【正文】 計(jì)算和邏輯處理能力，很多先進(jìn)的PWM策略才真正得以推廣使用。因此可以通過 值和 值由() 式計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的SPWM波的占空比。對(duì)式() 離散化處理，并對(duì)PWM 波的幅值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，即令幅值為1，得到求占空比的表達(dá)式() 。為調(diào)制指數(shù)，且∈[0，1） 。(1) 。（3）規(guī)則采樣法自然采樣法的主要問題是，SPWM波形每個(gè)脈沖的起始和終了時(shí)間對(duì)三角波的中心線不對(duì)稱，這種方法要求解復(fù)雜的超越方程，在采用微機(jī)控制技術(shù)使需花費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間，難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，因此在工程上實(shí)際應(yīng)用不多。這是一種最簡單的算法。（1）面積等效法正弦脈寬調(diào)制的基本原理就是按照面積相等的原則構(gòu)成與正弦波的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。本畢業(yè)設(shè)計(jì)最主要的任務(wù)就是通過產(chǎn)生不同的SPWM波，即采用SPWM調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。PWM控制中最常使用的幾種方法：正弦脈沖寬度調(diào)制、準(zhǔn)最優(yōu)正弦脈沖寬度調(diào)制、消除特定諧波脈沖寬度調(diào)制、空間電壓矢量脈沖寬度調(diào)制和瞬時(shí)值跟蹤型脈沖寬度調(diào)制。 有關(guān)SPWM控制的計(jì)算法由于逆變器應(yīng)用場(chǎng)合不同，負(fù)載特性和要求也各異，到目前為止并沒有一種PWM方法能夠兼顧各方面的要求。為防止雙極方式下可能出現(xiàn)上下橋臂直通的問題，必須在兩狀態(tài)之間設(shè)置死區(qū)時(shí)間，使上下橋臂做到先關(guān)后開。應(yīng)注意，當(dāng)導(dǎo)通比為零時(shí)電樞平均電壓為零，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，不過這時(shí)電樞電壓的瞬間值不為零，從而產(chǎn)生平均值為零的交變電流，增加了電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱，同時(shí)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生微振。同理，在期間，電流也有一次倒向。電動(dòng)機(jī)一直工作在電動(dòng)狀態(tài)。電樞端電壓在一個(gè)周期內(nèi)極性正負(fù)相間，雙極式由此而得名。當(dāng)時(shí)，為正，與飽和導(dǎo)通；而，與截止，這時(shí)電樞端電壓，電樞電流為正。與同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)信號(hào)；和同時(shí)導(dǎo)通個(gè)關(guān)斷。下面介紹可逆PWM變換器工作運(yùn)行于雙極式控制方式時(shí)的工作原理。2. 直流PWM變換器的工作原理按照能否給電機(jī)提供可逆運(yùn)轉(zhuǎn)的電樞電壓以及電樞脈沖電壓在一個(gè)開關(guān)周期中具有單一極性還是雙極性，直流PWM變換器供電電路可以分為不可逆PWM變換器、雙極式可逆PWM變換器、單極式可逆PWM變換器等類型。 直流PWM變換器的基本類型和工作原理1. 直流PWM變換器的基本類型直流PWM變換器的基本電路結(jié)構(gòu)有幾種，而且它們工作于不同的狀態(tài)，本方案采用的是四象限PWM變換器。在調(diào)制波頻率的高頻段采用較低的載波比，以使載波頻率不致太高，從而可以將功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的開關(guān)頻率限制在允許的范圍以內(nèi)；在調(diào)制波頻率的低頻段采用較高的載波比，避免因載波比太低而對(duì)負(fù)載的運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響。各頻段的載波比取3的整數(shù)倍且為奇數(shù)為宜。（3）分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制就是把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻段，在每個(gè)頻段內(nèi)都保持載波比P為恒定不變，不同頻段的P值也不同。當(dāng)逆變電路輸出頻率很高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受。過低時(shí)由調(diào)制帶來的諧波不易濾除。同時(shí)，為了使一相PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，P應(yīng)取奇數(shù)。在基本同步調(diào)制方式中，調(diào)制波頻率變化時(shí)載波比P不變，調(diào)制波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。因此，在采用異步調(diào)制方式時(shí)，希望采用較高的載波頻率，以使在調(diào)制波頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比。這就使得輸出PWM波和正弦波的差異變大。當(dāng)調(diào)制波頻率較低時(shí)，載波比P較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后1/4周期脈沖不對(duì)稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。所以異步調(diào)制的缺點(diǎn)是：除非載波比恰好等于某些特殊的整數(shù)，輸出PWM脈沖的對(duì)稱性不可能得到保證。（1）異步調(diào)制在調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)保持載波信號(hào)頻率不變的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。 異步調(diào)制、同步調(diào)制和分段同步調(diào)制在PWM控制電路中，載波與調(diào)制信號(hào)頻率之比P=/稱為載波比。即當(dāng)時(shí)，給和以導(dǎo)通信號(hào)，給和以關(guān)斷信號(hào)，這時(shí)如0，則和通，如0，則和通，不管哪種情況都是輸出電壓=。仍然在調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)器件的通斷。在的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有177。 雙極性PWM控制方式波形和單極性PWM控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方式。圖中的虛線表示中的基波分量。在的負(fù)半周，保持?jǐn)鄳B(tài)，保持通態(tài)，當(dāng)時(shí)使導(dǎo)通，關(guān)斷，=；當(dāng)時(shí)使關(guān)斷，導(dǎo)通，=0。在和的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。 單極性PWM控制方式波形。這樣，總可以得到和零兩種電平。在負(fù)載電流為正的區(qū)間，和導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓等于直流電壓；關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過和續(xù)流，=0。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)和的通斷狀態(tài)互補(bǔ)，和的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)，具體的控制規(guī)律如下：在輸出電壓的正半周，讓保持通態(tài)，保持?jǐn)鄳B(tài)，和交替通斷。下面以具體電路介紹調(diào)制法。在調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí),所得到的就是SPWM波形,這種情況應(yīng)用最廣。通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波,其中等腰三角波應(yīng)用最多?？梢钥闯?計(jì)算法是很繁瑣的,當(dāng)需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí),結(jié)果都要變化。 計(jì)算法和調(diào)制法根據(jù)PWM控制的基本原理,如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù),PWM波形中各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。逆變電路可分為電壓型和電流型兩種。 PWM逆變電路及其控制方法PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用十分廣泛，目前中小功率的逆變電路幾乎都采用了PWM控制技術(shù)。PWM是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制。 根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。對(duì)于正弦的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。這些脈沖寬度相等，都等于，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。根據(jù)上面理論我們就可以用不同寬度的矩形波來代替正弦波，通過對(duì)矩形波的控制來模擬輸出不同頻率的正弦波。是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。沖量既指窄脈沖的面積。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率?？刂品绞骄褪菍?duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。利用PWM逆變器能夠抑制或消除低次諧波。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個(gè)作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動(dòng)態(tài)性能。第4章 脈沖寬度調(diào)制 PWM控制技術(shù)的基本原理PWM脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方式有多種，但由于PWM調(diào)速方式較其他方式有很多的優(yōu)點(diǎn)（見本文緒論），本方案采用的是脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式的一種正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）。由此看來，這樣組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，在突加給定的過渡過程中表現(xiàn)為一個(gè)恒值電流調(diào)速系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中又表現(xiàn)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)。之后，雖然轉(zhuǎn)速反饋電壓增大，但由于ASR的積分作用，只要轉(zhuǎn)速反饋電壓小于速度給定電壓，ASR輸出就維持在限幅值上，直到轉(zhuǎn)速產(chǎn)生超調(diào)。一旦ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)失去作用，僅電流環(huán)在起作用，這時(shí)系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。但是只要速度調(diào)節(jié)器ASR的放大系數(shù)足夠大且沒有飽和，電流負(fù)反饋的擾動(dòng)作用就會(huì)受到抑制。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是容許的，但是對(duì)于完全不允許超調(diào)的系統(tǒng)，應(yīng)采用能抑制超調(diào)的控制方式。（3）轉(zhuǎn)速超調(diào)。但由于在起動(dòng)過程Ⅰ、Ⅲ兩個(gè)階段中電流不能突變，實(shí)際起動(dòng)過程與理想起動(dòng)相比還有一些差距，不過這兩段時(shí)間只占全部起動(dòng)時(shí)間中的很小的成分，對(duì)整個(gè)起動(dòng)過程影響很小，我們可以把這種最優(yōu)控制稱為“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。（2）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程有三個(gè)特點(diǎn)： 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形（1）飽和非線性控制。2. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程分析下面討論雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓Un時(shí)的起動(dòng)過程。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)按照穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的形式，代入各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性1. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器都是PI調(diào)節(jié)器，因此它們的傳遞函數(shù)就是PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。只要速度ASR的放大系數(shù)足夠大且沒有飽和，則電流負(fù)反饋的擾動(dòng)作用就會(huì)受到抑制。然而運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并非無窮大，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載加重（）時(shí)，由于轉(zhuǎn)速下降，ASR迅速飽和狀態(tài)，同時(shí)輸出限幅值。在正常負(fù)載時(shí)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器ASR不飽和，依靠ASR的調(diào)節(jié)作用，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差保證系統(tǒng)具有較硬的機(jī)械特性（穩(wěn)態(tài)運(yùn)行無靜差）。根據(jù)調(diào)節(jié)器的給定與反饋值可計(jì)算反饋系數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：() 電流反饋系數(shù)： ()最大給定電壓受運(yùn)算放大器的允許輸入電壓限制，而最高轉(zhuǎn)速和最大電流受電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)容量和結(jié)構(gòu)的限制。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)當(dāng)系統(tǒng)處在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都應(yīng)未達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的飽和程度。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特性 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)根據(jù)雙閉環(huán)系統(tǒng)原理在掌握PI調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)輸出具有限幅的特點(diǎn)后，就可以繪制雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)()。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)兩個(gè)控制器的作用分別為：速度控制器的主要作用：(1)使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差；(2)對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用，抑制轉(zhuǎn)速波動(dòng)；(3)其輸出限幅值決定允許的最大電流，在起動(dòng)時(shí)給出最大電流給定信號(hào)。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看電流環(huán)在里面，稱為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。電流控制器的輸出經(jīng)轉(zhuǎn)化后將適當(dāng)?shù)腜WM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)施加到電動(dòng)機(jī)功率變換模塊上，通過控制功率晶體管的開通關(guān)斷順序和時(shí)間，改變電動(dòng)機(jī)定子繞組中電流的大小和繞組的導(dǎo)通順序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的控制。首先，根據(jù)所檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，計(jì)算得其當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)速度；然后，與速度參考值比較，得到速度誤差信號(hào)，作為轉(zhuǎn)速控制器(ASR)的輸入。、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。本畢業(yè)設(shè)計(jì)是關(guān)于轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。盡管目前各種類型的交流調(diào)速系統(tǒng)得到了普遍的重視和較快的發(fā)展，但因?yàn)橹绷麟姍C(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，以及易于在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的一種主要形式。使用Matlab可以方便快速的進(jìn)行對(duì)于采用正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的感應(yīng)電機(jī)開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真。第二個(gè)任務(wù)是對(duì)采用主要由DSP組成的控制系統(tǒng)的直流變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和連接；最后討論調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)特性以及有關(guān)控制參數(shù)的影響。在本課題中，主要設(shè)計(jì)的是控制系統(tǒng)部分。 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。利用Matlab，對(duì)采用正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的感應(yīng)電機(jī)開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真；在理論分析和仿真研究的基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)和連接，通過觀測(cè)仿真模擬和硬件連接得到的調(diào)速系統(tǒng)各方面性能進(jìn)行討論。在理論分析和仿真研究的基礎(chǔ)上，利用以TMS320F240為核心構(gòu)成的全數(shù)字控制感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)采用正弦脈沖寬度調(diào)制（SPWM）的直流電機(jī)閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。本文介紹了計(jì)算機(jī)控制的直流電機(jī)的電路原理、方案設(shè)計(jì)及主要任務(wù)。基于此任務(wù)，本課題的另一個(gè)內(nèi)容是硬件調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，在掌握直流電機(jī)工作原理和整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理的基礎(chǔ)上，在事先熟悉的軟件環(huán)境下進(jìn)行建模與仿真。其次利