【正文】 ，()式左邊為第個(gè)逆變電壓脈波的積分值，其電壓幅值為、作用時(shí)間為，對(duì)應(yīng)的脈波電壓寬度，；()式右邊式中的是()式的，即第個(gè)時(shí)區(qū)中心點(diǎn)的相位角，因此有()式可得到： ()如果半個(gè)周期中脈波數(shù)很多，即，則：則()式為：因此，： ()或第個(gè)脈波電壓的占空比： ()、c可知，在每個(gè)脈波電壓周期中，逆變器輸出一個(gè)等高不等寬的脈波電壓。圖中正、負(fù)半周范圍也被分為個(gè)（）相等的時(shí)區(qū)，每個(gè)時(shí)區(qū)寬度為，每個(gè)時(shí)區(qū)有一個(gè)幅值為、寬度為的電壓脈波，相鄰兩脈波電壓中點(diǎn)之間的距離相等（），6個(gè)脈波電壓的高度都是，但寬度不同，寬度分別為、。依靠開(kāi)關(guān)管的通、斷狀態(tài)變換，逆變電路只能直接輸出三種電壓值、0、。第3章 正弦脈沖寬度調(diào)制SPWM基本原理 概述為了闡述明白SPWM的原理，下面先介紹簡(jiǎn)單的單相橋式逆變電路。 用PWM波形代替正弦半波a） 正弦半波 b）脈沖序列，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。由直流電源產(chǎn)生的PWM波通常是等幅PWM波；由交流電源產(chǎn)生的PWM波通常是不等幅波。要改變等效輸出正弦波的幅值是，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形?？梢钥闯?，各脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等。，就可以吧正弦半波看成是由個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形。上述原理可以稱之為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)也是周期性的。從波形可以看出，在的上升段，脈沖形狀不同時(shí)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。圖中為電壓窄脈沖，、b、c、d所示，為電路的輸入。環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過(guò)渡函數(shù)。如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。沖量即指窄脈沖的面積。本論文主要圍繞其中的SPWM，SVPWM，滯環(huán)電流控制PWM三種PWM控制方法展開(kāi)介紹，并進(jìn)行對(duì)比。 PWM控制技術(shù)分類1)正弦PWM（SPWM）；2)特定諧波消除PWM（SHEPWM）；3)最小紋波電流PWM；4)空間矢量PWM（SVM）；5)隨機(jī)PWM；6)滯環(huán)電流控制PWM；7)瞬時(shí)電流控制正弦PWM；8)Delta調(diào)制PWM；9)SigmaDelta調(diào)制PWM。第2章 PWM控制的原理介紹 概述PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。而近年來(lái)出現(xiàn)的空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)，相應(yīng)的數(shù)字計(jì)算方法形成的脈寬調(diào)制信號(hào)與傳統(tǒng)的SPWM信號(hào)相比，具有更多優(yōu)點(diǎn)。縱觀現(xiàn)有的文獻(xiàn)，數(shù)字脈寬調(diào)制方法多采用規(guī)則采樣技術(shù)，通過(guò)三角載波與所希望的調(diào)制函數(shù)的比較獲得數(shù)學(xué)方程式，PWM信號(hào)則是通過(guò)對(duì)規(guī)則采樣技術(shù)獲得的數(shù)學(xué)方程式的計(jì)算獲得的。傳統(tǒng)的SPWM技術(shù)多采用模擬技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即脈寬調(diào)制信號(hào)的獲得是通過(guò)三角波與所希望的調(diào)制函數(shù)直接比較而獲得。在交流電氣傳動(dòng)中，脈寬調(diào)制技術(shù)用于產(chǎn)生單相或三相交流電即實(shí)現(xiàn)逆變，控制信號(hào)變?yōu)榉岛皖l率均可變化的周期信號(hào)。而在PWM控制中，由于脈沖頻率固定，通過(guò)頻率選擇不但可以克服上述問(wèn)題，而且有利于消除系統(tǒng)中由于功率器件開(kāi)關(guān)所導(dǎo)致的固定頻率的電磁干擾。在頻率較低時(shí)，往往人耳所感覺(jué)到的電磁噪聲較高；而在頻率較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致功率器件開(kāi)關(guān)損耗的增加，而且還存在功率器件關(guān)斷速度的限制。另一種方式是將脈沖信號(hào)的導(dǎo)通寬度固定，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率及周期T來(lái)改變負(fù)載的平均電壓，這就是脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation,PFM）。改變脈沖信號(hào)的開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間有兩種基本方式。在PWM技術(shù)中，功率器件工作在開(kāi)關(guān)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，通過(guò)改變功率器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的開(kāi)通與關(guān)斷的時(shí)間，來(lái)改變加在負(fù)載兩端的平均電壓的大小。如今，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)或永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)集特種電動(dòng)機(jī)、變流機(jī)構(gòu)、檢測(cè)元件、控制軟件和硬件于一體，形成新一代的一體化電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，體現(xiàn)著當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的最新成果，是機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)物。在電動(dòng)機(jī)理論和其他相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，“無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)”的概念已由最初特指具有電子換向的直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展到泛指一切具備有刷直流電動(dòng)機(jī)外部特征的由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)。綜上所述，高性能直流傳動(dòng)系統(tǒng)在向方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為主的方向發(fā)展，而方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在向電流正弦化的方向發(fā)展；同時(shí)，高性能交流傳動(dòng)系統(tǒng)在向交流永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)為主的方向發(fā)展，而永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)也在向無(wú)位置檢測(cè)或位置檢測(cè)簡(jiǎn)易化的方向發(fā)展。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相比較，無(wú)論是在效率、功率密度等各方面，永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)均具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)。此后的研究雖然在控制手段上不斷改進(jìn)，但控制方法沒(méi)有本質(zhì)的突破。至今，這兩種方法在永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中得到了最廣泛的應(yīng)用。其中，繞組電流的控制為大部分文獻(xiàn)研究的焦點(diǎn)。其反電勢(shì)波形為正弦波，相應(yīng)的繞組電流也為正弦波。另一方面，永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速及高性能伺服技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用功率范圍不斷擴(kuò)大。通過(guò)模仿直流電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)矩控制的思路，采用坐標(biāo)變換，把交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，并通過(guò)對(duì)磁通和轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立控制、使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)獲得類似直流電動(dòng)機(jī)的控制特性。現(xiàn)代交流傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為主發(fā)展為多機(jī)種，尤其是以永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展最為顯著。1986年，這標(biāo)志著方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在理論上、驅(qū)動(dòng)控制方法上已基本成熟。1977年，出現(xiàn)了采用釤鉆永磁材料的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。1975年無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)首次出現(xiàn)在NASA報(bào)告中?，F(xiàn)代的直流傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向是電動(dòng)機(jī)主極永磁化及換向無(wú)刷化，而無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正是在這樣的趨勢(shì)下所發(fā)展起來(lái)的機(jī)電一體化電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。關(guān)于脈寬調(diào)制技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用畢業(yè)論文第1章 緒論 脈寬調(diào)制技術(shù)的研究背景——電氣傳動(dòng)的發(fā)展隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)的發(fā)展以及材料技術(shù)尤其是永磁材料技術(shù)的進(jìn)步，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，包括交、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速及伺服系統(tǒng)，正在向系統(tǒng)高性能、控制數(shù)字化、一體化機(jī)電的方向發(fā)展。直流傳動(dòng)系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單、調(diào)速特性好，一直是調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域中的重要組成部分。一般意義上的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(Bruhless DC Motor,BLDCM)是指方波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其特征是只需簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)位置信號(hào)即可通過(guò)逆變橋驅(qū)動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)工作。之后，由于高性能、低成本的第三代永磁材料的出現(xiàn)，以及大功率、全控型功率器件的出現(xiàn)，使無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)獲得了迅速的發(fā)展。之后不久，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始廣泛采用高磁能積、高矯頑力、低成本的第三代NdFeB永磁材料，且采用霍爾元件作位置傳感器，采用三相全橋驅(qū)動(dòng)方式，以提高輸出轉(zhuǎn)矩，使其更加實(shí)用。近年來(lái)，雖然永磁直流電動(dòng)機(jī)也隨著永磁材料技術(shù)的發(fā)展而得到了性能的提高，依然在直流傳動(dòng)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，但直流傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)處于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)大規(guī)模普及與應(yīng)用的階段。一方面，由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)性能依然不斷提高，變壓變頻(VVVF）技術(shù)及矢量控制技術(shù)完全成熟。近年來(lái)又陸續(xù)提出了直接轉(zhuǎn)矩控制、解耦控制等方法，從而使交流調(diào)速控制有了突破性的發(fā)展，并出現(xiàn)了一系列用于交流調(diào)速系統(tǒng)的高性價(jià)比的通用變頻器。永磁同步電動(dòng)機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)，又被稱為正弦波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上為帶有位置傳感器的、由逆變器驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。關(guān)于永磁同步電動(dòng)機(jī)的研究主要集中于電動(dòng)機(jī)的新型結(jié)構(gòu)形式、氣隙磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和繞組電流的控制。1982年，即靜止坐標(biāo)系下的電流控制方法，它包括電流調(diào)節(jié)型SPWM控制方法（CRPWM）和電流滯環(huán)控制方法，指出了其應(yīng)用范圍，并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。1987年，在總結(jié)正弦波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)各種研究成果的基礎(chǔ)上，提出了基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的正弦波無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)繞組電流控制方法：id、iq法。一般實(shí)現(xiàn)電流控制的手段有模擬方法、模擬數(shù)字混合方法、全數(shù)字方法等，并在逐步向全數(shù)字控制方向發(fā)展。因此，交流永磁同步電動(dòng)機(jī)在交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。由于二者的電動(dòng)機(jī)本體均為永磁同步電動(dòng)機(jī)，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大致相同，因此交、直流之分越來(lái)越模糊，二者的發(fā)展方向相同，概念趨向一致。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)或永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展亦促使電動(dòng)機(jī)理論與電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論及高性能材料的緊密結(jié)合。 脈寬調(diào)制技術(shù)的發(fā)展隨著全控型功率電子器件的發(fā)展，脈沖調(diào)寬（PWM）技術(shù)與開(kāi)關(guān)功率電路成為主流技術(shù)，在功率應(yīng)用中基本取代了線性功率放大電路，以減小功率器件導(dǎo)通損耗，提高驅(qū)動(dòng)效率。當(dāng)負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，也就實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速控制，這也就是PWM控制的基本原理。一種方式是將脈沖信號(hào)的開(kāi)關(guān)頻率及周期Ts固定，通過(guò)改變導(dǎo)通脈沖的寬度來(lái)改變負(fù)載的平均電壓，這就是脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation,PWM）。由于PFM控制是通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)平均電壓的調(diào)節(jié)的，頻率變化范圍較大。最嚴(yán)重的情況是，在某些特殊頻率下系統(tǒng)有可能產(chǎn)生機(jī)械諧振，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩和出現(xiàn)音頻嘯叫聲。因此在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)PWM控制技術(shù)成為應(yīng)用的主流。在各種形式的周期控制信號(hào)中，正弦波控制信號(hào)應(yīng)用最為普遍，因此一般統(tǒng)稱為正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM）。隨著高性能的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的全數(shù)字控制的發(fā)展，要求用數(shù)字方法來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。這種數(shù)字脈寬調(diào)制方法是對(duì)模擬自然采樣的三角波——正弦波（SPWM）方法的近似：雖然還存在一些SPWM優(yōu)化算法，諸如諧波型SPWM技術(shù)以及準(zhǔn)最優(yōu)SPWM技術(shù)等，但算法復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間增加，應(yīng)用較少。因此空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)在交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。通常PWM技術(shù)可以按電壓控制或電流控制來(lái)分類，或按前饋方式或反饋方式來(lái)分類，也可以按基于載波或不基于載波來(lái)分類。 PWM控制的基本原理及其理論基礎(chǔ)在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。這里所