第三章PWM技术
第3章 多电平变换器PWM调制策略1
第3章 多电平变换器PWM 调制策略对多电平变换器调制策略进行研究是多电平变换器研究的重点内容之一。
调制策略的优劣直接影响着多电平变换器的性能。
在过去的20多年里，研究者们对各种拓扑结构的多电平变换器调制策略进行了大量的研究工作，提出了一系列行之有效的调制方法。
这些调制方法基本上都是传统的两电平变换器脉宽调制技术的扩展和引申，但由于多电平变换器本身所具有的特殊性，其所采用的调制策略也各有特点。
3.1多电平变换器PWM 调制策略的分类多电平变换器的PWM 技术种类繁多，若按采用开关频率的不同，多电平变换器调制策略可以分为基波开关频率调制（即在输出基波周期内，开关器件通断一次）和高开关频率调制（即在输出基波周期内，开关器件通断多次）。
其中，基波开关频率调制又可分为空间矢量控制（SVC ）和有选择的谐波消除技术（SHEPWM ）；而高开关频率调制则可分为空间矢量PWM （SVPWM ）和多载波SPWM 。
多载波SPWM 一般采用两种技术，即①基于载波垂直分布技术（包括PD 、APOD 、POD ）；②基于载波水平移相技术。
多电平变换器PWM 调制策略分类示意图如图3-1所示。
也有研究者对多电平变换器控制策略的分类是从多电平变换器的控制自由度考虑，通过不同的组合，得到各种不同的调制策略。
例如：就载波而言，多电平变换器的载波通常不止一个，其形状可以是常用的三角波，也可是锯齿波等，对每种载波至少有频率、相位、幅值、垂直方向的偏移量和水平方向的偏移量等多个可调节控制的参数，将这些参数称之为自由度；而多电平变换器的调制波，可以是正弦波或梯形波，同样对于每种调制波形，也有频率、相位、幅值、叠加零序分量等多个参数，即自由度。
若将不同控制自由度进行互相组合，必将产生一些新型多电平变换器PWM 调制策略，再将上述控制自由度之间的组合，并进一步多电平变换器PWM 调制策略分类按基波开关频率调制分按高开关频率调制分空间矢量控制 （SVC ）有选择的谐波消除技术（SHEPWM ）多载波正弦PWM （SPWM ）空间矢量PWM （SVPWM ）基于载波垂直 移相SPWM 基于载波水平 移相SPWMPD APOD POD图3-1 多电平变换器PWM 调制策略分类示意图与各种多电平变换器的基本拓扑相结合，将产生数量庞大的多电平变换器PWM调制策略[84]。
变频调速选用课件第三章-PWM控制技术
通过改变PWM信号的占空比，可以调节交流电机输入电压的有 效值，从而实现电机的调速。
交流电机方向控制
通过改变PWM信号的相位，可以改变电机输入电压的相位，从 而控制电机的旋转方向。
交流电机启动与制动
通过PWM信号的频率和占空比的调节，可以实现电机的平滑启 动、制动和停止。
PWM控制在步进电机控PWM控制原理 • PWM控制器设计 • PWM控制技术在电机控制中的应用 • PWM控制技术的实验与实现
01
PWM控制技术概述
PWM控制技术的定义
PWM（脉宽调制）控制技术是 一种通过调节脉冲宽度来控制输 出电压或电流的数字信号处理技
术。
在PWM控制中，脉冲的宽度被 调制，以产生可变的占空比，进
测试PWM信号
通过示波器等工具，测试PWM信号 的波形是否符合预期。
实现电机控制
将PWM信号接入电机驱动器，通过 调整PWM占空比实现电机的调速控 制。
传感器数据采集
如果实验中涉及到传感器数据采集， 需要编写相应的数据采集程序。
PWM控制技术的实验结果分析
分析PWM波形
通过示波器等工具，分析PWM信号的波形是否稳定、占空比是否 准确。
而控制平均输出电压或电流。
PWM控制技术广泛应用于电机 控制、电源管理、音频处理、通
信等领域。
PWM控制技术的发展历程
1960年代
随着数字信号处理技术的发展 ，PWM控制技术开始出现。
1970年代
随着微电子技术的进步，PWM 控制芯片开始出现，广泛应用 于电机控制领域。
1980年代
随着计算机技术的普及，PWM 控制算法开始被广泛应用于电 源管理、音频处理等领域。
步进电机步进控制
pwm舵机控制
pwm舵机控制第一章：引言随着自动化技术的不断发展，舵机成为机器人、无人机、智能家居等领域中重要的执行器之一。
舵机控制的准确性和稳定性对于这些应用来说至关重要。
PWM（脉宽调制）技术已被广泛应用于舵机控制中，它通过控制舵机电源的脉冲宽度来实现舵机的位置控制。
本论文将重点研究PWM舵机控制方法，并进行相关性能分析和实验验证。
第二章：PWM舵机控制原理2.1 PWM技术概述脉宽调制技术是一种通过改变控制信号的脉冲宽度来控制设备的平均功率输出的方法。
在舵机控制中，PWM技术被用于控制电源脉冲信号的宽度，进而控制舵机的角度或位置。
通常，PWM信号的高电平代表一个角度，而低电平则代表另一个角度。
2.2 PWM舵机控制原理PWM舵机控制分为两个阶段：位置检测和角度控制。
在位置检测阶段，舵机读取输入信号的脉宽，通过内部电路将其转化为相应的角度。
而在角度控制阶段，PWM信号控制舵机的转动。
具体来说，当PWM信号的脉冲宽度大于一个阈值时，舵机向一个方向转动；当脉冲宽度小于该阈值时，舵机向另一个方向转动。
第三章：PWM舵机控制方法3.1 基于PID控制算法的PWM舵机控制PID控制算法是一种常用的控制算法，可以根据目标值与实际值的误差来调整控制信号，进而实现对舵机位置的控制。
在PWM舵机控制中，可以使用PID控制算法来计算控制信号的脉冲宽度，使舵机保持在目标角度附近。
3.2 基于反馈机制的PWM舵机控制在PWM舵机控制中，可以通过添加反馈机制来提高舵机的姿态控制精度。
反馈机制可以通过使用角度传感器或加速度传感器等设备来获取舵机的实际位置信息，并将其与目标位置进行比较。
通过不断调整控制信号的脉冲宽度，可以使舵机快速准确地达到目标姿态。
第四章：实验与结果分析本章将进行一系列实验来验证PWM舵机控制方法的性能。
实验中将计算不同PWM信号脉冲宽度对舵机位置和角度的影响，并进行比较分析。
通过实验结果的对比和分析，可以评估不同的舵机控制方法的优缺点，为实际应用提供指导。
简述pwm控制技术原理
简述pwm控制技术原理
脉宽调制（PWM）是一种常用的电子控制技术，通过调节信号的占空比来控制输出信号的平均功率。
PWM控制技术常用于电力电子、自动控制、通信等领域。
PWM控制技术的原理如下：
1. 基本原理：PWM控制技术基于周期性的高电平（ON）和低电平（OFF）信号。
在一个固定的时间周期内，通过改变高电平和低电平信号的持续时间比例（即占空比），可以实现对输出信号的平均功率的调节。
2. 信号生成：PWM控制技术需要产生一个周期性的方波信号作为控制信号。
可以使用定时器或计数器来生成这个周期性的信号，根据设定的频率来确定每个周期的时间长度。
3. 调节占空比：在每个周期内，通过改变高电平信号的持续时间来调节占空比。
占空比定义为高电平信号的持续时间与一个周期的总时间之比。
例如，一个占空比为50%的PWM信号表示高电平和低电平信号的时间相等。
4. 输出控制：PWM信号经过一个滤波器，将高频的方波信号转换为模拟信号。
根据PWM 信号的占空比，滤波器输出的模拟信号的平均值相应地调节。
通过控制占空比，可以实现对输出信号的电压、电流或功率进行精确的控制。
PWM控制技术的优点包括高效性、精确性和可靠性。
由于输出信号是由开关器件的开关状态决定的，因此可以快速响应和调节输出信号。
PWM技术广泛应用于电机控制、LED调光、电源变换器等领域，以实现精确的控制和节能的效果。
基于pwm技术的无刷直流电机的调速系统设计大学论文
基于PWM技术的无刷直流电机的调速系统设计Brushless DC Motor Speed Control System Based On PWM摘要无刷直流电机(BLDCM)具有调速性能优异、运行性能可靠和维护方便等优点，相较于有刷直流电机，其采用电子换向取代机械换向，有效地提高了电动机的运行效率，也使得其成品体积更加的轻巧。
但是无刷直流电机也存在转矩脉动、控制器复杂、成本较高等缺陷，这些缺陷的存在也一定程度上影响了无刷直流电机作为高效、先进电机在应用上的普及，因此研究如何改善以及解决无刷直流电机存在的问题便具有更加明显的现实意义。
MATLAB是一款用于数据分析与计算、算法开发以及动态系统建立与仿真的数学软件。
最初是由美国MathWorks公司出品的商用数学软件，其由Matlab和Simulink 两个重要组成部分构成，现在更是应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
本文通过对无刷直流电机结构以及工作原理的研究与分析，找出导致其具有较大转矩脉动的原因，并先从理论上得到如何抑制转矩脉动的方法，再通过Matlab 建立起无刷直流电机的仿真模型，对其仿真结果进行分析与改善，从而有效地抑制无刷直流电机的转矩脉动。
关键词：无刷直流电机，转矩脉动，仿真模型AbstractBrushless DC motor (BLDCM) has excellent speed performance, reliable performance and easy maintenance, etc., compared to a brush DC motor, which uses electronically commutated replace mechanical commutation, effectively improve the operating efficiency of the motor, but also so that the volume of the finished product more compact. But there brushless DC motor torque ripple controller complexity, high cost and other defects, the presence of these defects also affected to some extent, a brushless DC motor as efficient and advanced motor universal in application, how to improve and therefore research solve the problems of the brushless DC motor will have more obvious practical significance.MATLAB is a tool for data analysis and computation, algorithm development, and simulation of dynamic systems to establish and mathematical software. MathWorks was originally developed by the US company produced commercial mathematical software, which consists of Matlab and Simulink are two important parts, and now it is used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, financial modeling design and analysis and other fields.Based on the brushless DC motor structure and working principle of research and analysis to identify the cause of which has a large torque ripple, and theoretically first get how to suppress torque ripples, established through Matlab brushless Simulation Model DC motor, its simulation results are analyzed and improved in order to effectively suppress the torque ripple of the brushless DC motorKeywords:Brushless DC motor; The torque pulsation; The simulation model目录第一章绪论 (6)1.1 研究背景及研究意义 (6)1.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 (7)1.3 本文的主要研究内容及章节安排 (8)第二章无刷直流电机的基本原理 (9)2.1 无刷直流电机的基本结构 (9)2.1.1 电机本体 (9)1.电动机定子 (9)2. 电动机转子 (10)2.1.2 位置传感器 (10)2.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 (12)2.2.1 无刷直流电机的工作原理 (13)2.2.2 无刷直流电机的换相过程 (15)2.3 无刷直流电机的应用 (16)2.4 本章小结 (16)第三章基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 (17)3.1 PWM控制技术简介 (17)3.1.1 PWM控制技术的基本原理 (17)3.1.2 PWM控制技术的控制方法 (18)3.2 Buck变换器的原理及控制方式 (19)3.2.1 Buck变换器的原理 (19)3.2.2 Buck变换器的控制方式 (20)3.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 (20)3.3.1传导区转矩脉动 (21)3.3.2换相区转矩脉动 (22)3.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 (24)3.5 本章小结 (27)第四章无刷直流电机的仿真分析 (28)4.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 (28)4.2 无刷直流电机的数学模型 (29)4.2.1电机本体模块 (30)4.2.2转矩计算模块 (31)4.2.3速度控制模块 (32)4.2.4电流控制模块 (32)4.2.5电压逆变模块 (33)4.3无刷直流电机的仿真结果 (33)4.4本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 研究背景及研究意义对于工厂生产和社会发展而言，电力拖动都有着举足轻重的地位，为了满足生产工艺的需求，通过控制电机的转矩以及转速来控制电动机的转速以及位置，这样就可以形成一个自动化系统，称之为电力拖动。
pwm技术
1、什么是pwm技术？答：脉宽调制技术是指利用全控型电力电子器件的导通和关断把电压变成一定形状的电压脉冲，实现变压、变频控制并且消除谐波的技术。
2、pwm的意义及给电机带来的好处？答：①、及时、准确地实现变压变频控制要求；②、抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量。
给电机带的好处：①、降低或消除转矩脉动；②、提高电机的效率；③、扩大调速范围。
3、三个主要的pwm技术？答：电压正弦PWM法；电流正弦PWM法；电压空间矢量pwm法。
4、电压正弦PWM法？答：电压SPWM技术就是希望逆变器输出电压是正弦波形，其含义是通过脉冲宽度（脉冲占空比）来调节平均电压的方法。
5、电压正弦波脉宽调制的基本思想。
答：把电压正弦半波分为N等分，然后把每一份的正弦曲线与横线所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替。
6、载波比、调制度？答：载波频率fc与参考波频率fm之比调制度m定义为调制信号（参考电压）峰值与三角载波信号峰值之比，m与输出电压成正比。
7、什么是电流滞环SPWM及特点？答：电流滞环SPWM，即把正弦电流参考波形和电流的实际波形通过滞环比较器进行比较。
其结果决定逆变器桥臂上下开关器件的导通和关断。
优点是控制简单、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动保护。
其缺点是相对的电流谐波较大。
8、磁链轨迹法SPWM技术答：磁链轨迹法SPWM技术是从电机的角度出发，目的在于使交流电机产生圆形磁场。
9、逆变器的输出与开关状态有几种？逆变器空间矢量特点答：逆变器的输出：逆变器的输出电压模式；逆变器的八种开关模式对应八个电压空间矢量。
两个0矢量分别为（000、111）；6个非0矢量，每个矢量模值相差相角每个相差60°。
10、插入0矢量的作用及原则。
答：磁链空间矢量的运动速度的改变可由在各边中添加零矢量来实现。
原则是选择使器件开关次数最少的零矢量。
11、变频器的组成。
答：变频器由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器及电量检测器组成。
PWM原理与实现
PWM原理与实现PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制是一种用于控制电子设备输出信号的技术，通过改变脉冲的宽度来实现对信号的调节。
在PWM技术中，一个周期内的脉冲宽度和周期时间成比例，通过改变脉冲宽度的比例来改变输出信号的幅度。
PWM技术广泛应用于电力变换和控制领域，最常见的应用是用于调节电机的速度、亮度调节以及音频放大器的输出等。
以下是PWM的实现原理、实现方法以及其应用。
首先，PWM的实现原理：1.建立一个基准信号：PWM输出的周期是固定的，一般为一个高电平和一个低电平组成的一个完整周期。
基准信号的周期称为持续时间。
2.设定所需信号的幅度：通过改变脉冲宽度的比例来改变输出信号的幅度，脉冲宽度占整个信号周期的比例越大，输出信号的幅度就越大。
3.生成PWM信号：通过定时器和计数器等硬件设备，根据所设定的比例生成相应的PWM信号。
接下来，介绍PWM的实现方法：1.软件PWM实现方法：利用单片机的IO口进行控制。
通过设定IO口的电平状态和延时时间来实现不同占空比的PWM输出。
这种方法简单易懂，但由于软件延时的误差较大，精度较低。
2.硬件PWM实现方法：利用单片机内部的定时器/计数器等专门硬件模块进行控制。
通过设置计数器的初值和定时器的参数，可以实现任意占空比的PWM输出。
这种方法精度较高，但需要较复杂的硬件支持。
最后1.电机控制：PWM技术广泛应用于电机控制中，可以实现对电机的速度调节。
通过改变PWM信号的占空比，可以实现电机的正转、反转以及不同速度的控制。
2.灯光调节：PWM技术可以用于灯光的亮度调节。
通过改变PWM信号的占空比，可以控制灯光的亮度变化，实现灯光的调光功能。
3.音频放大器：PWM技术也可以用于音频放大器的输出控制。
通过改变PWM信号的占空比，可以控制音频信号的幅度变化，实现音频信号的放大。
综上所述，PWM是一种通过改变脉冲宽度来调节输出信号的技术。
它的实现原理是通过改变脉冲宽度的比例来改变输出信号的幅度。
pwm的工作原理
pwm的工作原理
PWM是脉冲宽度调制的缩写，是一种通过改变脉冲信号的占空比来实现对电压或电流的调节的技术。
其工作原理如下：
1. 首先，需要一个固定的时钟脉冲源，通常使用定时器来生成一个固定频率的时钟脉冲。
2. 然后，需要一个用于比较的参考信号，通常是一个可以连续变化的模拟信号，比如电压或电流。
3. 将参考信号与时钟脉冲进行比较。
如果参考信号低于时钟脉冲，那么输出的PWM信号为高电平；如果参考信号高于时钟脉冲，那么输出的PWM信号为低电平。
4. 改变脉冲信号的占空比来调节输出的电压或电流。
脉冲信号的占空比是指高电平所占的时间与周期的比值。
5. 当脉冲信号的占空比增加时，输出信号的电压或电流也会相应增加；当脉冲信号的占空比减小时，输出信号的电压或电流也会相应减小。
通过不断改变脉冲信号的占空比，PWM可以实现对输出信号的精确调节。
这种技术在许多电子设备中广泛应用，比如直流电机调速、LED亮度调节等。
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g wt
2.1 电压正弦PWM法
其中： ab / N fg Urm sini ,eg Ucm
脉冲宽度可近似等于 cd ，即
i
cd
Urm
N Ucm
sin i
N
M
sin i
M Urm U cm
为调制系数（调制比）
输出电压基波幅值为
U1m
M
Ud N
N i 1
sin(
2i 1g
2N
)
sin(i
2.1 电压正弦PWM法
按查表法或实时计算法所得的脉冲数都送入定 时器，利用定时中断向接口电路送出相应的高、 低电平，以实时产生SPWM波形的一系列脉冲。
toff
toff,
tpu
SPWM波可在CPU的支持下，由二个定时器及相应的 接口电路完成。一个定时器T1完成采样周期（一个三角波周
第2章 交流调速的脉宽调制（PWM）技术
利用微处理器实现的PWM技术数字化后，PWM 技术不断优化和翻新：
电压波形正弦
效率最优
电流波形正弦 磁通波形正弦
转矩脉动最小 消除谐波噪声
第2章 交流调速的脉宽调制（PWM）技术
PWM意义：
及时、准确地实现变压变频控制要求
抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量
根据脉冲电压对三角载波 的对称性，可得
t2
TC 2
(1
M
sin1te )
t1
t3
1 2
(TC
t
）
2
2.1 电压正弦PWM法
不对称规则采样
AB
t2 t1
toff tpu
TC
UM
toff
TC 2
(1 M sin1t1)
t
ton
1 2
(TC
toff）
TC 2
(1
M
sin 1t1)
toff,
toff
TC 2
2.1 电压正弦PWM法
3、SPWM信号的调制方式
（1）同步调制
载波比为常数
正、负半波始终保持对称 三相输出波形间具有互差120度的对称关系 低频时，间距增大，谐波增加
2.1 电压正弦PWM法
（2）异步调制
保持三角载 波频率不变
矩形脉冲数可随输出频率的降低而 增加相应，改善低频工作的特性。
载波会随输出频率的降低而连续变化 时，使逆变器输出电压的波形及其相 位都发生变化，很难保持三相输出间 的对称关系，因而引起电动机工作的 不平稳。
(1
M
sin 1t2 )
t
ton
1 2
(TC
t off
）
TC 2
(1
M
sin 1t2 )
t pu
ton
ton
TC 2
1
M
sin 1t1
sin1t2
2.1 电压正弦PWM法
在数字控制中用计算机产生SPWM波形正是基于上述的 采样原理和计算公式。具体计算方法可以分为以下两种：
实时计算法： 查表法：
)
2.1 电压正弦PWM法
U1m
M
Ud N
N i 1
sin(
2i 1g
2N
)
sin(i
)
由上式可知，输出电压基波幅值直接与调制系数m成 正比。且分析结果表明（p26)，随着半周期脉冲N的增加， 较低次谐波迅速减少，7次以下谐波基本消除。当N大于等 于9时，13次谐波小于基波的百分之一，但17次和19次谐波 仍可以达到7.24%，需要加以滤波。（一般三相异步电动机 无中线，3的整数倍谐波可以不予考虑）
2.1 电压正弦PWM法
4.正弦脉宽调制法的微机算法
要准确生成SPWM波形，就得尽量准确的计算功率期间 的导通时刻和关断时刻。对于微型计算机来说，时间的 计算可由软件实现，时间的控制可通过定时器等来完 成，实现比较方便。
2.1 电压正弦PWM法
对称规则采样
E AB
te
t1 t2
TC
UM
t t3
t
指参加三角载波和正弦参考信号 极性不变（如图）
（2）双极性三角波调制
指三角载波和正弦参考信号 是具有正负极变化的信号（如图）
2.1 电压正弦PWM法
单极性三角波调制法的脉宽计算
i
N
i
1 2
N
2i 1
2N
aeb
uiM UMm sini
f
cd
abg @cdg, aeg : cfg,
cd ab gfg eg
第2章 PWM技术
第2章 交流调速的脉宽调制（PWM）技术
电压正弦PWM法 PWM模式的优化 电流正弦PWM法 电压空间矢量PWM技术 PWM控制性能指标
第2章 交流调速的脉宽调制（PWM）技术
脉宽调制（Pulse Width Modulation—— PWM）技术是指利用全控型电力电子器件的导 通和关断把电压变成一定形状的电压脉冲，实现 变压、变频控制并且消除谐波的技术，简称 PWM。
2.1 电压正弦PWM法
（3）分段同步调制
逆变器整个变频范围划分成若干个频段，在每个频 段内都维持载波比N恒定，对不同频段取不同的N值，频 率低时取N值大些，一般按等比级数安排。
调制波频率 载波比 fr（HZ) N
32～62 18
16～31 36
8～15
72
4～7·5
144
载波频率 fc(HZ)
576～1116 576～1116 576～1080 576～1080
降低或消除转矩脉动
这样给电机带来 什么好处呢？
提高电机的效率 扩大调速范围
2.1 电压正弦PWM法
1、电压正弦波脉宽调制法
顾名思义，电压SPWM技术就是希望逆变器输出电压 是正弦波形，其含义是通过脉冲宽度（脉冲占空比）来调 节平均电压的方法。
交－直－交电压型逆变器
2.1 电压正弦PWM法
（1）电压正弦波脉宽调制的基本思想
存正弦函数，与实时M值进行计算
t2
TC 2
(1
M
sin1te )
t1
t3
1 2
(TC
t
）
2
存 M sin1te，再查表
t2
TC 2
(1
M
sin1te )
t1
t3
1 2
(TC
t
）
2
2.1 电压正弦PWM法
对于开环控制系统，在某一给定转速下其调制 度M与频率都有确定值，所以宜采用查表法。对于 闭环控制的调速系统，在系统运行中调制度M值须 随时被调节，用实施计算法更为适宜。
波信号峰值之比，即
m UMm
UCm
2.1电压正弦PWM法
（2）电压正弦波脉宽调制法的工作原理
改变参考信号的幅值 改变参考信号的频率
脉冲等幅，调宽，面 积与正弦波面积成正
比
输出电压基波幅值随之改变
输出电压的频率随之改变
2.1 电压正弦PWM法
2.电压正弦波脉宽调制信号生成方法
（1）单极性三角波调制
把电压正弦半波分为N等分，然后把每一份的正 弦曲线与横线所包围的面积都用一个与此面积相等的 等高矩形脉冲来代替。
2.1电压正弦PWM法
实用的方法是采用“调制”的方法：
正弦参考波
三角载波
载波频率fc与参考波频率fm之比，用NCM表示，即
NCM
fC fM
调制度m定义为调制信号（参考电压）峰值与三角载