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正弦波脉宽调制代码
脉宽调制（PWM）是一种常用的信号调制技术，用于控制电子设备中的各种功能。
它可以通过改变信号的脉冲宽度来控制输出信号的平均功率。
正弦波脉宽调制（SPWM）是一种特殊的PWM技术，它使用正弦波信号作为调制信号。
SPWM技术在电力电子领域有着广泛的应用。
例如，它可以用于变频器控制，将直流电源转换为交流电源。
此外，SPWM技术还可以在音频放大器中使用，通过调制音频信号的脉冲宽度来控制音量大小。
SPWM技术的实现相对简单。
首先，需要一个正弦波信号作为调制信号。
这个信号可以通过一个简单的振荡电路产生。
然后，将调制信号与一个高频的方波信号进行比较。
当调制信号的幅度大于方波信号时，输出信号为高电平；当调制信号的幅度小于方波信号时，输出信号为低电平。
通过改变调制信号的幅度和频率，可以控制输出信号的平均功率和频率。
SPWM技术的优点在于可以产生接近正弦波的输出信号。
由于正弦波信号具有较低的谐波含量，因此SPWM技术可以减小输出信号中的谐波成分，提高系统的效率。
此外，SPWM技术还可以实现精确的电压和频率控制，满足不同应用的需求。
正弦波脉宽调制是一种常用的信号调制技术，广泛应用于电力电子
和音频放大器等领域。
它通过改变信号的脉冲宽度来控制输出信号的平均功率和频率。
SPWM技术具有接近正弦波的输出特性，可以减小谐波成分，提高系统的效率。
通过合理的调制信号设计，可以实现精确的电压和频率控制，满足各种应用需求。
正弦脉宽调制的控制方法以正弦脉宽调制的控制方法为标题，写一篇文章。
正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM）是一种常用的调制技术，用于控制电力电子器件的输出波形。
在电力电子领域中，SPWM被广泛应用于交流调速系统、逆变器、电力变换器等设备中。
本文将介绍SPWM的工作原理、控制方法及其应用。
SPWM的工作原理是通过调节脉冲宽度的方式来控制输出电压的幅值。
当输入信号为正弦波时，通过比较器将正弦波信号与一个三角波进行比较，根据比较结果来确定输出脉冲的宽度。
当正弦波信号的幅值大于三角波信号时，输出脉冲宽度增大；当正弦波信号的幅值小于三角波信号时，输出脉冲宽度减小。
通过这种方式，可以实现对输出电压的精确控制。
SPWM的控制方法主要包括三角波发生器、比较器和滤波器。
三角波发生器产生一个稳定的三角波信号，作为参考波形；比较器将输入的正弦波信号与三角波信号进行比较，产生脉冲宽度调制信号；滤波器用于去除脉冲信号中的高频成分，得到平滑的输出波形。
在SPWM的控制中，三角波的频率和幅值是两个关键参数。
频率的选择要根据被控制设备的要求来确定，一般选择合适的频率可以减小谐波干扰。
而幅值的选择则取决于输出电压的需求，通过调节幅值可以实现输出电压的精确控制。
SPWM技术在电力电子领域具有广泛的应用。
在交流调速系统中，SPWM可以实现对电机的精确控制，提高系统的效率和稳定性。
在逆变器中，SPWM可以将直流电转换为交流电，用于驱动电机等设备。
在电力变换器中，SPWM可以将电能从一种形式转换为另一种形式，实现能量的传递和分配。
总结一下，正弦脉宽调制是一种常用的控制方法，通过调节脉冲宽度来控制输出电压的幅值。
SPWM的控制方法包括三角波发生器、比较器和滤波器。
它在交流调速系统、逆变器和电力变换器等设备中有着广泛的应用。
通过合理选择三角波的频率和幅值，可以实现对输出电压的精确控制，提高系统的效率和稳定性。
spwm原理
脉宽调制（SPWM）是一种用于控制交流电源输出的方法。
其原理是通过调整脉冲宽度来控制电源输出的平均值。
脉宽调制通常被用于变频器、电机控制和逆变器等应用中。
脉宽调制的原理是将一个固定频率的正弦波信号与一个可调节脉冲宽度的方波信号进行比较。
比较的结果可以用来调整输出的脉冲宽度，从而实现对电源输出电压或电流的控制。
在SPWM中，首先需要确定一个基准正弦波信号，其频率通
常与所需要的输出电源频率相同。
然后，通过一个比较器来将基准正弦波信号与方波信号进行比较。
比较器的输出结果可以用来控制开关电路的开关状态。
当基准正弦波信号的幅值大于方波信号的幅值时，开关电路闭合；当基准正弦波信号的幅值小于方波信号的幅值时，开关电路断开。
通过调整方波信号的脉冲宽度和占空比，可以控制开关电路开关的时间比例。
因此，通过调整方波信号的脉冲宽度，就可以实现对输出电压或电流的控制。
脉宽调制技术具有高效、精确和可靠的特点。
它可以通过调整脉冲宽度来实现对输出功率的精确控制，从而充分利用电源的能量。
此外，脉宽调制技术还可以有效减小电源的谐波失真，提高电源的功率因数，以及降低电源的噪声和干扰。
总之，脉宽调制技术是一种有效的电源控制方法，通过调整脉冲宽度来实现对输出电压或电流的精确控制。
它在各种应用中
都有广泛的应用，为电力系统的稳定运行和节能减排提供了重要的支持。
试说明spwm控制的工作原理SPWM全称为Sinusoidal Pulse Width Modulation，即正弦脉宽调制。
它是一种常用于交流电机调速和逆变器控制的技术。
SPWM通过控制脉冲宽度使其与正弦波形进行调制，从而实现对输出电压或电流的精确控制。
下面将详细介绍SPWM控制的工作原理。
SPWM控制的基本原理是改变电源开关器件的导通和截止时间，以控制输出电压或电流的有效值和相位角。
在SPWM控制中，有两个主要的时序信号：参考正弦信号和比较信号。
参考正弦信号是一个预先确定的正弦波形，用于建立期望的输出信号；比较信号是将参考正弦信号与三角波形进行比较，决定开关器件的导通和截止时间。
根据比较信号的情况，控制开关器件的导通和截止时间来控制输出信号的波形和参数。
SPWM控制的关键是生成一个比较信号，该信号决定了开关器件的导通和截止时间。
实现这一点的一种常用方法是使用三角载波发生器。
三角载波发生器是一个周期为Tp的三角波形信号发生器，它的频率形成了SPWM波形的基础频率。
比较信号是将参考正弦信号与三角波形进行比较，这样就可以得到一个PWM信号，用于控制开关器件的导通和截止时间。
SPWM控制的具体步骤如下：1. 参考正弦信号生成：首先需要生成一个参考正弦信号，其频率和幅值由控制系统确定。
常用的方法是使用数字正弦波表格，根据需要的频率和幅值，在每个采样周期内逐步读取表格中的数值，如此可生成一个与所需正弦波形接近的参考正弦信号。
2. 三角波形生成：采用三角载波发生器产生一个周期为Tp的三角波形信号。
该三角波形信号的频率通常大于参考正弦信号的频率，以保证调制后的PWM 信号具有足够的细腻度。
3. 参考正弦信号与三角波形比较：将上述生成的参考正弦信号与三角波形信号进行比较。
比较的方法是通过比较器将两者相减，结果分为三种情况：正输入、零输入和负输入。
4. 正输入：当参考正弦信号的幅值大于三角波形信号的幅值时，比较器的输出为高电平，开关器件导通；当参考正弦信号的幅值小于三角波形信号的幅值时，比较器的输出为低电平，开关器件截止。
引言随着电力电子技术的飞速发展，正弦脉宽调制（SPWM）变频器也得到了大力的发展，在各个领域内得到了广泛的应用。
SPWM 变频器主要应用于中小容量，高性能的交流调速系统中，这种新型的变频器具有如下的优点：(1) 输出电压的幅值和频率均在逆变器内控制和调节，可以方便的实现压频比恒定控制或低频时幅值电压的补偿等功能，系统的动态性能较好;(2) 功率变化只在逆变器内完成，逆变器可由二极管整流供电，电网的功率因数较高；(3)由SPWM逆变器供电的异步电机的电流波形接近正弦波，谐波分量较少，矩阵脉动小，改善了电动机的运行性能。
鉴于正弦脉宽（SPWM）变频器的上述优点，以及在实际电气传动系统中，不同设备对电源的不同需求。
本文采用了新型功率器件IGBT和8031AH单片机控制系统，设计了一种新型的单相桥式SPWM变频电源。
该变频电源采用恒压频比控制，即U/F为常数，能使主频率在0 ～ 100Hz内可调，且将软件设计和硬件设计结合起来，减少了硬件电路的不必要的成本，又使软件编程不至于繁锁。
本设计由我和张建忠同学合作完成，我主要作硬件原理设计参数计算与软件编程、调试等工作，具体内容在本论文中有详述。
而有关硬件绘图、电路仿真及电路介绍等内容可参阅张建忠同学的毕业论文。
由于设计者的能力有限，在设计过程中得到了常宝林老师的悉心教导和大力协助，才将本设计顺利的完成。
在此，向指导老师并支持过我们的各位老师表示衷心的感谢。
目录第一章脉宽调制（PWM）逆变器一、脉宽调制技术（PWM）及其分类……………………..二、正弦脉宽调制技术………………………………………三、同步调制和异步调制……………………………………四、SPWM波形的软件生成………………………………第二章单相桥式正弦脉宽调制（SPWM）变频电源硬件设计……一、设计方案及总体框图…………………………………..二、电路原理与参数计算…………………………………..§1.主电路……………………………………………………§2.驱动电路…………………………………………………§3. 吸收电路…………………………………………………..§4.保护电路………………………………………………….§5. 控制及接口电路………………………………………….第三章软件设计……………………………………………….一．对称规则采样法………………………………………….二．地址分配………………………………………………….三．程序设计…………………………………………………..四．程序调试与仿真…………………………………………五．程序清单……………………………………………………结束语……………………………………………………………….参考文献……………………………………………………………外文翻译……………………………………………………………第一章脉宽调制逆变器一、脉宽调制（PWM）技术及其分类在电气传动系统中，广泛的应用的PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的的一种控制技术。
正弦脉宽调制（SPWM）控制2010—09-18 ylw527+关注献花（4)为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳,从而获得优秀的工作性能,现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制（pulse width modulation, 简称pwm ) 控制的,只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。
应用最早而且作为pwm控制基础的是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation，简称spwm）.图3—1与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列3。
1正弦脉宽调制原理一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1所示.图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形（假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积,也即有等效的作用。
为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好,显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。
在通用变频器采用的交-直—交变频装置中，前级整流器是不可控的,给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒定。
从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代(见图3-2），只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制（spwm）波形。
例如，把正弦半波分作n等分(在图3-2中，n=9),把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替,矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm波形。
同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。
这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的spwm波形称作单极式spwm.图3-2spwm波形图3-3是spwm变压变频器主电路的原理图，图中vt1～vt6是逆变器的六个全控型功率开关器件,它们各有一个续流二极管(vd1～vd6)和它反并联接。
正弦脉宽调制（SPWM）控制（转载）为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳，从而获得优秀的工作性能，现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。
应用最早而且作为pwm 控制基础的是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称spwm)。
图3-1 与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列3.1 正弦脉宽调制原理一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1所示。
图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。
为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。
在通用变频器采用的交-直-交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒定。
从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。
例如，把正弦半波分作n等分(在图3-2中，n=9)，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm波形。
同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。
这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的spwm波形称作单极式spwm。
图3-2 spwm波形图3-3是spwm变压变频器主电路的原理图，图中vt1~vt6是逆变器的六个全控型功率开关器件，它们各有一个续流二极管(vd1~vd6)和它反并联接。
整个逆变器由三相不可控整流器供电，所提供的直流恒值电压为u d。
图3-3 spwm变压变频器主电路原理图某一相的单极式spwm波形是由逆变器该相上(或下)桥臂中一个功率开关器件反复导通和关断形成的。
在正弦脉宽调制方法中，利用正弦波作调制波(modulation wave)，受它调制的信号称为载波(carrier wave)，常用等腰三角波作载波。
当调制波与载波相交时(见图3-4a)，其交点决定了逆变器开关器件的通断时刻。
例如：当a相的调制波电压u ra高于载波电压u t时，使开关器件vt1导通，输出正的脉冲电压(见图3-4b)；当u ra低于u t时，使vt1关断，输出电压下降为零。
在u ra的负半周中，可用类似的方法控制下桥臂的vt4，输出负的脉冲电压序列。
若改变调制波的频率，输出电压基波的频率也随之改变；降低调制波的幅值时，如图中的，各段脉冲宽度变窄，输出电压的基波幅值也相应减小。
a)正弦调制波与三角载波b) 输出的spwm波图3-4 单极式脉宽调制波的形成上述单极式spwm波形在半周内的脉冲电压只在“正”(或“负”)和“零”之间变化，主电路每相只有一个开关器件反复通断。
如果让同一桥臂上、下两个开关器件互补地导通与关断，则输出脉冲在“正”和“负”之间变化，就得到双极式的spwm波形。
图3-5绘出了三相双极式正弦脉宽调制波形，其调制方法和单极式相似，只是输出脉冲电压的极性不同。
当a相调制波u ra>u t时，vt1导通，vt4关断，节点a与直流电源中点o`间的相电压为u a0’=+u d/2(图3-5b)；当u ra< u t时，vt1关断而vt4导通，则u a0’=－u d/2。
所以a相电压u a0’=f(t)是以+u d/2和－u d/2为幅值作正、负跳变的脉冲波形。
同理，图3-5c的u b0’=f(t)是由vt3和vt6交替导通得到的，图3-5d 的u c0’=f(t)是由vt5和vt2交替导通得到的。
由u a0’和u b0’相减，可得逆变器输出的线电压u ab=f(t)(图3-5e)，也就是负载上的线电压，其脉冲幅值为+ud和－ud。
可见，线电压的spwm波是由±u d和0三种电平构成的。
图3-5 三相桥式pwm逆变器的双极性spwm波形图5-20中的u ao`、u bo`与u co`是逆变器输出端a、b、c分别与直流电源中点o`之间的电压，o`点与负载的零点o并不一定是等电位的，u ao`等并不代表负载上的相电压。
令负载零点o与直流电源中点o`之间的电压为u oo`，则负载各相的相电压分别为(3-1)将式(3-1)中各式相加并整理后得一般负载三相对称，则u ao+u bo+u co=0，故有(3-2)由此可求得a相负载电压为(3-3)在图3-5f中绘出了相应的负载a相电压波形，u bo和u co波形与此相似。
3.2 spwm波的基波电压对电动机来说，有用的是电压的基波，希望spwm波形中基波的成分越大越好。
为了找出基波电压，须将spwm脉冲序列波u(t)展开成傅氏级数，由于各相电压正、负半波及其左、右均对称，它是一个奇次正弦周期函数，其一般表达式为式中(3-4)要把包含n个矩形脉冲的u(t)代入上式，必须先求得每个脉冲的起始相位和终了相位。
在图3-5中，由于在原点处三角波是从负的顶点开始出现的，所以第i个脉冲中心点的相位应为(3-5)于是，第i个脉冲的起始相位为终了相位为其中δi是第i个脉冲的宽度。
把各脉冲起始和终了相位代入式(3-4)中，可得(3-6)故(3-7)以k=1代入式(3-7)，可得输出电压的基波幅值。
当半个周期内的脉冲数n不太少时，各脉冲的宽度δi都不大，可以近似地认为sinδi/2≈δi/2，因此(3-8)可见输出基波电压幅值u1m与各段脉宽δi有着直接的关系，它说明调节参考信号的幅值从而改变各个脉冲的宽度时，就可实现对逆变器输出电压基波幅值的平滑调节。
根据脉冲与相关段正弦波面积相等的等效原则可以导出(3-9)将式(3-5)、式(3-9)代入式(3-8)，得(3-10)可以证明，除n=1以外，有限项三角级数而n=1是没有意义的，因此由式(3-10)可得u1m=u m也就是说，spwm逆变器输出脉冲波序列的基波电压正是调制时所要求的正弦波幅值电压。
当然，这个结论是在作出前述的近似条件下得到的，即n不太少，sinπ/2n ≈π/2n，且sinδi/2≈δi/2。
当这些条件成立时，spwm变压变频器能很好地满足异步电动机变压变频调速的要求。
要注意到，spwm逆变器输出相电压的基波和常规六拍阶梯波的交-直-交变压变频器相比要小一些，据有关资料介绍，仅为其86%~90%，这样就影响了电机额定电压的充分利用。
为了弥补这个不足，在spwm逆变器的直流回路中常并联相当大的滤波电容，以抬高逆变器的直流电源电压u d。
3.3 脉宽调制的制约条件根据脉宽调制的特点，逆变器主电路的功率开关器件在其输出电压半周内要开关n次。
如果把期望的正弦波分段越多，则n越大，脉冲波序列的脉宽δi越小，上述分析结论的准确性越高，spwm波的基波就更接近期望的正弦波。
但是，功率开关器件本身的开关能力是有限的，因此，在应用脉宽调制技术时必然要受到一定条件的制约，这主要表现在以下两个方面。
3.3.1 功率开关器件的开关频率各种电力电子器件的开关频率受到其固有的开关时间和开关损耗的限制，全控型器件常用的开关频率如下：双极型电力晶体管(bjt)开关频率可达1~5khz，可关断晶闸管(gto)开关频率为1~2khz，功率场效应管(p-mosfet)开关频率可达50khz，而目前最常用的绝缘栅双极晶体管(igbt)开关频率为5～20khz。
定义载波频率f t与参考调制波频率f r之比为载波比n(carrier ratio)，即(3-11)相对于前述spwm波形半个周期内的脉冲数 n来说，应有n=2n。
为了使逆变器的输出尽量接近正弦波，应尽可能增大载波比，但若从功率开关器件本身的允许开关频率来看，载波比又不能太大。
n值应受到下列条件的制约：(3-12)式(3-12)中的分母实际上就是spwm变频器的最高输出频率。
3.3.2 最小间歇时间与调制度为保证主电路开关器件的安全工作，必须使调制的脉冲波有个最小脉宽与最小间歇的限制，以保证最小脉冲宽度大于开关器件的导通时间t on，而最小脉冲间歇大于器件的关断时间t off。
在脉宽调制时，若n为偶数，调制信号的幅值u rm与三角载波相交的两点恰好是一个脉冲的间歇。
为了保证最小间歇时间大于t off，必须使u rm低于三角载波的峰值u tm。
为此，定义u rm与u tm之比为调制度m，即(3-13)在理想情况下，m值可在0~1之间变化，以调节逆变器输出电压的大小。
实际上，m 总是小于1的，在n较大时，一般取最高的m=0.8~0.9。
3.4 同步调制与异步调制在实行spwm时，视载波比n的变化与否，有同步调制与异步调制之分。
3.4.1 同步调制在同步调制方式中，n＝常数，变频时三角载波的频率与正弦调制波的频率同步改变，因而输出电压半波内的矩形脉冲数是固定不变的。
如果取n等于3的倍数，则同步调制能保证输出波形的正、负半波始终对称，并能严格保证三相输出波形间具有互差 120°的对称关系。
但是，当输出频率很低时，由于相邻两脉冲间的间距增大，谐波会显著增加，使负载电动机产生较大脉动转矩和较强的噪声，这是同步调制方式的主要缺点。
3.4.2 异步调制为了消除同步调制的缺点，可以采用异步调制方式。
顾名思义，异步调制时，在变压变频器的整个变频范围内，载波比n不等于常数。
一般在改变调制波频率fr时保持三角载波频率ft不变，因而提高了低频时的载波比。
这样输出电压半波内的矩形脉冲数可随输出频率的降低而增加，从而减少负载电动机的转矩脉动与噪声，改善了系统的低频工作性能。
有一利必有一弊，异步调制方式在改善低频工作性能的同时，又失去了同步调制的优点。
当载波比n随着输出频率的降低而连续变化时，它不可能总是3的倍数，势必使输出电压波形及其相位都发生变化，难以保持三相输出的对称性，可能引起电动机工作的不平稳。
3.4.3 分段同步调制为了扬长避短，可将同步调制和异步调制结合起来，成为分段同步调制方式，实用的spwm变压变频器多采用这种方式。
在一定频率范围内采用同步调制，可保持输出波形对称的优点，但频率降低较多时，如果仍保持载波比n不变，输出电压谐波将会增大。
为了避免这个缺点，可以采纳异步调制的长处，使载波比分段有级地加大，这就是分段同步调制方式。
