SPWM調(diào)制策略及PID算法的研究目錄TOC\o"1-3"\h\u316SPWM調(diào)制策略及PID算法的研究 182651.1SPWM調(diào)制策略 141511.1.1PWM控制基本原理 1192911.1.2單極性和雙極性SPWM調(diào)制 1252441.1.3SPWM的異步調(diào)制和同步調(diào)制 2180491.1.4SPWM的生成方法 2211911.2PID控制原理 31.1SPWM調(diào)制策略1.1.1PWM控制基本原理對于采樣控制體系內(nèi)存在著眾所周知的原理準(zhǔn)則：沖量相同但外貌不一致的窄脈沖放置于內(nèi)部為慣性的部分里面，它們所產(chǎn)生的結(jié)果非常一致，沖量值的大小就是窄脈沖圖像于橫軸所圍成的面積。它也常被稱為面積等效原理，它于逆變技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最為常見的使用形式是PWM（PulseWidthModulation）調(diào)制技術(shù)。若采用PWM波來用作正弦半波，把它的最初的半個運(yùn)行部分均分為長度相等的高度不同的圖像，這樣就獲取到了PWM的對等圖像。若依據(jù)某一固定的比值將上述曲線就行變換就能夠輸出正弦波并依據(jù)固定時間進(jìn)行變化。上述的脈沖寬度依據(jù)正弦方式進(jìn)行改變且與正弦波相同效果的PWM波形就叫做SPWM（SinusoidalPWM）波形。1.1.2單極性和雙極性SPWM調(diào)制生成SPWM波的方式主要包括下面兩個：計算方式及調(diào)制方式。其中第一種方式為依托正弦波的運(yùn)行時間、最大值和一個運(yùn)行時間里面脈沖數(shù)量等計算獲取SPWM波形的手段。另外一種方式為把逆變器傳輸出的正弦波看做調(diào)制波，選取鋸齒形狀及三角形狀的圖像作為載波，采取調(diào)制獲取來要求的SPWM圖像手段。綜上所述，能夠發(fā)現(xiàn)計算方式的運(yùn)行過程非常費(fèi)時費(fèi)力，開發(fā)周期十分長，而且其計算結(jié)果往往與實(shí)際情況差別較大。因此，本研究選取調(diào)制方式來生成SPWM波。SPWM調(diào)制依托其載波的特點(diǎn)有能夠?qū)⑵鋭澐殖蓡螛O性調(diào)制及雙極性調(diào)制等方式。于半個運(yùn)行時間里面單極性調(diào)制脈沖僅僅存在唯一的極性，但雙極性調(diào)制手段就擁有正負(fù)兩種不同的極性來回更迭。1.1.3SPWM的異步調(diào)制和同步調(diào)制對于PWM控制電路里面，載波頻率fc和調(diào)制頻率fr之間的比值是載波比。依據(jù)載波和調(diào)制波能不能夠一致運(yùn)行和載波比N的改變形勢，還能夠把PWM調(diào)制主要包括兩種形式：異步調(diào)制及同步調(diào)制。SPWM的異步調(diào)制為三角形狀的載波和正弦調(diào)制波進(jìn)行不一致的運(yùn)行調(diào)制手段，能夠應(yīng)用在調(diào)制波改變速度小的情況下。對于運(yùn)行期間里面，將fc調(diào)整到某一個固定值，若fr在出現(xiàn)變動的時候，載波比也會隨之變動。并且在最初運(yùn)行期間里面SPWM波形里面的脈沖數(shù)及相位同時發(fā)生變動。這樣就能夠生成非規(guī)則脈沖從而使得在運(yùn)行期間里面輸出電壓的波形出現(xiàn)非對稱的現(xiàn)象。在fr較小的情況下，fc是一個固定值，依托載波比能夠計算獲取到其值有明顯的減小，在某一個運(yùn)行時間里面采用調(diào)制生成的脈沖數(shù)量很小。脈沖的實(shí)際情況會把電壓輸出值造成很大的干擾，導(dǎo)致傳導(dǎo)出來的SPWM波與正弦波相差很大。綜上所述，能夠發(fā)現(xiàn)通過異步調(diào)制手段時需要將其載波比在能夠提升的限度內(nèi)提到最大，以此來保證系統(tǒng)的性能。SPWM的同步調(diào)制為三角形狀載波及正弦調(diào)制運(yùn)行時間及最大最小值均一致，載波比是某一固定值的調(diào)制手段。它的運(yùn)行期間里面，將載波比保持在某一個固定值就能夠獲取到所需的輸出波形。但它也具有很多劣勢，在輸出頻率與載波頻率均較小的情況下所產(chǎn)生的干擾很難被去除掉，如果這個時候安裝在系統(tǒng)上的組件為電力驅(qū)動的話，就會出現(xiàn)強(qiáng)烈的噪聲；在傳輸頻率與載波頻率值均很大的情況下，就會出現(xiàn)在啟動及關(guān)閉瞬間對電能的需求非常多的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會使得運(yùn)行周期變成，嚴(yán)重時會減小組件的運(yùn)行壽命。上述對它們的劣勢均進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述，但它們也都存在很多的優(yōu)勢。為了揚(yáng)長避短，產(chǎn)生了一種性能更為優(yōu)越的調(diào)制手段，它的名字是分段調(diào)制。它的運(yùn)行方式為把整體的輸出閾值劃分為很多份小的閾值，并在所有劃分后的區(qū)域內(nèi)保證它們的載波比一致。在輸出頻率值小的情況下，輸出電壓里面的異常干擾信息數(shù)量變多，應(yīng)該通過很少的載波比，這樣可以保證運(yùn)行頻率小于組件的最大輸出值，并且每個區(qū)間里面的載波比值都是3的奇數(shù)倍。綜上所述，將SPWM的三種調(diào)制模式的優(yōu)勢及劣勢進(jìn)行了詳細(xì)的分析，依托本研究的需要，選取SPWM異步調(diào)制手段來進(jìn)行本課題的研究。1.1.4SPWM的生成方法SPWM波形的出現(xiàn)手段包括兩種：模擬電路手段及軟件出現(xiàn)手段。其中第一種手段為通過模擬電路來產(chǎn)生三角形狀載波及正弦調(diào)制波，然后采用硬件比較組件產(chǎn)生所需要的SPWM波。另外一種手段其操作過程十分簡單，然而在現(xiàn)實(shí)環(huán)境里面運(yùn)行的情況下，還有很多的劣勢。例如必須存在很多的信號生成組件才能夠使裝置正常運(yùn)行，而且它的輸出誤差較大。因此，本研究選取軟件出現(xiàn)手段生成SPWM波形，下面對產(chǎn)生SPWM波形的算法進(jìn)行簡述：（1）自然采樣法自然采樣手段的意義為把正弦波當(dāng)成信息調(diào)制波，以三角形狀當(dāng)成載波，在三角波與正弦波的自然交接點(diǎn)處控制開關(guān)器件的開通和關(guān)斷，從而產(chǎn)生。SPWM波形的方法。自然采樣法的主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的SPWM波形十分接近標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，但也存在著計算自然交點(diǎn)時計算量大很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制等缺點(diǎn)，因而在實(shí)際工程中很少采用。（2）規(guī)則采樣法如果將自然采樣法進(jìn)行近似處理后就產(chǎn)生了一種在工程上采用較為廣泛的實(shí)用算法—規(guī)則采樣法。其和自然采樣法相比采樣的效果十分接近而計算量卻大大下降，易于實(shí)現(xiàn)在線計算和實(shí)時控制。根據(jù)一個采樣周期內(nèi)的脈沖是否關(guān)于三角波的波谷垂線對稱,又可以分為兩種：對稱規(guī)則采樣法、不對稱規(guī)則采樣法。在實(shí)際控制應(yīng)用中，為減少諧波分量，多采用不對稱規(guī)則采樣法。實(shí)踐證明，不對稱規(guī)則釆樣法所形成的階梯波比對稱規(guī)則釆樣法更接近于正弦波，特別是當(dāng)載波比或的倍數(shù)時，前者的輸出電壓中不存在偶次諧波分量，其它高次諧振波分量的幅值也較小，并且當(dāng)逐漸增大調(diào)制率，使脈寬調(diào)制向輸出方波過渡時，采用不對稱規(guī)則采樣，不會像自然采樣那樣產(chǎn)生基波幅值跳躍的現(xiàn)象。所謂不對稱規(guī)則采樣法，是指既在三角波的頂點(diǎn)位置又在底點(diǎn)位置對正弦波進(jìn)行采樣，此階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個三角波的周期內(nèi)的位置是不對稱的。非對稱規(guī)則采樣法由于在一個載波周期里采樣兩次正弦波數(shù)值，該采樣值能更加真實(shí)的反映實(shí)際的正弦波數(shù)值，其輸出電壓也高于對稱規(guī)則采樣法。當(dāng)然由于采樣次數(shù)增大了一倍，使得數(shù)掘處理量也大為增加，特別足當(dāng)載波頻率較高時，需要微處理器的運(yùn)算速度非常的快。而木課題所選芯片以其在內(nèi)核頻率下可以提供的執(zhí)行速度的優(yōu)勢，無疑解決了這個問題。1.2PID控制原理隨著數(shù)字處理器性能的提高，越來越多先進(jìn)的控制算法得以在逆變技術(shù)中得以實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。目前的變頻電源多使用電壓電流雙閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能，這使得系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和控制精度大幅提高，在改善波形質(zhì)量的同時有效減少了諧波畸變。理想開環(huán)變頻電源是一類線性功率放大器，線性負(fù)載環(huán)境下，只需施加開環(huán)逆變控制或簡單閉環(huán)控制即可獲得理想穩(wěn)定的正弦電壓波形。但在實(shí)際應(yīng)用中，電源負(fù)載往往是各類非線性負(fù)載，并造成系統(tǒng)電流畸變。另一方面，變頻電源輸出濾波單元的存在使得系統(tǒng)輸出阻抗呈現(xiàn)二階感容特性，該阻抗與負(fù)載畸變電流一道形成的畸變電壓疊加在輸出電壓上造成逆變電壓畸變，甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從控制理論的觀點(diǎn)來看，變頻電源的系統(tǒng)動態(tài)性能不好、負(fù)載適應(yīng)性不佳的問題，可以通過為變頻電源設(shè)計合適的數(shù)字校正控制裝置來解決。利用控制對逆變輸出電壓波形進(jìn)行校正，使校正后的系統(tǒng)滿足變頻電源的各項性能指標(biāo)?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展和正弦逆變波形控制算法的深入研究，己經(jīng)提出了多種基于先進(jìn)控制策略的逆變波形控制算法與控制方案。在正弦波逆變電源數(shù)字化控制方法中，目前國內(nèi)外研究得比較多的主要有數(shù)字控制、無差拍控制、雙環(huán)反饋控制、重復(fù)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。每種控制策略的思路與出發(fā)點(diǎn)各不相同、控制特性不一且各有優(yōu)缺點(diǎn)。但它們的目標(biāo)都是為了保證逆變輸出電壓波形畸變小、諧波含量低。正弦逆變波形控制策略研究是變頻電源設(shè)計理論的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)良動靜態(tài)特性的重要手段?，F(xiàn)在閉環(huán)控制技術(shù)中應(yīng)用最多也最為成熟的控制技術(shù)之一就是PID控制。其