spwm控制的基本原理_spwm控制方法有哪些

　　正弦脉冲宽度调制SPWM的实现有多种方法。SPWM控制方法从采用模拟电路到全数字化方案，完成优化的实时在线的SPWM信号输出，对于不同的波形，其调制处理芯片的算法、频率输出范围、波形产生机理等方面有很大的不同。本文首先介绍了SPWM原理，其次阐述了spwm控制的基本原理，最后详细的介绍了spwm控制方法，具体的跟随小编一起来了解一下。

　　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。

　　spwm控制的基本原理

　　SPWM法是一种比较成熟的、目前使用较广泛的PWM法。SPWM就是以采样控制理论中的冲量等效原理为理论依据的（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）。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。

　　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，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同指环节的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅氏变换分析，则其低频特性非常接近，仅在高频段略有差异。这一结论是PWM控制的重要理论基础。如图1（a）所示，将正弦半波看成由N个彼此相联的脉冲组成的波形。这些脉冲宽度相等，但幅度不等，且脉冲的顶部为曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果将上述脉冲序列用同样数量的等幅不等宽的矩形脉冲序列代替，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相等，就得到图1（b）所示的脉冲序列。像这种脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的波形即为SPWM波形。

　　

　　图1PWM控制的基本原理图

　　得到SPWM的具体实现方法可以是用一个正弦调制波和一个等腰三角载波相交，由它们的交点确定逆变器的开关模式。如图2所示，正弦波大于三角波时，使相应的开关器件导通;当正弦波小于三角载波时，使相应的开关器件截止。

　　

　　图2SPWM控制的基本原理图

　　spwm控制方法有哪些

　　一、SPWM的模拟控制方法

　　早期的通用变频器都采用模拟控制方法。三相对称的参考正弦电压调制信号由参考信号发生器提供（其频率和幅值均可调），三角载波信号由三角波发生器提供（各相共用）。它分别与各相的调制信号在比较器上进行比较，给出“正”或“零”的饱和输出，产生SPWM脉冲序列波，作为变压压变频器功率开关器件的驱动

　　信号。通常情况下，单极性SPWM多采用单极性的载频三角波，双极性SPWM则采用双极性的载频三角波。

　　二、SPWM的软件控制方法

　　软件控制法是由微型计算机来实现SPWM控制的方法，是目前经常采用的一种方法。根据其软件化方法的不同，有如下几种

　　1、表格法（又称ROM法）：

　　这种方法是预先将SPWM波的数据计算出来并存入ROM中，然后根据调频指令再将这些数据顺序取出，由输出口输出来控制逆变器的开关动作。表格法的缺点是占用大量的内存，且无实时处理功能

　　2、随时计算法（又称RAM法）：

　　这种方法的特点是在ROM中预先存储一个单位基准正弦波，运行时，根据指令值的要求，按不同载波比和调幅比的要求，计算出一个周期的开关模式和开关模式保持的时间值，写入RAM1中。一旦计算结束，就把RAM1的数据输出。在RAMl的数据输出期间，如

　　指令值发生了新的变化，则开始重新计算，但将计算结果写入RAM2中。写入RAM2的操作一旦结束，就转为将RAM2的数据输出。再有新的指令值时，则将计算结果写入RAM1中。如此轮流地使用两个RAM。这种方法虽然不必使用大量的ROM，但也没有实时处理功能，动态响应时间较慢。

　　3、实时计算法：

　　实时计算要有数学模型。建立数学模型的方法有许多种，如等效面积法、自然采样法和规则采样法。而规则采样法中又有对称规则采样法与不对称规则采样法。

　　（1）等效面积法：

　　其生成原理就是按面积相等的原则构成与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。根据已知数据和正弦数值可以依次算出每个脉冲的宽度。这是实时控制中最简单的算法。

　　（2）自然采样法：

　　自然采样法（NaturalSampling）移植了模拟控制的方法，计算正弦调制波与三角载波的交点，从而求出相应的脉宽和脉冲间歇时间，生成SPWM波形。若以单位量1代表三角载波的幅值，则正弦调制波的幅值就是调制度M，正弦调制波可写作

　　

　　（3）规则采样法（RegularSampling）：

　　工程上实用的方法要求算法简单，只要误差不太大，允许作出一些近似处理，这样就提出了各种规则采样法。规则采样法是在三角载波每一周期的正峰值时找到正弦调制波上的对应点，求得电压值，用此电压值对三角波进行采样，得到两点。可以认为它们就是SPWM波形中脉冲的生成时刻，其区间就是脉宽时间t2。

　　规则采样法的计算显然比自然采样法简单，但由于采样水平线与三角载波的交点都处于正弦波的同一侧造成的，所得的脉冲宽度将明显地偏小，从而造成控制误差规则采样法的实质是采用阶梯波来代替正弦波，从而简化了计算方法。只要载波比N足够大，不同的阶梯波都很逼近正弦波，所造成的误差就可以忽略不计了。

　　通用变频器多是三相的，因此还应形成三相的SP2WM波形。三相正弦调制波在时间上互差120°，而三角载波是共用的，这样就可在同一个三角载波周期内获得三相SPWM脉冲波形。用计算机实时产生SPWM波形正是基于上述的采样原理和计算公式。一般可以把由查表法或实时计算法所得的脉冲数据都送入定时器，利用定时中断向接口电路送出相应面的高、低电平，以实时产生SPWM波形的一系列脉冲。对开环控制系统，在某一给定转速下其调制度M与频率ω1都是确定值，所以宜采用查表法。对于闭环控制的调速系统，在系统运行中调制度M值须随时被调节，所以用实时计算法更为适宜。为了实现闭环控制，既可采用多CPU系统，也可采用16位机或32位机。