【文章內(nèi)容簡介】 寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程，計(jì)算繁瑣，難以實(shí)時(shí)控制。規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，一般采用三角波作為載波。其原理就是用三角波對正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn) SPWM 法 .當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn) (或底點(diǎn) )位置對正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載 波周期 (即采樣周期 )內(nèi)的位置是對稱的，這種方法稱為對稱規(guī)則采樣。當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期 (此時(shí)為采樣周期的兩倍 )內(nèi)的位置一般并不對稱，這種方法稱為非對稱規(guī)則采樣。規(guī)則采樣法是對自然采樣法的改進(jìn) ,其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡單 ,便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算 ,其中非對稱規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦 .其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低 ,線性控制范圍較小。 以上兩種方法均只適用于同步調(diào)制方式中。 規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法是一種在采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)用的 PWM 波形生 成方法。規(guī)則采樣法是在自然采樣法的基礎(chǔ)上得出的。規(guī)則采樣法的基本思路是：取三角波載波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期。使每個(gè) PWM 脈沖的中點(diǎn)和三角波一周期的中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）重合，在三角波的負(fù)峰時(shí)刻對正弦信號波采樣而得到正弦波的值，用幅值與該正弦波值相等的一條水平直線近似代替正弦信號波，用該直線與三角波載波的交點(diǎn)代替正弦波與載波的交點(diǎn)，即可得出控制功率開關(guān)器件通斷的時(shí)刻。比起自然采樣法，規(guī)則采樣法的計(jì)算非常簡單，計(jì)算量大大減少，而效果接近自然采樣法，得到的 SPWM 波形仍然很接近正弦波，克服了自然采樣法難以在實(shí)時(shí)控 制中在線計(jì)算，在工程中實(shí)際應(yīng)用不多的缺點(diǎn)。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 （ ） 在三角載波每一周期的負(fù)峰值找到正弦調(diào)制波上的對應(yīng)點(diǎn)。 采樣水平線與三角載波的交點(diǎn)位于正弦調(diào)制波兩側(cè) ,脈寬生成誤差 (與自然采樣法比 )明顯減小 ,所得 SPWM 波形更準(zhǔn)確。 分段同步調(diào)制 程序根據(jù)規(guī)則采樣法，采用分段同步調(diào)制的方式生成 SPWM 波形。其載 波比 m根據(jù)所在頻段的變化而變化。載波比 m及頻段劃分如圖 所示。 圖 （ ） 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 程序代碼注解 主程序 初始化的程序（ //為對程序語句的功能注釋）。 void main(void) { InitSysCtrl()。//系統(tǒng)控制初始化函數(shù)， 主要是時(shí)鐘設(shè)置、看門狗設(shè)置等等 EALLOW。//解除 DSP 的寄存器的寫操作保護(hù) = 0x0。 // 相應(yīng)的引腳配置為 I/O 引腳功能 = 0xFF。 //配置相應(yīng)的引腳為輸出引腳 =0xFF。 // 相應(yīng)引腳輸出為低 EDIS。//使 DSP 的寫操作被禁止 InitEPwm1Gpio()。 InitEPwm2Gpio()。 InitEPwm3Gpio()。 //以上三條語句是將 PWM 模塊對應(yīng)的 GPIO0、 GPIO GPIO GPIO GPIO GPIO5口設(shè)置成在 PWM 模式，而不是一般的 IO 口模式 EALLOW。 //解除 DSP 的寄存器的寫操作保護(hù) = 0。 //定義 GPIO11 引腳配置為 I/O 引腳 = 1。 // 定義 GPIO11 引腳為輸出引腳 =0。// GPIO11 輸出拉低是為了使能 3245 的 /OE 引腳 EDIS。 //使 DSP 的寫操作被禁止 DINT。//禁止 CPU中斷 InitPieCtrl()。//初始化 PIE 控制寄存器 IER = 0x0000。//禁止 PIE 中斷 IFR = 0x0000。//清除所有中斷標(biāo)識 InitPieVectTable()。//PIE 向量表中的所有中斷向量配置對應(yīng)的入口地址 EALLOW。 //解除 DSP 的寄存器的寫操作保護(hù) = amp。epwm1_isr。//使能 EPWM1 中斷 EDIS。 //使 DSP 的寫操作被禁止 EALLOW。 //解除 DSP 的寄存器的寫操作保護(hù) = 0。 //停止所有時(shí)基模塊時(shí)鐘 EDIS。 //使 DSP 的寫操作被禁止 InitEPwm1Example()。//初始化 EPWM1 模塊 EALLOW。 //解除 DSP 的寄存器的寫操作保護(hù) 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 = 1。 EDIS。 //使 DSP 的寫操作被禁止 EPwm1TimerIntCount = 0。//中斷次數(shù)計(jì)數(shù)器初始化賦值 IER |= M_INT3。//使能第 3 組向量（中斷匯集到 CPU級的 INT3 中斷線上） = 1。//將 EPWM1 中斷服務(wù)子函數(shù)的地址映射到中斷向量表中 EINT。 // 使能全局可屏蔽中斷 ERTM。 //仿真器可實(shí)時(shí)獲取發(fā)生中斷的寄存器或存儲器 i=0。 k=0。 fr=7。 N=201。 Tc=42644。//程序變量初始化賦值 for(。) { asm( NOP)。 }//無限循環(huán)空函數(shù) } 2．下面給出一段 ePWM 模塊初始化的程序（ //為對程序語句的功能注釋）。 //TB 子模塊設(shè)置 = EPWM_TIMER_TBPRD。 //設(shè)置載波周期 = 0x0000。 // 在相位寄存器中設(shè)置計(jì)數(shù)器的起始計(jì)數(shù) //位置 = TB_SHADOW。 //映射寄存器 SHADOW 使能并配置 //映射寄存器為自動讀寫 = 0x0000。 //計(jì)數(shù)器控制器 = TB_COUNT_UPDOWN。 // 連續(xù)增減計(jì)數(shù)模式 = TB_DISABLE。// 將定時(shí)器相位使能位關(guān)閉 = TB_DIV1。 = TB_DIV1。 //這兩條語句組合對 PWM 的時(shí)鐘進(jìn)行 //分頻 = CC_SHADOW。 //A 模塊比較模式 = CC_SHADOW。 //B 模塊比較模式 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 = CC_CTR_ZERO。 // A 模塊比較使能 ,通過 //寫 0來清除 SHDWAMODE位來使能 load on CTR=Zero = CC_CTR_ZERO。 // A 模塊比較使能 ,通過 //寫 0來清除 SHDWAMODE位來使能 load on CTR=Zero //以下四條語句是設(shè)置 EPWM1A、 EPWM1B 的輸出方式 = AQ_CLEAR。 //TBCTR（計(jì)數(shù)器）與 CMPA 在 up 計(jì) //數(shù)時(shí)相等使輸出為 high，這關(guān)系的輸出的占空比 = AQ_SET。 //TBCTR（計(jì)數(shù)器）與 CMPA 在 down 計(jì) //數(shù)時(shí)相使輸出為反向，這關(guān)系的輸出的占空比 = AQ_SET。 = AQ_CLEAR。 //DB 子 模塊 (死區(qū)模塊 )設(shè)置 = DB_FULL_ENABLE。//輸入方式選擇 = DB_ACTV_HIC。//減計(jì)數(shù)時(shí)死區(qū)信號反向 = DBA_ALL。//輸出方式選擇 = 0x000F。//設(shè)置增計(jì)數(shù)時(shí)的死區(qū)時(shí)間 = 0x000F。//設(shè)置減計(jì)數(shù)時(shí)的死區(qū)時(shí)間 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第五章 調(diào)試結(jié)果及分析 SPWM 波實(shí)驗(yàn)結(jié)果 本設(shè)計(jì)利用 TI2802 DSP 生成頻率可調(diào)的 SPWM 波，在軟件設(shè)計(jì)中頻率為 50hz， 40hz ，30hz 時(shí)的 SPWM 波形如下圖所示 。 當(dāng)調(diào)制波頻率為 50Hz，載波比 N=33 時(shí)的輸出信號波形如圖（ ）所示。 圖（ ） 50Hz 時(shí)的輸出波形 當(dāng)調(diào)制波頻率為 40Hz，載波比 N=45 時(shí)的輸出信號波形如圖（ ） 所示。 圖（ ） 40Hz 時(shí) 的輸出波形 當(dāng)調(diào)制波頻率為 30Hz，載波比 N=69 時(shí)的輸出信號波形如圖 ()所示。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 () 30Hz 時(shí)的輸出波形 SPWM 波形分析 圖 ()是 下同一橋臂的控制信號，從波形中可以看出，同一橋臂的上下兩路控制信號是 基本 對稱的。 圖 ()同一橋臂的輸出信號波形 由于功率開關(guān)管的開通和管斷會有一定時(shí)間的延時(shí)，所以要進(jìn)行死區(qū)設(shè)置，以防止同一橋臂的兩個(gè)功率開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，造成電源短路。在本次設(shè)計(jì)中，使用的 IRFP450，在軟件設(shè)計(jì)中設(shè)置其死區(qū)時(shí)間為 150ns。死區(qū)設(shè)置時(shí)同一橋臂的輸出波形如圖 ()所示。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 () 死區(qū) 設(shè)置輸出波形圖 綜合上訴 波形圖的結(jié)果，說明用 TMS320F2802 開發(fā)板生成的 SPWM 波形是正確的，符合設(shè)計(jì)的要求。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 結(jié)論 本文采用了 TI 公司 TMS320F2802 DSP 芯片為核心控制器，由整流二極管、保險(xiǎn)絲、濾波電容和 6 只 IRFP450 作為功率驅(qū)動器件的變頻系統(tǒng)。采用硬件方式實(shí)現(xiàn)了恒壓頻比（ VVVF）的 SPWM 控制。 對所設(shè)計(jì)的感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并得出下列結(jié)論： 1. 系統(tǒng)采用 DSP 為核心控制芯片，可在線調(diào)試，具有靈活高速的特性，并可以有效的降低成本，用最小的體積和最少的資源實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。 2. 光耦隔離模塊的使用有效的防止了 DSP 弱電信號與后接的功率器件所加強(qiáng)電之間的干擾 ，并對 DSP 起到了很好的保護(hù)作用。 3. 在 050Hz 內(nèi)，系統(tǒng)可以加速、勻速、減速運(yùn)行。 通過以上的理論和實(shí)驗(yàn)研究可知本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)和可靠性高特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)證明系統(tǒng)的特性良好，因此具有一定的實(shí)用價(jià)值。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 參考文獻(xiàn) 康勇 陳堅(jiān) 《電力電子技術(shù)》 2021 第 1 期 尹項(xiàng)根 王志華 夏勇軍 《電力自動化設(shè)備》 2021 第 10 期 張開鋒 胡昆明 肖山竹 《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》 2021 第 12 期 軍，張瀚，陳智淵． TMS320X281x DSP 原理及應(yīng)用．第一版 .北京航空航天出版社． 2021 5． 陳伯時(shí) ,陸敏遜 .交流調(diào)速系統(tǒng) 第 2版 .機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 6． 許期英，劉敏軍，于軍 .交流調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng) .化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 附錄 如果說以第一個(gè)晶閘管的出現(xiàn)作為交流電動機(jī)變頻調(diào)速的起點(diǎn)，可以認(rèn)為它的發(fā)展歷史己 40 多年了。而變頻調(diào)速技術(shù)真正高速發(fā)展時(shí)期，應(yīng)該是在 PWM 調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn)和 微機(jī)控制技術(shù)發(fā)展之后。特別是最近 20 年來，隨著交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用普及，交流變頻調(diào)速在化工、火電廠、礦山、油田、機(jī)械制造、城市建設(shè)、水處理、甚至家電等行業(yè)己經(jīng)全面推廣使用，一般主要用于節(jié)能及控制。隨著變頻技術(shù)的普及和深入，以及國際、國內(nèi)電器設(shè)備使用的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)意識的強(qiáng)化，電力系統(tǒng)行業(yè)和用戶對變頻技術(shù)的質(zhì)量要求也越來越高。變頻調(diào)速的發(fā)展趨勢主要圍繞下面幾個(gè)方而展開。 1) 高性能的智能控制變頻器 380V系統(tǒng)的低壓變頻器是國內(nèi)的主要研究對象，應(yīng)用交流調(diào)速的基本理論，結(jié)合神經(jīng)蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 網(wǎng)絡(luò)控制、魯棒控制、模糊控制，或其他智能 控制等手段，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的自動辨識，以期達(dá)到自適應(yīng)、自調(diào)整的最優(yōu)控制。這方面己有一定的研究成果。