PWM波形生成原理
pwm波形发生的原理
pwm波形发生的原理PWM波形发生的原理PWM波形是一种特殊的波形，其全称为Pulse Width Modulation（脉宽调制），是一种控制电子设备的方式。
它的原理是通过调节波形的占空比来实现对设备的控制。
PWM波形广泛应用于电子行业中的各种设备，如电机控制、照明灯光、电源管理等领域。
PWM波形的发生原理是利用计数器和比较器实现。
在PWM波形的发生中，计数器会根据系统时钟进行计数，当计数器的值和预设值相等时，比较器会发出一个高电平信号，从而控制输出端口的电平状态。
在PWM波形发生中，占空比是一个非常重要的参数。
占空比是指PWM波形中高电平所占的时间比例。
例如，50%的占空比表示高电平和低电平的时间各占一半。
占空比越大，输出电压的平均值也就越高，反之亦然。
在实际应用中，PWM波形常常用于调节电机的转速。
电机的转速与电压的大小成正比，因此可以通过PWM波形的占空比来控制电机的转速。
当PWM波形的占空比增大时，输出电压的平均值也会增大，从而提高电机的转速。
反之，当PWM波形的占空比减小时，输出电压的平均值也会减小，从而降低电机的转速。
除了控制电机的转速外，PWM波形还可以用于LED灯的调光。
LED灯的亮度与电流的大小成正比，因此可以通过PWM波形的占空比来控制LED灯的亮度。
当PWM波形的占空比增大时，输出电流的平均值也会增大，从而提高LED灯的亮度。
反之，当PWM波形的占空比减小时，输出电流的平均值也会减小，从而降低LED灯的亮度。
PWM波形的发生原理是通过计数器和比较器来实现对电子设备的控制。
占空比是PWM波形中一个重要的参数，可以用于控制电机的转速和LED灯的亮度等。
在实际应用中，PWM波形广泛应用于各种电子设备中，为电子行业的发展做出了重要贡献。
PID功能详解及PWM波的产生和PWM波形生成原理
PIＤ功能详解一、PID控制简介PID( Propｏｒｔionａl ＩntegraｌDerｉｖativｅ)控制就是最早发展起来得控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性好与可靠性高,被广泛应用于工业过程控制,尤其适用于可建立精确数学模型得确定性控制系统、在工程实际中,应用最为广泛得调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称ＰID控制,又称PID调节,它实际上就是一种算法。
PＩD控制器问世至今已有近 70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制得主要技术之一。
当被控对象得结构与参数不能完全掌握,或得不到精确得数学模型时,控制理论得其它技术难以采用时,系统控制器得结构与参数必须依靠经验与现场调试来确定,这时应用PＩD控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统与被控对象,或不能通过有效得测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术、PＩD控制,实际中也有PI与PＤ控制。
PID控制器就就是根据系统得误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制得。
从信号变换得角度而言,超前校正、滞后校正、滞后－超前校正可以总结为比例、积分、微分三种运算及其组合、PＩD调节器得适用范围:PＩD调节控制就是一个传统控制方法,它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场,不同得现场,仅仅就是ＰＩD参数应设置不同,只要参数设置得当均可以达到很好得效果、均可以达到０。
1％,甚至更高得控制要求。
PID控制得不足1、在实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定,难以建立精确得数学模型,常规得PID控制器不能达到理想得控制效果;2、在实际生产现场中,由于受到参数整定方法烦杂得困扰,常规PＩD控制器参数往往整定不良、效果欠佳,对运行工况得适应能力很差。
ﻫ二、PＩD控制器各校正环节任何闭环控制系统得首要任务就是要稳(稳定)、快(快速)、准(准确)得响应命令。
PID调整得主要工作就就是如何实现这一任务。
增大比例系数P 将加快系统得响应,它得作用于输出值较快,但不能很好稳定在一个理想得数值,不良得结果就是虽较能有效得克服扰动得影响,但有余差出现,过大得比例系数会使系统有比较大得超调,并产生振荡,使稳定性变坏、积分能在比例得基础上消除余差,它能对稳定后有累积误差得系统进行误差修整,减小稳态误差、微分具有超前作用,对于具有容量滞后得控制通道,引入微分参与控制,在微分项设置得当得情况下,对于提高系统得动态性能指标,有着显著效果,它可以使系统超调量减小,稳定性增加,动态误差减小。
PWM波形生成原理
脉宽调制(Pulse-Width Modulation，PWM)技术在电力电子领域的应用极其广泛。
PWM模式是决定逆变器输出电压特性的根本。
性能优越的PWM模式可以使逆变器具有良好的输出特性。
由傅里叶分析可知，不对称波形会带来大量低次谐波、偶次谐波以及余弦项。
因此PWM脉冲波形的对称性对输出特性有很大影响。
PWM的实现方法一般有两种：比较法和计算法。
随着数字技术的迅速发展和计算机功能的提高，计算法以其方便灵活的特点成为PWM实现方法的主流。
采用计算法实现PWM时，按照每个载波周期内调制波的取法，可以分为规则采样PWM和自然采样PWM。
其中，采用规则采样法，计算简单，占用系统软件资源较少，因而应用比较广泛；但是由规则采样法计算出的PWM 波形，在系统载波频率较低时，输出精度差，并且在计算时需要通过查表确定计算结果，所以并不能保证其波形的对称性，谐波含量也会因为波形的不对称而增加。
对于调制类PWM，有三种方式：同步调制，异步调制，分段同步调制三种方式。
同步调制虽然可以在调制波频率变化的所有范围内，载波与调制波的相位相同， PWM波形一直保持对称，输出谐波的低次谐波可以得到消除。
但是在载波频率变化范围大时，电力电子器件的开关频率变化范围大，在低频时，将给系统引入大量较低频率的谐波。
异步调制的优点在于载波频率在调速过程中载波不变，高次谐波对系统的影响基本固定，可以弥补同步调制的缺点。
但是异步调制无法在大部分频率点上都保证调制波与载波相位相对的固定，出现不对称波形，会给系统引入大量的低次谐波、偶次谐波和余弦项。
分段同步调制可以综合以上两种方式的优点，但在波比切换时可能出现电压突变，甚至震荡。
基于以上理论，本文提出一种新的PWM算法，可以在异步调制下，使PWM波形在T／2周期内始终保持关于T／4 周期的完全对称。
1 PWM算法原理在用数字化控制技术产生PWM脉冲时，三角载波实际上是不存在的，完全由软件及硬件定时器代替，图1为三角载波的产生原理(Ttimer为定时器的值)用阶梯波代替模拟三角波。
三电平逆变器pwm驱动波形
三电平逆变器pwm驱动波形下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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pwm波形发生的基本原理
pwm波形发生的基本原理PWM波形发生的基本原理PWM（脉宽调制）是一种用于生成脉冲波形的技术。
其基本原理是通过对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，这些脉冲可以代替正弦波或所需要的波形。
一、PWM控制的基本原理PWM控制的基本原理是通过控制逆变电路开关器件的通断，使得输出端得到一系列幅值相等的脉冲。
这些脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。
在PWM控制中，按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
这种调制方式使得PWM波形具有高精度、高稳定性和高可靠性。
二、PWM波形的生成PWM波形的生成通常需要以下几个步骤：1.产生参考信号：参考信号是一个与所需波形（如正弦波）相对应的信号。
这个信号可以是模拟信号或数字信号。
2.比较器：比较器用于比较参考信号和锯齿波信号。
当参考信号的值高于锯齿波信号时，比较器输出高电平；当参考信号的值低于锯齿波信号时，比较器输出低电平。
3.开关器件：根据比较器的输出，开关器件进行通断控制。
当比较器输出高电平时，开关器件导通；当比较器输出低电平时，开关器件断开。
4.滤波器：滤波器用于平滑PWM波形的输出，以减少谐波成分。
三、PWM波形的优点PWM波形具有以下优点：1.高精度：由于PWM波形的幅值相等，因此可以实现高精度的电压和频率控制。
2.高稳定性：PWM波形的输出不受温度、电压等环境因素的影响，因此具有高稳定性。
3.低噪声：由于PWM波形的脉冲宽度相等，因此具有较低的噪声。
4.易于数字化：PWM波形可以通过数字信号处理器（DSP）等数字器件实现，因此易于数字化。
四、PWM波形的应用PWM波形广泛应用于各种电子设备中，如电机控制、电源转换、音频放大等。
在电机控制中，PWM波形可以用于控制电机的速度和方向；在电源转换中，PWM波形可以用于实现高效的电能转换；在音频放大中，PWM波形可以用于产生高质量的音频信号。
pwm波产生的原理
pwm波产生的原理一、引言脉冲宽度调制（PWM）是一种用于控制电子设备的方法，它通过改变信号的占空比来控制输出电压或电流。
PWM波产生的原理是基于时间间隔和占空比的变化来实现对输出信号的精确控制。
在本文中，我们将深入探讨PWM波产生的原理及其应用。
二、PWM波概述PWM波是一种周期性方波信号，其周期为T，占空比为Duty Cycle （DC）。
在一个完整的周期内，PWM波由两个状态组成：高电平和低电平。
高电平持续时间为TDuty Cycle*T，低电平持续时间为(1-Duty Cycle)*T。
三、产生PWM波的方法1.模拟方式模拟方式是最早也是最简单的产生PWM波形的方法。
这种方法使用一个可变电阻器和一个稳压器构成一个简单的反馈环路，通过调节可变电阻器来改变反馈电压从而改变输出信号占空比。
这种方法具有简单易行、成本低廉等优点，但存在精度不高、受环境干扰大等缺点。
2.数字方式数字方式是现代产生PWM波形最常用也最有效率的方法。
它使用微控制器或FPGA等数字电路来产生PWM波形，具有精度高、稳定性好、灵活性强等优点。
数字方式产生PWM波形的核心是计数器，通过计数器的计数值和设定值之间的比较来确定输出信号的占空比。
四、PWM波的应用1.电机控制PWM波可用于直流电机和交流电机的控制。
在直流电机中，PWM波可以改变电机绕组中通入电流的方向和大小，从而控制电机转速和方向。
在交流电机中，PWM波可以通过变频器将交流电源转换为直流电源，并通过调节占空比来改变输出频率和幅值。
2.LED调光LED灯具常常使用PWM波进行调光。
通过改变PWM波形信号的占空比，可以改变LED灯具输出光线强度，实现亮度调节。
3.音频放大器PWM波也可用于音频放大器中。
将音频信号与高频三角波进行比较后得到一个模拟信号，然后经过滤波后得到原始音频信号。
五、总结本文深入探讨了PWM波产生的原理及其应用。
从模拟方式到数字方式再到应用领域，我们了解到了PWM波的基本概念和产生方法，以及其在电机控制、LED调光和音频放大器等领域中的应用。
PID功能详解及PWM波的产生和PWM波形生成原理之欧阳法创编
PID功能详解一、PID控制简介PID( Proportional Integral Derivative)控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节，它实际上是一种算法。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
从信号变换的角度而言，超前校正、滞后校正、滞后－超前校正可以总结为比例、积分、微分三种运算及其组合。
PID调节器的适用范围：PID调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。
均可以达到0.1%，甚至更高的控制要求。
PID控制的不足1. 在实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定，难以建立精确的数学模型，常规的PID控制器不能达到理想的控制效果；2. 在实际生产现场中，由于受到参数整定方法烦杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、效果欠佳，对运行工况的适应能力很差。
二、PID控制器各校正环节任何闭环控制系统的首要任务是要稳（稳定）、快（快速）、准（准确）的响应命令。
PID调整的主要工作就是如何实现这一任务。
增大比例系数P 将加快系统的响应，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现，过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。
图1 利用比较单元和PWM电路产生的对称PWM波形
PWM X PWM X+1（高有效）图1 利用比较单元和PWM 电路产生的对称PWM 波形一般SPWM 波形的产生有以下几种方法：自然采样法、等效面积法、规则采样法、低次谐波消去法等。
1. 对称规则采样法对称规则采样法是从自然采样法演变而来的，它由经过采样的正弦波（实际上是阶梯波）与三角波相交，由交点得出脉冲宽度。
这种方法只在三角波的顶点或底点位置对正弦波采样而形成阶梯波。
对称规则采样法原理图如图2所示。
若以单位量1代表三角载波的幅值Uc ，则正弦调制波的幅值Ur 就是调制比a 。
图中的三角波和正弦波都是经过向上平移单位量1得到的，与过横坐标轴得到的结果一致。
利用底点采样，根据相似三角形原理，可得如下关系式：2/T c 22/t sin a 1D =δω+ （1） 式中：a 是调制比，1a 0<≤；ω为正弦信号波角频率；D t 为在三角波的负峰对正弦信号波的采样时刻；δ是A 相开通时刻脉冲宽度；Tc 为三角波载波周期。
因此可得A 相开通时刻的脉冲宽度：2/)t sin a 1(Tc D ω+=δ （2）N /2)4/3k (t D π+=ω （k=0，1，2….N-1） （3）式中：N 为载波比，N /2π三角波周期Tc 所对应的弧度，K 为一个周期内采样计数值。
由以上分析得比较单元1的比较寄存器的值为（以A 相为例）：t T 2/PR 1T 1CMPR δ-= （t T 为EVA 通用定时器1的时钟周期） （4）2. 不对称规则采样法不对称规则采样法采用在每个载波周期采样两次，即在三角波的顶点位置采样，又在三角波的底点位置采样，这样形成的阶梯波与正弦波的逼近程度会大大提高。
不对称规则采样法生成SPWM 的原理图如图3所示。
根据相似三角形原理，可得如下关系式：2t sin a 12T 'A C ω+=δ， 4)t s i n a 1(T 'A C ω+=δ （5） 2t sin a 12TB Cω+=δ， 4)t s i n a 1(T B C ω+=δ （6） 式中：A t 为在三角波的正峰值对正弦信号波的采样时刻，B t 为在三角波的负峰值对正弦信号波的采样时刻；δ+δ'是A 相开通时刻脉冲宽度；Tc 为三角波载波周期。
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脉宽调制(Pulse-Width Modulation，PWM)技术在电力电子领域的应用极其广泛。
PWM模式是决定逆变器输出电压特性的根本。
性能优越的PWM模式可以使逆变器具有良好的输出特性。
由傅里叶分析可知，不对称波形会带来大量低次谐波、偶次谐波以及余弦项。
因此PWM脉冲波形的对称性对输出特性有很大影响。
PWM的实现方法一般有两种：比较法和计算法。
随着数字技术的迅速发展和计算机功能的提高，计算法以其方便灵活的特点成为PWM实现方法的主流。
采用计算法实现PWM时，按照每个载波周期内调制波的取法，可以分为规则采样PWM和自然采样PWM。
其中，采用规则采样法，计算简单，占用系统软件资源较少，因而应用比较广泛；但是由规则采样法计算出的PWM 波形，在系统载波频率较低时，输出精度差，并且在计算时需要通过查表确定计算结果，所以并不能保证其波形的对称性，谐波含量也会因为波形的不对称而增加。
对于调制类PWM，有三种方式：同步调制，异步调制，分段同步调制三种方式。
同步调制虽然可以在调制波频率变化的所有范围内，载波与调制波的相位相同， PWM波形一直保持对称，输出谐波的低次谐波可以得到消除。
但是在载波频率变化范围大时，电力
电子器件的开关频率变化范围大，在低频时，将给系统引入大量较低频率的谐波。
异步调制的优点在于载波频率在调速过程中载波不变，高次谐波对系统的影响基本固定，可以弥补同步调制的缺点。
但是异步调制无法在大部分频率点上都保证调制波与载波相位相对的固定，出现不对称波形，会给系统引入大量的低次谐波、偶次谐波和余弦项。
分段同步调制可以综合以上两种方式的优点，但在波比切换时可能出现电压突变，甚至震荡。
基于以上理论，本文提出一种新的PWM算法，可以在异步调制下，使PWM波形在T／2周期内始终保持关于T／4 周期的完全对称。
1 PWM算法原理
在用数字化控制技术产生PWM脉冲时，三角载波实际上是不存在的，完全由软件及硬件定时器代替，图1为三角载波的产生原理(Ttimer为定时器的值)用阶梯波代替模拟三角波。
PWM脉冲的产生机理为：定时器重复按照PWM周期进行计数。
比较寄存器用于保持调制值，比较寄存器中的值与定时器计数器的值相比较，当两个值匹配时，PWM输出就会跳变；当两个值产生二次匹配或者一个定时器的周期结束时，就会产生第二次输出跳变。
通过这种方式就会产生一个周期与比较寄存器值成比例的脉冲信号。
在比较单元中重复完成计数、匹配输出的过程，产生PWM信号，如图2所示。
基于数字化控制技术产生PWM脉冲的这种特点，利用本文提出的算法，可以实现在任何频率下产生完全对称的PWM波形。
其原理为：根据三角载波频率及DSP 系统时钟频率确定定时器周期，利用数学计算方法，将形成载波的定时器周期等分，均分后所得到的数作为脉宽增量单元，随时间递增。
脉宽以脉宽增量为单元成比例地增加或减少。
三角载波由软件及硬件定时器形成，三角载波的频率由时钟频率及定时器的周期值决定。
根据需要可以选取一个定时器周期T1，以确定调频过程中的固定载波频率。
由于载波频率不变，故整个调频过程的载波比是变动的，可先设定在一个固定的输出波频率f1下的载波比为n1，对所需的输出频率f(对应的周期为T)进行处理，如式(1)所示，x为f处理后的值。
图3所示为均分
载波的原理图，将定时器的周期进行等分为n1／(4x)份，则每份的宽度叫可由式(2)确定：
f1/1=fx (1)
ω=4T1x/n1 (2)
式中：ω为脉宽增量的最小单元。
在确定了脉宽增量的最小单元值之后，以ω为增量单元，随时间递增，依次增大或减小占空比的值。
占空比的增大过程为：第一个装载占空比为ω，第二个装载占空比为2ω，第三个装载占空比为3ω，第y个装载占空比的值为yω，占空比的值以此规律依次增加。
式(3)为脉宽递增时占空比值DC更新规律的数学表达式。
式中K的值是为满足冲量定理所需的系数，将在后面做详细的计算和论述。
当输出脉冲达到最大宽度MAX(DC)时，a计数值也达到最大值MAX(a)，已完成T／4周期的脉冲输出。
此时，占空比从最大宽度依次减小，减小的规律为yω，(y-1)ω，直至ω0式(4)为脉宽递减时占空比值DC'更新规律的数学表达式。
其中，DC'的初始值为MAX(DC)，a'的初始值为MAX (a)。
由以上原理可以看出，PWM波形在T／2内关于T／4完全对称，图4所示为占空比更新的原理图。
由上述分析，载波频率在整个过程中是固定值，所以具备了异步调制的优点。
同时，脉宽是完全由形成载波的时钟数量、期望输出波的频率因素决定，而不是由查表得到，可以克
服异步调制时大多数情况下载波与调制波相位不同步的缺点。
此种算法综合了同步和异步调制的优点，避免了采用分段同步调制时需要考虑调频的问题。
PWM的基本依据是面积相等原理，即冲量(面积)相等不同形状的窄脉冲加到惯性环节上
在保证波形对称的基础上，讨论该算法对冲量相等原则的实现。
以正弦调制为例，当调制波为正弦波时，根据面积相等原则，其正弦半波积分的面积等于脉冲相加之和，如式(5)所示。
，其作用效果基本相同。
根据占空比更新原理可以确定冲量面积，如式(6)所示。
根据以上公式，可准确计算输出波形面积，K值的选取可决定输出电压的幅值。
2 实验结果
为了验证提出的PWM算法的正确性和可行性，利用TI公司的TMS320F2812进行实验；系统采用30 MHz外部晶振，通用定时器时钟的频率由系统5倍频后，再6分频得到，为25 MHz。
该实验采用的载波频率为fz=1 kHz，定时器周期值T1=12 500。
输出频率f1=50 Hz时，载波比n1=20。
选择在定时器达到周期值时装载更新占空比的值，相当于在三角载波的波峰时装载。
实验结果见图5(UPWM为PWM脉冲幅值)：图5(a)为单极性调制时采用该算法得到的输出波形，它是50 Hz正弦波调制时正半周期的输出波形；图5(b)是43 Hz正弦波调制时正半周期的输出波形；图5(c)是50 Hz单极性调制时，正弦波PWM脉冲波形的能谱分析图；图5(d)是43 Hz单极性调制时正弦波PWM脉冲波形的能谱分析图。
3 结语
该算法是基于异步调制的优化PWM脉冲波形的一种算法，它对于提高系统输出质量有着重要的意义。
应用此算法已成功地实现在1～400 Hz之内调频，输出对T／4周期完全对称的波形，有效地降低了谐波，运行效果良好。
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