WM原理、電機(jī)控制器件及DSP生成PWM編程

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1、PWM原理、電機(jī)控制器件3.1PWM概述脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制。廣泛應(yīng)用于測(cè)量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定。PWM的優(yōu)點(diǎn)1.從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字

2、信號(hào)產(chǎn)生影響。2.對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。　　總之，PWM既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同.對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖

3、,用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,既可改變逆變電路輸出電壓的大小,也可改變輸出頻率.分別將如圖所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L電路）上，其輸出電流i(t)對(duì)不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但下降段則幾乎完全相同SPWM波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波，正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬

4、，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。PWM電流波：電流型逆變電路進(jìn)行

5、PWM控制，得到的就是PWM電流波。三種不同的PWM信號(hào):a是一個(gè)占空比為10%的PWM輸出;b是一個(gè)占空比為50%的PWM輸出;c是一個(gè)占空比為90%的PWM輸出;。PWM相關(guān)概念占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時(shí)間與該P(yáng)WM的時(shí)鐘周期的時(shí)間之比；分辨率：占空比最小能達(dá)到多少，如8位的PWM，理論的分辨率就是1：255(單斜率)，16位的的PWM理論就是1：65535(單斜率)頻率雙斜率/單斜率（連續(xù)增計(jì)數(shù)，連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式）PWM應(yīng)用電力電子通信電機(jī)控制電力電子應(yīng)用直流斬波電路：直流PWM電路；交流變流電

6、路：斬控式交流調(diào)壓電路矩陣式變頻電路整流電路：PWM整流電路；PWM在電機(jī)控制中的應(yīng)用采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成極性可變、大小可調(diào)的直流電壓，用以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)電樞端電壓的平滑調(diào)節(jié)，構(gòu)成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。PWM在電機(jī)控制中的應(yīng)用PWM是控制信號(hào)：頻率、脈寬攜帶控制信息DSP中PWM信號(hào)的產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電路中PWM信號(hào)的放大PWM驅(qū)動(dòng)裝置是利用大功率晶體管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)調(diào)制固定的直流電源，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電樞電源，并改變電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以這種裝

7、置又稱為開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置。電機(jī)換向方法與相關(guān)電路設(shè)計(jì)繼電器控制開(kāi)關(guān)，手動(dòng)改變連線換向H橋電機(jī)換向M+——+注意：千萬(wàn)不能將同一側(cè)的兩個(gè)電路同時(shí)接通，否則會(huì)在電源和地之間形成短路。比如A和C或者B和D同時(shí)為1.三極管H橋電路如果三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極,短路電流將燒毀三極管。存在的問(wèn)題及解決辦法為了以避免馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)的危害，需要在晶體管兩端接二極管，因?yàn)轳R達(dá)線圈在電路開(kāi)閉瞬間產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)通過(guò)會(huì)高過(guò)電源改進(jìn)的H橋電路4個(gè)與門(mén)同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控

8、制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。2個(gè)非門(mén)通過(guò)提供一種方向輸入，可以保證任何時(shí)候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個(gè)三極管能導(dǎo)通。（與前面的示意圖一樣，圖示不是一個(gè)完整的電路圖，特別是圖中與門(mén)和三極管直接連接是不能正常工作的。）使能控制和方向邏輯三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果DIR－L信號(hào)為0，DIR－R信號(hào)為1，并且使能信號(hào)是1，那么三極