正弦脈寬調(diào)制(spwm)控制(參考版)
2025-07-10 14:49本頁(yè)面
【正文】 現(xiàn)代spwm變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數(shù)字控制電路。這些微處理器一般都具有以下功能：(1) 有pwm波形生成硬件及較寬的調(diào)頻調(diào)制范圍；(2) 為了對(duì)變頻器及所組成調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)(如電壓、電流、轉(zhuǎn)速等)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與故障保護(hù)，微處理器具有很強(qiáng)的中斷功能與較多的中斷通道；(3) 具有將外部的模擬量控制信號(hào)及通過(guò)各種傳感器送來(lái)的模擬反饋、檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換的接口，且一般為8位轉(zhuǎn)換器；(4) 具有較高的運(yùn)算速度、能完成復(fù)雜運(yùn)算的指令、內(nèi)存容量較大；(5) 有用于外圍通信的同步、異步串行接口的硬件或軟件單元。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，早期曾陸續(xù)開(kāi)發(fā)了一些專(zhuān)門(mén)用于發(fā)生spwm控制信號(hào)的集成電路芯片，如mullard公司的hef475philips公司的mkⅱ、siemens公司的sle45sanken公司的mb63h110，以及我國(guó)研制的zps110等，應(yīng)用這類(lèi)專(zhuān)用芯片當(dāng)然比用單片微機(jī)生成spwm信號(hào)要方便得多。 spwm專(zhuān)用集成電路芯片與微處理器應(yīng)用單片微機(jī)產(chǎn)生spwm波形時(shí)，其效果受到指令功能、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量和兼顧其它控制算法功能的限制，有時(shí)難以有很好的實(shí)時(shí)性。對(duì)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，在某一給定轉(zhuǎn)速下其調(diào)制度m與頻率ω1都有確定值，所以宜采用查表法。也可以在內(nèi)存中存儲(chǔ)正弦函數(shù)和tc/2值，控制時(shí)，先取出正弦值與調(diào)速系統(tǒng)所需的調(diào)制度m作乘法運(yùn)算，再根據(jù)給定的載波頻率取出對(duì)應(yīng)的tc/2值，與 msinω1te作乘法運(yùn)算，然后運(yùn)用加、減、移位即可算出脈寬時(shí)間t2和間歇時(shí)間tt3，此即實(shí)時(shí)計(jì)算法。在圖中，每相的脈寬時(shí)間tatb2和tc2都可用式(315)計(jì)算，求三相脈寬時(shí)間的總和時(shí)，等式右邊第一項(xiàng)相同，加起來(lái)是其三倍，第二項(xiàng)之和則為零，因此 (317)圖310 三相spwm波形的生成三相間歇時(shí)間總和為脈沖兩側(cè)的間歇時(shí)間相等，所以 (318)式中，下角標(biāo)a、b、c分別表示a、b、c三相。由圖39可得規(guī)則采樣法的計(jì)算公式：脈寬時(shí)間 (315)間歇時(shí)間 (316)實(shí)用的變頻器多是三相的，因此還應(yīng)形成三相的spwm波形。圖39 生成spwm波的一種規(guī)則采樣法在規(guī)則采樣法中，三角載波每個(gè)周期的采樣時(shí)刻都是確定的，都在負(fù)峰值處，不必作圖就可計(jì)算出相應(yīng)時(shí)刻的正弦波值。由圖39可以看出，規(guī)則采樣法的實(shí)質(zhì)是用階梯波來(lái)代替正弦波(圖中粗實(shí)線(xiàn)所示)，從而簡(jiǎn)化了算法。由于在兩個(gè)三角載波波形正峰值之間的時(shí)刻即為tc，因此a點(diǎn)、b點(diǎn)與載波各正峰值的間隔時(shí)間分別為t1和t3，且t1=t3，而相應(yīng)的spwm波形相對(duì)于tc的中間時(shí)刻(載波負(fù)峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻)對(duì)稱(chēng)，這就大大簡(jiǎn)化了計(jì)算。圖39所示是一種規(guī)則采樣法，以三角載波的負(fù)峰值(e點(diǎn))作為采樣時(shí)刻，對(duì)應(yīng)的采樣電壓為ure。這樣就提出了各種規(guī)則采樣法(regular sampling)?！∫?guī)則采樣法自然采樣法的關(guān)鍵問(wèn)題是，spwm波形每一個(gè)脈沖的起始和終了時(shí)刻ta和tb對(duì)三角波的中心線(xiàn)不對(duì)稱(chēng)，因而求解困難。按相似直角三角形的幾何關(guān)系，可知經(jīng)整理得 (314)這是一個(gè)超越方程，其中ta、tb與載波比n、調(diào)制度m都有關(guān)系，求解困難，而且t1≠t3，分別計(jì)算更增加了困難。顯然，tc=t1+t2+t3。交點(diǎn)a是發(fā)出脈沖的時(shí)刻，b點(diǎn)是結(jié)束脈沖的時(shí)刻?！∽匀徊蓸臃ㄍ耆凑漳M控制的方法，計(jì)算正弦調(diào)制波與三角載波的交點(diǎn)，從而求出相應(yīng)的脈寬和脈沖間歇時(shí)刻，生成spwm波形，稱(chēng)為自然采樣法(natural sampling)，如圖38所示。可以采用微機(jī)存儲(chǔ)預(yù)先計(jì)算好的spwm波形數(shù)據(jù)表格，控制時(shí)根據(jù)指令調(diào)出；或者通過(guò)軟件實(shí)時(shí)生成spwm波形；也可以采用大規(guī)模集成電路專(zhuān)用芯片中產(chǎn)生的spwm信號(hào)。spwm的模擬控制現(xiàn)在已很少應(yīng)用，但它的原理仍是其它控制方法的基礎(chǔ)。三角載波信號(hào)ut由三角波發(fā)生
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