【正文】 動(dòng)翻轉(zhuǎn)，繼而查表，賦予下一個(gè)電平的持續(xù)時(shí)間，這樣一直反復(fù)下去，就可以得到一個(gè)SPWM波形。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的SPWM控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院:信息科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè):學(xué) 號(hào):學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:日 期:武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文摘 要論文主要目的建立基于單片的SPWM調(diào)控系統(tǒng)，即用單片機(jī)產(chǎn)生SPWM波，其中，脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形稱(chēng)為SPWM波。本論文中主要是根據(jù)SPWM法的原理，即通過(guò)控制電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，并且在慣性環(huán)節(jié)上的效果基本相同，從而達(dá)到等效的效果。最后在protues中仿真，在示波器中可以看到SPWM波的波形。 MATLAB。 SPWM。在換流器模式下，能夠操作相位的轉(zhuǎn)換器被稱(chēng)為線換向逆變器。這意味著線路換向逆變器不能用作隔離式AC電壓源或變頻發(fā)電機(jī)直流電源。另一方面，換向力的逆變器提供了一個(gè)獨(dú)立的電壓可調(diào)和頻率可調(diào)的交流輸出電壓，并因此更廣泛的應(yīng)用。濾波電容器通過(guò)逆變器的輸入端來(lái)提供一個(gè)恒定的直流鏈路電壓，因此，該逆變器是一個(gè)可調(diào)節(jié)頻率的電壓源。電壓反相器（VFI）或電壓源逆變器（VSI）是其中一種具有小的或可忽略不計(jì)阻抗的直流源的逆變器。其中，PWM技術(shù)在逆變器電壓源中起著至關(guān)重要的作用。由于幾乎所有的逆變電路中都要通過(guò)用到PWM技術(shù)把直流電轉(zhuǎn)化為交流電，所以在電力電子技術(shù)中，PWM技術(shù)是必須掌握的一門(mén)技術(shù)?？刂坪?jiǎn)單靈敏和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的的PWM技術(shù)在電力電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用，并且被人們緊密關(guān)注，研究，也是大學(xué)電子學(xué)中必學(xué)的一部分。目前已經(jīng)提出并且被人們經(jīng)常使用的PWM控制方案就超過(guò)數(shù)十種。PWM控制技術(shù)發(fā)展逐漸完善。而且不少方法已經(jīng)趨于成熟，有許多已經(jīng)被人們應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用中。由于PWM不僅能夠具有低通濾波器的特點(diǎn)能夠?yàn)V除高頻波，還能夠?qū)崿F(xiàn)交流和直流之間的相互轉(zhuǎn)換，因此，它還應(yīng)用于調(diào)速交流驅(qū)動(dòng)器，感應(yīng)加熱，待機(jī)飛機(jī)電源，UPS（不間斷電源）等等其他能量變換系統(tǒng)中。SPWM技術(shù)的特征是恒定幅度的脈沖在每個(gè)周期中具有不同的占空比為。然而，國(guó)外對(duì)于SPWM控制的研究要遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)，它已經(jīng)經(jīng)歷三了發(fā)展階段，第一個(gè)發(fā)展階段是采用晶閘管作為開(kāi)關(guān)器件，然而由于晶閘管抗干擾性差，容易發(fā)生錯(cuò)誤的導(dǎo)通，并且它的動(dòng)態(tài)過(guò)度能力差，容易在預(yù)計(jì)關(guān)閉導(dǎo)通的地方繼續(xù)導(dǎo)通，所以這個(gè)時(shí)代很快的就結(jié)束了。近年來(lái)，由于單邊機(jī)體積小，功能多，又便宜，集成度又高，所以人們對(duì)單片機(jī)的研究越來(lái)越深入，并且單片的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，使得人們看好兩者之間的結(jié)合，于是開(kāi)始對(duì)基于單片機(jī)的SPWM控制系統(tǒng)也開(kāi)始進(jìn)行研究。 研究目的及內(nèi)容所謂PWM控制技術(shù)，是一種能夠控制電壓幅值、控制頻率大小以及消除高次諧波的一門(mén)技術(shù)，它通過(guò)利用開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通和關(guān)斷能把直流電壓變成具有一定形狀的電壓脈沖序列[1]。所以當(dāng)代幾乎所有的變頻調(diào)速裝置都是采用PWM技術(shù)。所以、PWM整流器被人們稱(chēng)為對(duì)電網(wǎng)控制無(wú)污染的“綠色”變流器。近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的研究越來(lái)越深入，數(shù)字PWM控制技術(shù)已逐漸取代了模擬PWM控制技術(shù)，已成為電力電子設(shè)備中使用的主要技術(shù)。其中，三個(gè)開(kāi)發(fā)規(guī)則的疊加空間矢量PWM控制方法被廣泛采用的準(zhǔn)最優(yōu)PWM控制方法的人采樣PWM控制方式和電壓諧波的基礎(chǔ)上，和這兩種控制方法可以很容易地控制，計(jì)算簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。本次研究的目的就是利用單片機(jī)產(chǎn)生SPWM波。如果把各輸出波形在傅里葉變換后進(jìn)行分析，則可以看出其低頻段非常接近原有波形，僅在高頻段略有不同[1]。其中脈沖為沖激脈沖函數(shù)時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為（d）圖的電路輸出與輸入之比的系統(tǒng)函數(shù)。 （a） (b) (c) (d) 沖量相等、形狀不同的窄脈沖（a） （b） 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖及響應(yīng)波形 SPWM法的基本原理脈沖幅值相等并且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化并與正弦波等效的PWM波稱(chēng)為SPWM(sinusoidal PWM)波形[1]。如果把它用如圖所示的幅值相等，而脈沖寬度個(gè)個(gè)不相等的矩形脈沖來(lái)代替這些脈沖序列，使矩形脈沖和正弦波部分的中點(diǎn)重合，并且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，則可得到如圖所示的矩形脈沖序列，這就是SPWM波形[1]。逆變器的工作是控制該輸入電壓和輸出交流的幅度和頻率。一種常用技術(shù)稱(chēng)為正弦脈寬調(diào)制技術(shù)。在使用SPWM波進(jìn)行調(diào)制時(shí)，畸變系數(shù)和低次諧波被顯著降低。 調(diào)制法調(diào)制是以基波作為調(diào)制信號(hào)，把接收到的調(diào)制信號(hào)作為載體，通過(guò)調(diào)節(jié)基波以獲得所需的輸出波形。 同步調(diào)制和異步調(diào)制所謂載波比，就把載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之比 [1]，人們把PWM調(diào)制方式據(jù)基波與載波的變化情況是否一致分為載波比保持一致的調(diào)制方法和載波比不保持一致的兩種調(diào)制方式，即同步調(diào)制和異步調(diào)制。 異步調(diào)制所謂異步調(diào)制、就是調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)的波形變化不保持同步，即初相和相位可能不同的調(diào)制方式。隨之在信號(hào)波的2/T內(nèi)， 波的脈沖個(gè)數(shù)以及相位也會(huì)發(fā)生變化，致使正負(fù)半周期以及半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖個(gè)數(shù)和相位不對(duì)稱(chēng)。同理，當(dāng)變大時(shí)，載波頻率與基波頻率的比值減小，一個(gè)周期內(nèi)的波數(shù)減小， 脈沖波形不能夠保持對(duì)稱(chēng)，致使輸出波形受到擾動(dòng)，同時(shí)輸出PWM波和基波相比，前面所提到的沖量（面積）明顯不一致，并且對(duì)于三相PWM型逆變電路來(lái)說(shuō)，其輸出波形也收到嚴(yán)重影響，其對(duì)稱(chēng)性也被嚴(yán)重破壞。 同步調(diào)制所謂同步調(diào)試，就是載波比N等于常數(shù)，載波和基波的變化保持一致的方式。在三相PWM逆變電路中，一般公用一個(gè)三角波作為載波，如本設(shè)計(jì)中就是如此，公用一個(gè)三角波載波，2個(gè)不同的基波。為了使讀者更加容易理解。當(dāng)電路輸出頻率很低時(shí)，由于在同步調(diào)試下載波頻率與基波頻率的比值應(yīng)該保持一致，所以此時(shí)也很低，然而當(dāng)過(guò)低時(shí)，容易產(chǎn)生不利的影響。圖2..4 同步調(diào)制三相PWM波形 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法是一種與通過(guò)確定基波與載波的交點(diǎn)，開(kāi)通和關(guān)斷開(kāi)關(guān)，控制電壓的波形。 規(guī)則采樣法生成SPWM波的原理圖假設(shè)三角波的幅值為1,正弦函數(shù)為 ，M為調(diào)制度且0M1，由圖中ΔABC ∽ ΔEDA得，AB/BC=ED/DA，代入后可得： 其中， 為三角載波周期， 為脈沖寬度。b）負(fù)載電流落后于電壓，即電壓比電流要先到達(dá)零點(diǎn)，在電壓大于零的時(shí)候，負(fù)載電流有大于零的部分也有小于零的部分，在負(fù)載電流大于零的時(shí)候，和導(dǎo)通時(shí)。此時(shí)，當(dāng)電流減下到0以下后，仍為和導(dǎo)通時(shí)，因?yàn)?小于零，故只能從第四個(gè)二極管流經(jīng)電感，電阻，到第一個(gè)二極管，此時(shí)仍有。據(jù)上所述，如論是哪一種關(guān)斷組合， 都是高電平和0之間的一種。 ，調(diào)制信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，有正有負(fù)，而這里的載波三角在基波大于0的區(qū)間只有正半軸幅值，而在基波小于0區(qū)間只有負(fù)半軸幅值。當(dāng)時(shí)，使關(guān)斷、導(dǎo)通。當(dāng)時(shí)，使導(dǎo)通、關(guān)斷。 單極性PWM控制方式波形 雙極性PWM控制方式，雙極性PWM控制方式也是和單極性PWM控制方式是通過(guò)在基波正弦波和三角波交點(diǎn)時(shí)刻控制各開(kāi)關(guān)器件的通斷，來(lái)控制電壓的正負(fù)，以及控制其導(dǎo)通時(shí)間，即占空比，但是不同的是它的載波三角波是雙極性的，是有正有負(fù)的。b)在的正負(fù)半周期內(nèi)，對(duì)三極管和二極管的控制和單極性方式一樣。 雙極性PWM控制方式波形4 基于MATLAB的分析以及交點(diǎn)計(jì)算 MATLAB簡(jiǎn)介 MATLAB是美國(guó)mathworks公司開(kāi)發(fā)的目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛，最受歡迎的商業(yè)工程計(jì)算軟件，其數(shù)學(xué)運(yùn)算能力強(qiáng)大，并集成了二維和三維圖形功能，并提供了一種高級(jí)編程語(yǔ)言，因此可以用于矩陣運(yùn)算、完成相應(yīng)數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值可視化的工作，主要包括Matlab和Simulink兩大部分。由于我們可以用 畫(huà)出各種圖形，并且在一個(gè)界面畫(huà)出多個(gè)圖形，設(shè)定每個(gè)圖形的顏色，畫(huà)圖線段的方式如實(shí)線，點(diǎn)畫(huà)線，虛線，并且能夠在旁邊注解，除此以外，它還可以滿足各種計(jì)算要求，圖像處理功能強(qiáng)大，易于操作，對(duì)一些控制過(guò)程進(jìn)行仿真，調(diào)控，優(yōu)化等等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分析以及仿真，和更多領(lǐng)域中都要用到。查表法就是根據(jù)Matlab計(jì)算基波和載波的交點(diǎn)從而通過(guò)計(jì)算可以得到輸出矩形波形的高電平和低電平的持續(xù)時(shí)間，即占空比，從而在c語(yǔ)言編程時(shí)用數(shù)組來(lái)表示高低電平持續(xù)時(shí)間，通過(guò)編寫(xiě)對(duì)應(yīng)程序來(lái)查表進(jìn)而在中斷程序中賦予定時(shí)器初值，當(dāng)中斷溢出時(shí)，電平翻轉(zhuǎn)從而就可以控制輸出端口高低電平持續(xù)時(shí)間，從而產(chǎn)生SPWM波。 查表法原理采用的雙極性控制方式根據(jù)上敘對(duì) Matlab的介紹，我們知道Matlab是一個(gè)處理圖形，分析計(jì)算的非常強(qiáng)大的軟件。在判斷2個(gè)波形之間的交點(diǎn)時(shí)，可以借助數(shù)學(xué)領(lǐng)域上的知識(shí)來(lái)給定。 Matlab計(jì)算程序及仿真圖形結(jié)果以下子程序?yàn)橛?jì)算交點(diǎn)的 程序，多次選擇精度后，當(dāng)設(shè)