pwm控制比例阀原理

PWM 电机驱动系统传导干扰机理分析

摘 要：针对实际系统将电机系统的交流电源、整流环节、逆变环节、电机

作为整体进行分析，为了分析方便将传导干扰分为共模干扰和差模干扰进行研究，

分析了PWM电机驱动系统中存在的主要共模和差模干扰通道，由于传导干扰的路

径和上下桥臂 IGBT的开通和关断有很大关系，因此分析了 IGBT不同的开关状态

下的共模干扰和差模干扰的传播路径，三种不同的仿真结果得出一致的结论说明

本文机理分析的正确性。

1．引言

由于PWM技术应用于电机驱动系统中，功率变换器采用MOSFET、IGBT、可关

断晶闸管等开关器件。为了得到更好的电机系统控制性能指标，开关器件的工作

频率就越来越高，在开关和关断的瞬间产生很大的电压和电流变化率，这就是强

电磁干扰（EMI）产生的原因，远远超出了现在电磁兼容标准规定的答应值。产生

的电磁干扰主要是以传导的形式进行传播的，机理分析是数学模型建立的基础，

因此机理分析对于PWM电机驱动系统传导干扰的研究具有重要意义。

国内外有很多文献在这方面做了一定的研究，文献[1]针对IGBT的高du/dt

给电力电子装 置带来的严重共模电磁干扰题目,深进分析了Buck电路的共模干

扰。文献[2]以电路理论为基 础，建立了单端正激式变换器中，由功率MOSFET的

漏极与接地散热器之间寄生电容所形成 的输进端共模干扰分析模型。这里就不逐

一先容了，本文的机理分析将电机驱动系统作为一 个整体来研究，这在文献中很

少发现。 2．传导干扰机理分析

下面分三个部分来分析，首先先容所研究的实际系统的主电路，然后分析共

模传导干扰 的机理，最后分析差模干扰的机理。

2.1 PWM 驱动电机系统主电路

要研究的系统主电路原理图如图1 所示，现简单说明其工作原理。

三相交流电压经三相不可控整流桥整流产生直流电压Ud，经电容C 滤波后仍

有微小的脉动，一般可近似以为其值不变。实际上Ud 上具有高频成分，由此产

PWM的工作原理

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种调制技术，通过调节脉冲的宽度来控制电路的输出信号。PWM技术广泛应用于电力电子、通信、自动控制以及驱动电机等领域。

PWM信号的生成可以通过多种方式，包括基于模拟电路和数字电路的方法。下面将介绍一种基于比较器的模拟电路实现PWM的原理。

在一个PWM电路中，主要包含一个基准信号和一个比较器。基准信号可以是恒定的方波信号或者由控制器产生的可变的方波信号。比较器用于将基准信号与输入信号（通常是模拟信号）进行比较。比较器的输出是一个脉宽调制后的信号。

当输入信号的幅值小于基准信号时，比较器的输出为低电平。当输入信号的幅值大于基准信号时，比较器的输出为高电平。比较器的输出信号经过滤波电路可以得到PWM信号。

根据输入信号的不同，PWM信号可以分为两种模式：基于宽度的PWM（PWM based on width）和基于幅值的PWM（PWM based on amplitude）。

在基于宽度的PWM中，输入信号的幅值不变，通过改变基准信号的占空比来改变PWM信号的特性。当基准信号的高电平时间增加时，PWM信号的高电平时间也随之增加，从而增大输出信号的幅值。同样地，当基准信号的高电平时间减少时，PWM信号的高电平时间也减少，输出信号的幅值也随之减小。

在基于幅值的PWM中，基准信号的占空比保持不变，通过改变输入信号的幅值来改变PWM信号的特性。当输入信号的幅值增加时，比较器的输出信号的高电平时间也随之增加，从而输出信号的幅值增大。同样地，当输入信号的幅值减少时，输出信号的幅值也随之减小。

PWM信号的优点在于它可以直接控制比例阀、电机速度调节、灯光亮度调节等。PWM信号通过不同的脉冲宽度，可以调整输出信号的幅值，产生不同的效果。同时，PWM技术比较简单且成本较低，适用于大部分电子设备。

总之，PWM是一种通过改变信号的脉冲宽度来调节输出信号的方法。通过调节基准信号的占空比或者改变输入信号的幅值，PWM可以实现对电路输出信号的精确控制，广泛应用于各个领域。

基于PWM控制技术的电液比例阀特性的研究

修理与改造中阂教伶z程2007.06

文章编号:1671—0711(2007)06—0022—02

基于嫩控技术的

电液比例阀特牲的研究

李光彬,张雪梅,赵光

(山东科技大学,山东青岛266000)

摘要:介绍基于PWM(PulseWidthModulation)控制技术的电液比例阀的特点和原理.提出了通过改进

PWM技术提高控制精度的一般方法.

关键词:电液比例阀;PWM技术;控制精度

中图分类号:TH137.52文献标识码:B

电液比例阀可以采用性价比高的螺管式比例电

磁铁进行控制,构成比例溢流阀,比例流量阀,比

例方向阀等.在一般工程技术只需对力,位移,速

度等参量进行控制,对动态性能要求不高,所以电

液比例阀能满足要求,因此已被广泛采用.

电液比例控制的核心是控制电流.模拟式控制

功率输出级到比例阀线圈的电流是连续的,功率器

件功耗大,需加装散热装置.而PWM控制功率输

出级为开关型结构,功耗小;PWM信号中包含了

同频率的脉动量,无需另加颤振信号,抗干扰和抗

污染能力强,滞后时间短,重复精度高;由于采用

800mm,直接用80FSB一30L离心泵出料输送到三

乙胺备料槽,下层固溶物再利用位差输送到三乙胺

釜改造后,在近半年的生产中,设备运行达到了预

期的效果.

四,效益

一

车间的三乙胺脱水釜设计改造后,原搪玻璃

反应釜挪作他用,设备投资节约了近l2万元;加

上消耗在管路的物料回收和节约的机电设备电耗,

此改造年可增效28万多元.将反应釜的改造成果

推广到其他两车间,又为企业年创利了74万多元,

并且随着设备运行周期的延续,其经济效益不断地

累积.

收稿日期:2007—01—26

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数控,与计算机连接方便,可实现程序控制.

一

,电液比例阀的结构及控制器特点

比例阀的结构如图1所示,是一个三通阀.两

个比例电磁铁分别控制阀芯的双向运动,两端分别

1.1、PWM原理与DSC实现算法

1.1.1、PWM原理

脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。PWM技术在逆变电路中应用最为广泛，对逆变电路的影响最为深刻，PWM控制技术有赖于在逆变电路中的应用，才发展成熟，才确定了在电力电子技术中的重要地位。

在采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。冲量是指窄脉冲的面积，效果基本相同是说环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析，其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。这种原理称之为面积等效原理，是PWM控制技术的重要理论基础。

下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波。

图1、SPWM原理

把图1中的正弦波分成2N等份，就可以把正弦波看成是由2N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于N，但幅值不相等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲和相应的正弦波部分的中心重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可以得到如图1所示的脉冲序列，这就是PWM波形。根据面积等效原理，PWM波形与正弦波是等效的。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（Sinusoidal PSM）波形。要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照同一比例系数改变上述脉冲的宽度即可。

根据PWM控制的基本原理，如果给出逆变电路的正弦波输出频率、幅值和一个周期内的脉冲数，PWM波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制开关器件的通断，就可以得到需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。与计算法对应的是调试法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调试的信号作为载波，通过信号波的调制得到所希望的PWM波形。通常采用等腰三角形或锯齿波作为载波，其中等腰三角形应用最多。因为等腰三角形上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号相交时，如果在交点时刻对电力电子器件通断控制，就可以得到宽度正不语信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。