量大小相等，不管任何形式的正电压波形同其与坐标轴t围成的阴影面积都相等，也就是说整个控制过程当中的平均输出电流是相同的，所以这些脉冲都能够作为正弦波形或所要求的波形。
《新能源电源变换技术》课程标准
《新能源电源变换技术》课程标准一、课程基本情况一、课程编码及课程名称课程编码：16123301课程名称：新能源电源变换技术二、学时及学分总学时数：88，其中，讲授学时：64，实践（实验）学时：24。
学分：4三、适用专业及开设学期适用专业：光伏发电与应用技术专业开设学期：第4学期四、课程的性质、目标和任务新能源电源变换技术是可再生能源领域中占有重要地位的一门学科，它包括太阳能、风能、生物质能、可燃冰、潮流能、潮汐能、波浪能、温差能和盐差能等利用技术。
这些能源的应用研究内容主要是计算各方面自然存在的能量，再通过研究不同机构用其吸收这些能量，将其转换为机械能，带动发电机工作。
它的应用是一门多学科的综合技术，这包括大气环境、海洋环境学、流体力学、机械设计、电工及电控学等。
通过课程学习使学生掌握新能源能利用技术的基本理论与研究方法。
通过学习使学生了解太阳光伏、太阳热能、风能、生物质能、潮汐能、地热能等可再生能源发电及燃料电池发电技术；了解电力系统中的各种储能技术及最新发展，包括超导储能、飞轮储能、电池储能、超级电容及抽水蓄能技术等；了解用于可再生能源的电力变换技术，包括变换拓扑、工作原理及性能分析；以及分布式发电系统和主干系统的相互影响及其运行与控制；了解国内外最新的可再生能源发电应用工程情况等。
五、课程的基本要求通过该课程学习可使学生了解可再生能源的生成、特点及利用方法，使学生基本掌握新能源应用研究的技术手段。
掌握太阳能、风能发电的机理及设备；燃料电池发电的机理；各种储能技术；电力电子功率变换电路；分散电源对大系统的影响分析等。
六、课程教学内容第一章绪论（共2学时）（一）本章教学目的和要求通过本章学习，对本课程所学习的知识有一个初步的了解，掌握课程的学习方法。
要求学生对能源有一个概括的认识。
（二）教学内容第1章新能源发电与控制技术导论1.1能源储备与可持续发展战略1.1.1我国的能源结构与储备1.1.2我国的可持续发展战略1.2能源的分类与基本特征1.2.1能源的分类1.2.2能源的基本特征1.2.3新能源及主要特征1.2.4分布式能源及主要特征1.3新能源发电——能源转换的重要形式1.3.1新能源发电技术的应用1.3.2我国新能源发电的现状1.3.3新能源发电及电源变换的主要形式1.4新能源发电与控制技术的经济意义1.4.1能源是经济发展的引擎1.4.2新能源发电的经济意义本章小结（三）重点与难点重点：1.能源的基本分类难点：1.新能源的开发及发展趋势第2章电源变换和控制技术基础知识（6学时）（一）本章教学目的和要求通过本章学习，对本课程所学习的知识有一个初步的了解，掌握常用电力电子器件的基本知识、使用方法。
PWM原理
3 PWM变频控制技术3.1 PWM控制技术概述所谓脉宽调制PWM（Pulse Width Modulation）技术是指利用全控型电力电子器件的导通和关断把直流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的技术，简称PWM技术。
当然，这对我们来说并不陌生，在前面介绍的交-直-交变压变频电路即是充分利用了这一技术。
我们的毕业设计内容也是得用PWM技术来控制电机。
所以我们有必要充分了解一下PWM技术的原理及它的优点等内容。
在变频调速系统中采用PWM技术不仅能够及时、准确地实现变压变频控制要求，而且更重要的意义是抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量，从而降低或消除了变频调速电动机的转矩脉动，提高了电动机的工作效率，扩大了调速系统的调速范围。
目前，实际工程中主要采用的PWM技术是正弦PWM(SPWM)，这是因为采用这种技术的变频器输出的电压或电流波形接近于正弦波形。
PWM型变频器的主要特点是：（1）主电路只有一个可控的功率环节，开关元件少，控制线路结构得以简化；（2）整流侧使用了不可控整流器，电网功率与逆变输出电压无关，基本上接近于1；（3） VVVF在同一环节实现，与中间储能元件无关，变频器的动态响应加快；（4）通过对PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次谐波，实现接近正弦波形的输出交流电压波形。
3.1.1 PWM控制的基本原理PWM控制技术的重要理论基础就是面积等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节上时，其效果基本相同。
下面我们分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波。
把图3-1（a）的正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列组成的波形。
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，各脉冲的幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不是等宽的矩形脉冲的中点和相应正弦波部分面积（冲量）相等，图3.1 PWM波就得到3.1（b）所示的脉冲序列。
正弦脉宽调制(SPWM)控制
正弦脉宽调制（SPWM）控制2010-09-18 ylw527 + 关注献花(4)为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳，从而获得优秀的工作性能，现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采取脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采取晶闸管变频器。
应用最早而且作为pwm简称spwm)。
图3-1与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列3.1正弦脉宽调制原理一个连续函数是可以用无限多个离散函数迫近或替代的，因而可以设想用多个分歧幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1所示。
图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。
为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。
在通用变频器采取的交-直-交变频装置中，前级整流器是不成控的，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(见图3-2)，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(在图3-2中，n=9)，把每一等分的正弦曲线与横轴所包抄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。
图3-2spwm波形图3-3是spwm变压变频器主电路的原理图，图中vt1~vt6是逆变器的六个全控型功率开关器件，它们各有一个续流二极管(vd1~vd6)和它反并联接。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.1.1 PWM型变频器的基本控制方式
“△”波调制法的电路原理如图3-1a所示， 在电压比较器A的两输入端分别输入正弦 波参考电压uR 和三角波电压u△ ，在A的输 出端便得到PWM调制电压脉冲。 PWM脉冲宽度的确定可由图3-1b看出。uR 与u△的交点之间的距离随参考电压uR的大 小而变，而该交点之间的距离决定了电压 比较器输出电压脉冲的宽度，因而可得到 幅值相等而脉冲宽度不等的PWM电压信号uP。
3.2.2 SPWM的控制模式及其实现
实现SPWM的控制方式有三类，一是采用模 拟电路，二是采用数字电路，三是采用模拟 与数字电路相结合的控制方式。 采用模拟电路元件实现SPWM控制的原理,首 先由模拟元件构成的三角波和正弦波发生器 分别产生三角载波信号uΔ和正弦波参考信号uR， 然后送入电压比较器，产生SPWM脉冲序列。 采用数字电路的SPWM逆变器，可采用以软 件为基础的控制模式。
（2）消除5、7、11和13次谐波
1 2 cos 51 2 cos 5 2 2 cos 5 3 2 cos 5 4 0 1 2 cos 7 2 cos 7 2 cos 7 2 cos 7 0 1 2 3 4 1 2 cos111 2 cos11 2 2 cos11 3 2 cos11 4 0 1 2 cos131 2 cos13 2 2 cos13 3 2 cos13 4 0
滞环电流跟踪型SPWM逆变器的单相结构 示意图如图3-13所示。
ir为给定参考电流，是电流跟踪目标，当
实际负载电流反馈值if与ir之差达到滞环上 限值Δ时，即if-ir≥Δ，使VT2导通，VT1 截止，负载电压为-E，负载电流if下降。 当if与ir之差达到滞环下限值Δ时，即ifir≤-Δ，使VT1导通，VT2截止，负载电 压为+E，负载电流if上升。这样通过VT1， VT2的交替通断，使︱if-ir︱≤Δ，实现if 对ir的自动跟踪。如ir为正弦电流，则if也 近似为一正弦电流。
图3-1 “△”调制法原理
从三角波电压与参考电压的频率来看 ， PWM控制方式可分为同步式、异步式和分 段同步式。
3.1.2 简单的PWM型变频器工作原理
3.1.3 单极性正弦波PWM调制原理
3.1.4 双极性正弦波PWM调制原理
3.2 PWM的控制模式及实现
3.2.1 SPWM逆变器的同步调制和异步调制 1. 同步调制 在同步调制方式中，N=常数，变频时三角载 波的频率与正弦调制波的频率同步变化，因 而逆变器输出电压半波内的矩形脉冲数是固 定不变的。 2. 异步调制 异步调制中，在逆变器的整个变频范围内定的原理电路图
3.5 PWM脉冲的生成方法
3.5.1 模拟电路控制方式 分段同步控制三角载波产生电路原理如图 示3-17所示
图3-17
分段同步控制三角载波的产生
3.5.2 数字电路控制方式
采用数字控制方式时，调速系统数学模型 的求解，各闭环控制调节器以及PWM控制 信号的产生等功能全部由单片机或微处理 器完成。
微机控制的SPWM控制模式有多种，常用 的有以下两种： 1. 自然取样法 :用计算的办法寻找三角 载波uΔ 与参考正弦波 uR 的交点从而确定 SPWM脉冲宽度的。
2．对称规则取样法 通过两个三角波峰之 间中线与uR的交点M作 水平与两个三角波分 别交于A和B点。由交 点A和B确定SPWM脉宽 为t2，
uL U v sin vt
v 1
4U Uv d v
N k 1 2 1 cos v K k 1
图3-9 两电平SPWM逆变器的输出电压波形
理论上讲，欲想消除第v次谐波分量，只 要令式（3-3）中的Uv=0，从而解出相应 的αK值即可。然而，由式（3-3）可看出， 未知数αK的个数有N个，需要有N个方程 联立求解。为此可同时令N个谐波次数的 电压为0，通过优化值αK消除N个谐波分 量。
图3-14 电压SPWM波形的产生
3.4.2 开关频率恒定的电流跟踪型 PWM控制技术
改变滞宽使fT恒定，可以采用不同的控制 方式。 （1）随着dir/dt变化调整滞环宽度Δ使fT不 变。
图3-15使用dir/dt改变滞宽保持fT恒定的原理电路图
（2）在电流闭环中增设频率闭环使fT不变。
3.3 具有消除谐波功能的SPWM控 制模式的优化
所谓PWM控制模式的优化就是指可消除谐 波分量的PWM控制方式。 1．两电平SPWM逆变器
假定两电平SPWM逆变器输出电压波形具 有基波四分之一周期对称关系，显然，如 将该SPWM脉冲电压序列展成傅氏级数， 则仅含奇次谐波分量。负载电压uL可表示 各次谐波电压之和，即
3. 分段同步调制 在一定频率范围内，采用同步调制，保持 输出波形对称的优点。当频率降低较多时， 使载波比分段有级的增加，又采纳了异步 调制的长处。这就是分段同步调制方式。 具体的说，把逆变器整个变频范围分成若 干频段，在每个频段内斗维持载波比N的 恒定，对不同的频段取不同的N值，频率 低时N取大一些，一般按等级比数安排。
（1）消除5次和7次谐波
4U d U 5 5 1 2 cos 51 2 cos 5 2 0 U 4U d 1 2 cos 7 2 cos 7 0 1 2 7 7
求得的值为α1=16．247°，α2=22．068°
解上述四个超越联立方程比较困难，一般需 采用数值法求解值法求解，首先假定α1、 α2、α3、α4值，代入上述方程，如不满足对 α1～α4进行修正，通过迭代逐渐逼近真值。
2．三电平SPWM逆变器 其输出如图
4U d Uv v
1
k 1
N
k 1
cos v k
3.4 电流跟踪型PWM逆变器的控制技术