第三章PWM技术

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]。

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
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。

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（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。

PWM技术分析与介绍PWM技术，即脉宽调制技术（Pulse Width Modulation），是一种在数字电路中常用的调制技术。

通过控制电平信号的脉冲宽度，可以实现模拟信号的数字化调制，达到控制信号的目的。

PWM技术广泛应用于电力电子、通信系统、汽车电子、航空航天等领域，在现代电子技术中占据着重要地位。

1.PWM技术原理在PWM技术中，通常有两种控制方式：基于定时器的PWM控制和基于比较器的PWM控制。

基于定时器的PWM控制是通过设置定时器的计数值和比较值来生成PWM信号的脉冲宽度，而基于比较器的PWM控制是通过将输入信号与基准信号进行比较来调节脉冲宽度。

2.PWM技术优点1)高效率：PWM技术可以以高效率地将数字信号转换成模拟信号，提高电路的效率和性能。

2)稳定性好：PWM信号的输出电平稳定，不受环境影响，能够稳定输出所需的信号。

3)精度高：PWM技术能够实现微小的信号调节，精度高，能够满足各种精密要求。

4)简单实现：PWM技术在数字电路中实施简单，硬件成本低，易于实现自动化控制。

3.PWM技术应用1)电力电子：PWM技术在交流调直流变换、逆变器控制、电机控制等方面得到广泛应用，提高了电力电子设备的效率和性能。

2)通信系统：PWM技术在通信系统中用于数字信号的调制和解调，增强了信号传输的稳定性和可靠性。

3)汽车电子：PWM技术被广泛应用于汽车电子控制系统中，如发动机控制单元、变速器控制单元等，提高了汽车性能和燃油经济性。

4)航空航天：PWM技术在飞机、卫星等航空航天领域中用于电子设备的控制和数据传输，提高了飞行器的性能和可靠性。

总的来说，PWM技术是一种高效、稳定、精密的调制技术，在现代电子技术中有着重要的应用价值。

随着数字化技术的不断发展，PWM技术将在更多的领域展现出其强大的能力，为现代化生活提供更加便利和高效的解决方案。

第三章无刷直流电动机PWM控制方案无刷直流电动机是目前应用广泛的电动机之一，其具有高效率、高功率密度和长寿命的特点。

PWM（Pulse Width Modulation）是一种常用的控制技术，可以实现对无刷直流电动机的精确控制。

本文将详细介绍PWM 控制方案在无刷直流电动机中的应用。

1.PWM控制原理PWM控制是通过调整开关器件的开通时间来控制电压的有效值，从而实现对无刷直流电动机的控制。

PWM控制的主要原理是将直流供电通过开关器件进行快速切换，使得电机得到一个等效的可调的直流电，从而实现对电动机的控制。

（1）基于单脉冲宽度调制（SPWM）的控制方案SPWM是一种常见的PWM调制技术，其基本思想是将待调制的模拟信号与一个高频的三角波进行对比，通过比较得到一个等效的PWM信号。

在无刷直流电动机中的应用，SPWM控制方案可以实现对电机的速度和转矩的控制。

（2）基于矢量控制的控制方案矢量控制是一种高级的PWM控制技术，可以实现对无刷直流电动机的精确控制。

它通过对电流矢量的调整来实现对电机的转速和转向的控制。

矢量控制具有较高的动态性能和响应速度，能够实现电机的高效运行。

（3）基于空间矢量调制（SVM）的控制方案SVM是一种高级的PWM调制技术，可以实现对无刷直流电动机的高精度控制。

它通过对电流矢量的调整来实现对电机的速度和转矩的控制。

SVM控制具有较高的输出电流质量，让电机运行更加稳定和高效。

3.PWM控制的优势（1）高效率：PWM控制可以实现对电机的高效率控制，可以根据需要调整输出电压和电流，从而使电机运行在最佳点。

（2）高精度：PWM控制可以实现对电机的精确控制，可以根据需要调整输出电压和电流的波形，从而实现对电机速度和转矩的精确控制。

（3）稳定性好：PWM控制可以减小电机的振动和噪声，从而使电机运行更加平稳和稳定。

4.PWM控制的应用（1）工业应用：PWM控制广泛应用于各类工业设备中，如机械加工、自动化生产线等，可以实现对电机的高精度控制，提高生产效率。