【《SPWM调制策略及PID算法的研究》3200字】

SPWM调制策略及PID算法的研究目录TOC\o"1-3"\h\u316SPWM调制策略及PID算法的研究 182651.1SPWM调制策略 141511.1.1PWM控制基本原理 1192911.1.2单极性和双极性SPWM调制 1252441.1.3SPWM的异步调制和同步调制 2180491.1.4SPWM的生成方法 2211911.2PID控制原理 31.1SPWM调制策略1.1.1PWM控制基本原理对于采样控制体系内存在着众所周知的原理准则：冲量相同但外貌不一致的窄脉冲放置于内部为惯性的部分里面，它们所产生的结果非常一致，冲量值的大小就是窄脉冲图像于横轴所围成的面积。它也常被称为面积等效原理，它于逆变技术领域内最为常见的使用形式是PWM（PulseWidthModulation）调制技术。若采用PWM波来用作正弦半波，把它的最初的半个运行部分均分为长度相等的高度不同的图像，这样就获取到了PWM的对等图像。若依据某一固定的比值将上述曲线就行变换就能够输出正弦波并依据固定时间进行变化。上述的脉冲宽度依据正弦方式进行改变且与正弦波相同效果的PWM波形就叫做SPWM（SinusoidalPWM）波形。1.1.2单极性和双极性SPWM调制生成SPWM波的方式主要包括下面两个：计算方式及调制方式。其中第一种方式为依托正弦波的运行时间、最大值和一个运行时间里面脉冲数量等计算获取SPWM波形的手段。另外一种方式为把逆变器传输出的正弦波看做调制波，选取锯齿形状及三角形状的图像作为载波，采取调制获取来要求的SPWM图像手段。综上所述，能够发现计算方式的运行过程非常费时费力，开发周期十分长，而且其计算结果往往与实际情况差别较大。因此，本研究选取调制方式来生成SPWM波。SPWM调制依托其载波的特点有能够将其划分成单极性调制及双极性调制等方式。于半个运行时间里面单极性调制脉冲仅仅存在唯一的极性，但双极性调制手段就拥有正负两种不同的极性来回更迭。1.1.3SPWM的异步调制和同步调制对于PWM控制电路里面，载波频率fc和调制频率fr之间的比值是载波比。依据载波和调制波能不能够一致运行和载波比N的改变形势，还能够把PWM调制主要包括两种形式：异步调制及同步调制。SPWM的异步调制为三角形状的载波和正弦调制波进行不一致的运行调制手段，能够应用在调制波改变速度小的情况下。对于运行期间里面，将fc调整到某一个固定值，若fr在出现变动的时候，载波比也会随之变动。并且在最初运行期间里面SPWM波形里面的脉冲数及相位同时发生变动。这样就能够生成非规则脉冲从而使得在运行期间里面输出电压的波形出现非对称的现象。在fr较小的情况下，fc是一个固定值，依托载波比能够计算获取到其值有明显的减小，在某一个运行时间里面采用调制生成的脉冲数量很小。脉冲的实际情况会把电压输出值造成很大的干扰，导致传导出来的SPWM波与正弦波相差很大。综上所述，能够发现通过异步调制手段时需要将其载波比在能够提升的限度内提到最大，以此来保证系统的性能。SPWM的同步调制为三角形状载波及正弦调制运行时间及最大最小值均一致，载波比是某一固定值的调制手段。它的运行期间里面，将载波比保持在某一个固定值就能够获取到所需的输出波形。但它也具有很多劣势，在输出频率与载波频率均较小的情况下所产生的干扰很难被去除掉，如果这个时候安装在系统上的组件为电力驱动的话，就会出现强烈的噪声；在传输频率与载波频率值均很大的情况下，就会出现在启动及关闭瞬间对电能的需求非常多的现象。这种现象会使得运行周期变成，严重时会减小组件的运行寿命。上述对它们的劣势均进行了较为详细的描述，但它们也都存在很多的优势。为了扬长避短，产生了一种性能更为优越的调制手段，它的名字是分段调制。它的运行方式为把整体的输出阈值划分为很多份小的阈值，并在所有划分后的区域内保证它们的载波比一致。在输出频率值小的情况下，输出电压里面的异常干扰信息数量变多，应该通过很少的载波比，这样可以保证运行频率小于组件的最大输出值，并且每个区间里面的载波比值都是3的奇数倍。综上所述，将SPWM的三种调制模式的优势及劣势进行了详细的分析，依托本研究的需要，选取SPWM异步调制手段来进行本课题的研究。1.1.4SPWM的生成方法SPWM波形的出现手段包括两种：模拟电路手段及软件出现手段。其中第一种手段为通过模拟电路来产生三角形状载波及正弦调制波，然后采用硬件比较组件产生所需要的SPWM波。另外一种手段其操作过程十分简单，然而在现实环境里面运行的情况下，还有很多的劣势。例如必须存在很多的信号生成组件才能够使装置正常运行，而且它的输出误差较大。因此，本研究选取软件出现手段生成SPWM波形，下面对产生SPWM波形的算法进行简述：（1）自然采样法自然采样手段的意义为把正弦波当成信息调制波，以三角形状当成载波，在三角波与正弦波的自然交接点处控制开关器件的开通和关断，从而产生。SPWM波形的方法。自然采样法的主要优点是产生的SPWM波形十分接近标准的正弦波，但也存在着计算自然交点时计算量大很难实现实时控制等缺点，因而在实际工程中很少采用。（2）规则采样法如果将自然采样法进行近似处理后就产生了一种在工程上采用较为广泛的实用算法—规则采样法。其和自然采样法相比采样的效果十分接近而计算量却大大下降，易于实现在线计算和实时控制。根据一个采样周期内的脉冲是否关于三角波的波谷垂线对称,又可以分为两种：对称规则采样法、不对称规则采样法。在实际控制应用中，为减少谐波分量，多采用不对称规则采样法。实践证明，不对称规则釆样法所形成的阶梯波比对称规则釆样法更接近于正弦波，特别是当载波比或的倍数时，前者的输出电压中不存在偶次谐波分量，其它高次谐振波分量的幅值也较小，并且当逐渐增大调制率，使脉宽调制向输出方波过渡时，采用不对称规则采样，不会像自然采样那样产生基波幅值跳跃的现象。所谓不对称规则采样法，是指既在三角波的顶点位置又在底点位置对正弦波进行采样，此阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个三角波的周期内的位置是不对称的。非对称规则采样法由于在一个载波周期里采样两次正弦波数值，该采样值能更加真实的反映实际的正弦波数值，其输出电压也高于对称规则采样法。当然由于采样次数增大了一倍，使得数掘处理量也大为增加，特别足当载波频率较高时，需要微处理器的运算速度非常的快。而木课题所选芯片以其在内核频率下可以提供的执行速度的优势，无疑解决了这个问题。1.2PID控制原理随着数字处理器性能的提高，越来越多先进的控制算法得以在逆变技术中得以实现和应用。目前的变频电源多使用电压电流双闭环控制来实现系统的调节功能，这使得系统的动态响应和控制精度大幅提高，在改善波形质量的同时有效减少了谐波畸变。理想开环变频电源是一类线性功率放大器，线性负载环境下，只需施加开环逆变控制或简单闭环控制即可获得理想稳定的正弦电压波形。但在实际应用中，电源负载往往是各类非线性负载，并造成系统电流畸变。另一方面，变频电源输出滤波单元的存在使得系统输出阻抗呈现二阶感容特性，该阻抗与负载畸变电流一道形成的畸变电压叠加在输出电压上造成逆变电压畸变，甚至影响系统的稳定性。从控制理论的观点来看，变频电源的系统动态性能不好、负载适应性不佳的问题，可以通过为变频电源设计合适的数字校正控制装置来解决。利用控制对逆变输出电压波形进行校正，使校正后的系统满足变频电源的各项性能指标。现代控制理论的发展和正弦逆变波形控制算法的深入研究，己经提出了多种基于先进控制策略的逆变波形控制算法与控制方案。在正弦波逆变电源数字化控制方法中，目前国内外研究得比较多的主要有数字控制、无差拍控制、双环反馈控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制以及神经网络控制等。每种控制策略的思路与出发点各不相同、控制特性不一且各有优缺点。但它们的目标都是为了保证逆变输出电压波形畸变小、谐波含量低。正弦逆变波形控制策略研究是变频电源设计理论的重要组成部分，是实现系统优良动静态特性的重要手段。现在闭环控制技术中应用最多也最为成熟的控制技术之一就是PID控制。其