基于单片机的spwm控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的spwm控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

到扰动，同时输出 PWM 波和基波相比，前面所提到的冲量（面积）明显不一致，并且对于三相 PWM 型逆变电路来说，其输出波形也收到严重影响，其对称性也被严重破坏。 因此，在异步调制时，为了在高频响应时，载波和基波的频率之比能够很大，一般都使用较高频率的载波。 同步调制 所谓同步调试，就是载波比 N 等于常数，载波和基波的变化保持一致的方式。 在基本的同步调试方式中，即使 rf 变化，载波比 N 也保持不变，即 N 是不武汉科技大学本科毕业论文 7 变的，载波和基波的频率保持一致， 所以，一个周期内的输出波形数量是保持不变的。 在三相 PWM 逆变电路中，一般公用一个三角波作为载波，如本设计中就是如此，公用一个三角波载波， 2 个不同的基波。 这样可以使三相输出波形严格对 称 ，从而跟容易计算。 为了使读者更加容易理解。 这里给出了如图 所示，同步调制时 N=9 时的三相 PWM 波形。 当电路输出频率很低时，由于在同步调试下载波频率与基波频率的比值应该保持一致，所以此时 cf 也很低，然而当 cf 过低时，容易产生不 利的影响。 相应的，同步调试的频率在当输出频率很高时也会变得非常高，这样，一般的开光器件不能在这么高的频率范围内工作，所以一般不能在高频率范围内使用。 图 2..4 同步调制三相 PWM 波形 规则采样法 规则采样法是一种与通过确定基波与载波 的交点，开通和关断开关，控制电压的波形。 如图 所示，当用三角波作为载波对在其顶点或低点的位置对正弦波进行采样时，脉宽就可以由阶梯波与三角波的交点来确定，由于在一个载波周期内交点的位置是对称的，这种方法称为对称规则采样 [1]。 武汉科技大学本科毕业论文 8 图 规则采样法生成 SPWM 波的原理图 假设三角波的幅值为 1,正弦函数为  sinrU M wt ， M 为调制度且0M1，由图中Δ ABC ∽ Δ EDA 得， AB/BC=ED/DA，代入后可得：  21 sin 222cM wttT  其中， cT 为三角载波周期， 2t 为脉冲宽度。 所以矩形波开通时间为：   21 s i n2 cM w t Tt  将上式离散化后可得： 22sin( ) 1)2lM Nt  式中， cT 为 周期， l 为第 l 个 SPWM 波， N 为采样的总个数 武汉科技大学本科毕业论文 9 3 单极性和双极性 PWM 控制逆变电路分析 单相桥式 PWM 逆变电路 原理图 图 单相桥式 PWM 逆变电路 单极性 PWM控制方式 PWM 逆变电路（调制法） 电路工作过程 a）工作时 1V 和 2V 在一个时刻只有一个是开通，另外一个是关断的，同理 3V 和4V 也一样，比如在 0U 负半周， 3V 导通， 4V 关断， 1V 和 2V 随着时 间的变化一个开通，一个关断。 b）负载电流落后于电压，即电压比电流要先到达零点，在电压大于零的时候，负载电流有大于零的部分也有小于零的部分，在负载电流大于零的时候， 1V和 2V 导通时， 0 dUU。 4V 关断时，通过 1V 的电流不能再流向 4V ，只能经过电组，电感，和 第三个 二极管回流， 0U =0。 此时，当电流减下到 0 以下后，仍为 1V 和 4V导通时，因为 0i 小于零，故 0i 只能从第四个二极管流经电感，电阻，到第一个二极管，此时仍有 0 dUU。 当 4V 关断 ， 3V 开通后， 0i 只能从 3V 流向电感和 电阻，再到 第一 个二极管回流，此时 0U =0。 据上所述，如论是哪一种关断组合， oU 都是高电平和 0 之间的一种。 同理在 0U 的负半周，在 2V 开通 1V 关断的状态下， 3V 和4V 在一个时刻一定是有一个开通，另外一个关断，无论是哪一种情况，负载电压武汉科技大学本科毕业论文 10 都只能是负电平和零电平的一种。 如图 所示，调制信号 ru 为标准的正弦波，有正有负，而这里的载波三角在基波大于 0 的区间只有正半轴幅值，而在基波小于 0 区间只有负半轴幅值。 a)在 ru 的正半周时， 1V 保持通态， 2V 保持断态， 当 rcuu 时，使 4V 导、 3V 关断， 0 duu。 当 rcuu 时，使 4V 关断、 3V 导通， 0 0u 。 b)在 ru 的负半周时， 1V 保持断态， 2V 保持通态。 当 rcuu 时，使 3V 导通、 4V关断， 0 duu。 当 rcuu 时，使 3V 关断、 4V 导通， 0 0u 。 图 单极性 PWM 控制方式波形 双极性 PWM 控制方式 如图 所示，双极性 PWM 控制方式也是和单极性 PWM 控制方式是通过在基波 正弦波和三角波交点时刻控制各开关器件的通断，来控制电压的正负，以及控制其导通时间，即占空比，但是不同的是它的载波三角波是双极性的，是有正有负的。 a）如图所示的三角波 载波，不像单极性的三角波载波一样只有正幅度，双极性的三角波载波还有负幅度，因此，所得的 PWM 波也不像单极性下只有正幅度，而是在正负之间交替变化的，因此它的电位只在正电位和负电位之间变化。 b)在 ru 的正负半周期内，对三极管和二极管的控制和单极性方式一样。 c）当 rcuu 时， 1V 和 4V 导通， 2V 和 3V 关断，这时如 0i 0，则 1V 和 4V 通，如 0i 0，则 1VD 和 4VD 通，不管哪种情况都是 0 dUU .当 rcuu 时， 2V 和 3V 导通， 1V和 4V 关断，这时如 0i 0，则 2V 和 3V 通，如 0i 0，则 2VD 和 3VD 通，不管哪种情况都武汉科技大学本科毕业论文 11 是 0 duu。 图 双极性 PWM 控制方式波形 武汉科技大学本科毕业论文 12 4 基于 MATLAB 的分析以及交点计算 MATLAB 简介 MATLAB 是美国 mathworks 公司开发的目前国际上应用最广泛，最受欢迎的商业工程计算软件，其数学运算能力强大，并集成了二维和三维图形功能，并提供了一种高级编程语言，因此可以用于矩阵运算、完成相应数据分析以及数值可视化的工作，主要包括 Matlab 和 Simulink 两大部分。 Matlab 是矩阵实验室（ MatrixLaboratory）的简称， sMathmatica 和 Maple 并称为三大数学软件。 由于我们可以用 画出各种图形，并且在一个界面画出多个图形，设定每个图形的颜色，画图线段的方式如实线，点画线，虚线，并且能够在旁边注解，除此以外，它还可以满足各种计算要求，图像处理功能强大，易于操作，对一些控制过程进行仿真，调控，优化等等一系列优点，所以 在系统的设计，分析以及仿真， 和更多领域中都要用到。 查表产生 SPWM 波理论分析 当 SPWM 采用频率刚好是基波的整数倍时，可得到与基波效果近似的输出波形。 查表法就是根据 Matlab 计算基波和载波的交点从而通过计算可以得到输出矩形波形的高电平和低电平的持续时间，即占空比，从而在 c 语言编程时用数组来表示高低电平持续时间，通过编写对应程序来查表进而在中断程序中赋予定时器初值，当中断溢出时，电平翻转从而就可以控制输出端口高低电平持续时间，从而产生 SPWM 波。 如图 所示，本设计采用的双极性 PWM 控制方式。 图 查表法原 理采用的双极性控制方式 武汉科技大学本科毕业论文 13 根据上叙对 Matlab 的介绍，我们知道 Matlab 是一个处理图形，分析计算的非常强大的软件。 在本次设计中就需要计算正弦波与三角波的交点，因此 控制通过使用 对交点的值，以及其持续时间进行计算，可以快速方便的得结果。 在判断 2 个波形之间的交点时，可以借助数学领域上的知识来给定。 所谓交点，就是在交点附近时刻两函数之差值的绝对值趋于 0 或许某一精度，而在交点附近的极小区域，离交点越远，差值的绝对值逐渐增大 [2]。 Matlab 计算程序 及仿真图形结果 以下子程序为计算交点的 程序，多 次选择精度后，当设置此精度 prec 时，效果最理想 ,载波数据1 1( 2 * * * 1 0( ) , 0 . 5 )1000L s a w t o o t h p i f x。 基波数据2 3 * s i n ( 2 * * * )4L p i f x,3 4 s i n ( 2 * * * )9L p i f x, it为交点时刻数据。 f=50。 step =。 from = 0。 to =。 % plot x=from:step:to。 L1=sawtooth(2*pi*10*f*(x+1/1000),)。 %三角波载波 L2 =3*sin(2*pi*f*x)/4。 %正弦波基波 L3 =4*sin(2*pi*f*x)/9。 %正弦波基波 plot(x,L1,39。 blue39。 ,x,L2,39。 red39。 ,x,L3,39。 magenta39。 )。 %画出基波和载波 legend({39。 L139。 ,39。 L239。 ,39。 L339。 },39。 location39。 ,39。 NorthWest39。 )。 %注释放在左上方 title({39。 曲线交点图 39。 , 39。 L1=sawtooth(2*pi*10*f*(x+1/1000),)39。 ,39。 L2=3*sin(2*pi*f*x)/439。 ,39。 L3 =4*sin(2*pi*f*x)/939。 })。 %标题 xlabel(39。 x39。 )。 %x 轴 ylabel(39。 y39。 )。 %找交点 mCount = 0。 n=0。 m=0。 prec=。 武汉科技大学本科毕业论文 14 display(strcat(39。 L1 与 L2 曲线的交点 :39。 ))。 for n=1:length(x) if(abs(L1(n)L2(n)) prec) %找 2 个波的交点 mCount = mCount + 1。 m=m+1。 t(m)=x(n)。 display(strcat(39。 第 39。 ,num2str(mCount),39。 交点是 :39。 ))。 if mCount==1 display(strcat(39。 (39。 ,num2str(x(n)),39。 ,39。 ,num2str(L1(n)),39。 )39。 )) else display(strcat(39。 (39。 ,num2str(x(n)),39。 ,39。 ,num2str(L1(n)),39。 ) ，第 39。 ,num2str(mCount),39。 与39。 ,num2str(mCount1),39。 交点电平持续时间： 39。 ,num2str(t(m)t(m1)),39。 ms39。 ))%显示高或低电平持续时间 end lh = line([x(n) x(n)],[min(min(L1),min(L2)) L1(n)])。 %横坐标 set(lh,39。 color39。 ,39。 green39。 )。 set(lh,39。 LineStyle39。 ,39。 39。 )。 text(x(n),L1(n),strcat(39。 P_39。 ,num2str(mCount),39。 (39。 ,num2str(x(n)),39。 ,39。 ,num2str(L1(n))。