基于规则采样线性外推的准自然采样SPWM方法

SPWM与SVPWM之比较一、原理比较SPWM正弦PWM的信号波为正弦波,就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形,其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的.正弦波波形产生的方法有很多种,但较典型的主要有:对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种.第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小,所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波,显然输出电压高于前者,但对于微处理器来说,增加了数据处理量当载波频率较高时,对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的,它兼顾了前两种方法的优点. SPWM虽然可以得到三相正弦电压,但直流侧的电压利用率较低, 最大是直流侧电压的倍,这是此方法的最大的缺点.SVPWM电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同,SPWM调制是从三相交流电源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源.而SVPWM 是将逆变器和电动机看成一个整体,用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量,建立逆变器功率器件的开关状态,并依据电机磁链和电压的关系,从而实现对电动机恒磁通变压变频调速.若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨迹为圆形. SVPWM比SPWM的电压利用率高15%,这是两者最大的区别,但两者并不是孤立的调制方式,典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果,因此SVPWM有对应SPWM的形式.反之,一些性能优越的SPWM方式也可以找到对应的SVPWM算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的,只不过SPWM易于硬件电路实现,而SVPWM更适合于数字化控制系统.二、算法比较SPWM将一个正弦信号作为基准调制波 ,与一个高频等腰三角载波进行比较 ,得到一个等距、等幅但宽度不同的脉冲序列。

脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。

PWM一、什么是PWM？PWM就是根据面积等效原理，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。

脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，称为SPWM。

调制系数：m=调制波幅度/载波幅度。

在保持载波幅度一定的情况下，通过改变调制波幅度，即改变调制系数，可以在直流侧电压一定的条件下，调节输出交流基波电压有效值大小。

通过改变调制波的幅度，可以实现PWM逆变电路的变压。

载波比：N=载波频率/调制波频率。

根据载频三角波和调制波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为同步调制、异步调制和分段同步调制。

二、两种常见的PWM波形：1、三点式（单极性、三电平）2、两点式（双极性、两电平）三、实现方法1、硬件调制法用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波。

2、软件生成法（1）自然采样法以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法。

其求解复杂，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多。

（2）规则采样法（对称）经推导，设一个正弦波周期采样N 个点，则每个采样周期内的脉冲宽度为)2sin 1(2N k a T c πδ+=，k=1，2，3，…，N-1。

若时基计数器工作在向上向下计数模式，设周期寄存器PRD 的值为M ，每个计数脉冲周期为t ，则t M T c ⨯=2，脉冲宽度为)2sin 1(N k a t M πδ+⨯⨯=。

D 点值为)2sin 1(22Nk a M t πδ+⨯=，即为比较寄存器的值。

四、控制电路采用180°导电型方波控制方式，同一相上、下两个桥臂交替通电，互补通断。

五、程序代码1、初始化系统控制2、初始化GPIO3、清除所有中断并初始化中断向量表for(i=0;i<100;i++){SV1V4[i]=(1+sin(2*3.14*i/99))*1000; //采样100个点 }interrupt void epwm1_isr(void){// 更新CMPA和CMPB比较寄存器的值j++;if(j<=99)EPwm1Regs.CMPA.half.CMPA=SV1V4[j];elsej=0;//清除这个定时器的中断标志位EPwm1Regs.ETCLR.bit.INT = 1;//清除PIE应答寄存器的第三位，以响应组3内的其他中断请求；PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP3;}4、初始化EPWMvoid InitEPwm1Example(){// Setup 时基时钟EPwm1Regs.TBPRD = 2000; // 设置PWM周期为2*2000个时钟周期 EPwm1Regs.TBPHS.half.TBPHS = 0x0000; // 相位寄存器清零EPwm1Regs.TBCTR = 0x0000; //时基计数器清零// Setup 比较寄存器EPwm1Regs.CMPA.half.CMPA = EPWM1_MIN_CMPA; // Set compare A value EPwm1Regs.CMPB = EPWM1_MAX_CMPB; // Set Compare B value// Setup 计数模式EPwm1Regs.TBCTL.bit.CTRMODE = TB_COUNT_UPDOWN; //增减计数模式EPwm1Regs.TBCTL.bit.PHSEN = TB_DISABLE; //禁止相位控制EPwm1Regs.TBCTL.bit.HSPCLKDIV = 7; // Clock ratio to SYSCLKOUT EPwm1Regs.TBCTL.bit.CLKDIV = 7;// 设置比较寄存器的阴影寄存器加载条件：时基计数到0EPwm1Regs.CMPCTL.bit.SHDWAMODE = CC_SHADOW;EPwm1Regs.CMPCTL.bit.SHDWBMODE = CC_SHADOW;EPwm1Regs.CMPCTL.bit.LOADAMODE = CC_CTR_ZERO; // Load on ZeroEPwm1Regs.CMPCTL.bit.LOADBMODE = CC_CTR_ZERO;// Set actionsEPwm1Regs.AQCTLA.bit.CAU = AQ_SET; // CTR=CAU时，置高EPwm1Regs.AQCTLA.bit.CAD = AQ_CLEAR; // CTR=CAD时，置低EPwm1Regs.AQCTLB.bit.CBU = AQ_CLEAR; // CTR=CBU时，置低EPwm1Regs.AQCTLB.bit.CBD = AQ_SET; // CTR=CBD时，置高// 1次0匹配事件发生时产生一个中断请求；EPwm1Regs.ETSEL.bit.INTSEL = ET_CTR_ZERO; //选择0匹配事件中断 EPwm1Regs.ETSEL.bit.INTEN = 1; // 使能事件触发中断EPwm1Regs.ETPS.bit.INTPRD = 1; // 1次事件产生中断请求//Setup DeadbandEPwm1Regs.DBCTL.bit.OUT_MODE = DB_FULL_ENABLE;//上升沿和下降沿EPwm1Regs.DBCTL.bit.POLSEL = DB_ACTV_LO;//极性选择控制EPwm1Regs.DBCTL.bit.IN_MODE = DBB_ALL;//ePWMxB是双边沿延时输入源 EPwm1Regs.DBRED = EPWM1_MIN_DB;EPwm1Regs.DBFED = EPWM1_MIN_DB;}。

PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。

PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脉冲幅度调制) 缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。

它广泛的用于支流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。

三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。

SPWM原理，正弦PWM的信号波为正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的。

正弦波波形产生的方法有很多种，但较典型的主要有:对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种。

第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小，所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波，显然输出电压高于前者，但对于微处理器来说，增加了数据处理量当载波频率较高时，对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的，它兼顾了前两种方法的优点。

SPWM虽然可以得到三相正弦电压，但直流侧的电压利用率较低，最大是直流侧电压的倍，这是此方法的最大的缺点。

SVPWM是Space Vector Pulse Width Modul的意思，翻译成空间矢量脉宽调制，它是一种PWM技术的调制方法，他的思想是通过pwm调制形成的pwm波在接入电机三相定子绕组中时，使电机的定子产生圆形旋转磁场，从而带动电机旋转，这里的空间矢量指的是三相定子电压的合成矢量（具体了解你可以看看交流传动方面的书我这里就不解释了），SVPWM 说白了是一种逆变方法是正弦脉宽调制（SPWM)的一个特例，而矢量控制是电动机调速的一种控制方法，他的目的是把三相异步电动机的转速和转矩控制分开使控制更精确，形成类似于直流电动机的数学模型，从而达到直流电动机的控制性能，矢量控制最终算出来的就是三相定子电压的数值，你根据这个数值再运用SVPWM就可以驱动电机达到你的控制要求了。

空间电压矢量调制SVPWM 技术SVPWM是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。

空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。

SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。

下面将对该算法进行详细分析阐述。

1.1SVPWM基本原理SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。

在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。

两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。

逆变电路如图1-1 示。

设直流母线侧电压为U dc，逆变器输出的三相相电压为U A、U B、U C，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量U A(t)、U B(t)、U C(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。

假设U m为相电压有效值，f为电源频率，则有：()cos()()cos(2/3)()cos(2/3)A mB m Cm U t U U t U U t U θθπθπ=⎧⎪=-⎨⎪=+⎩ (1-1)其中，2ft θπ=，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量U(t)就可以表示为：2/34/33()()()()2j j j A B C m U t U t U t e U t e U e ππθ=++=(1-2)可见 U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，U m 为相电压峰值，且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴(a ，b ，c)上的投影就是对称的三相正弦量。

异步电动机SPWM变频调速原理与仿真分析摘要在分析SPWM原理的基础上，利用MATLAB/SIMULINK软件构造了SPWM调速系统的仿真模型并说明了规则采样法的可行性。

该模型主要利用S-函数模拟自然采样法和规则采样法的控制规则并应用电力系统工具箱构建逆变桥和电机，能够比较好的模拟真实的系统并实现变频调速的功能。

通过对仿真结果的分析，对比自然采样法和规则采样法控制性能的差异，得出了规则采样法在工程实际中应用的可行性。

关键词：SPWM，异步电机，MATLAB，仿真，规则采样法，自然采样法The Simulation and Analysis of the Fundmental Principle of Asynchronous Motor SPWM Speed AdjustingABSTRACTBase on analizing SPWM principle, the SPWM velocity modulation system's simulation model has been constructed by using the MATLAB/SIMULINK software.After analizing the results of simulation,the feasibility of the regular sample law is given out. This model mainly uses the S- function analogue natural sampling law and the regular sampling method control rule and construct inverter and machine ,this model can simulate the real system and realize the frequency conversion velocity modulation function. The simulation results is given out in this paper, though analizing the simulation results and constrasting the difference of the control performance of natural sampling law and regular sampling,the application feasibility of the regular sampling law in the project has been obtained.KEYWORDS: SPWM ,aynchronous motor,MATLAB,simulation, regular sampling law, ntural sampling law目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................................................................... I I 1 绪论 (1)1.1交流调速系统的发展 (1)1.2交流调速系统的基本类型 (2)1.2.1 异步电动机调速系统的基本类型 (2)1.2.2 同步电动机调速的基本类型 (4)2 Siulink 仿真基础 (5)2.1 Simulink简介 (5)2.1.1 Simulink 启动 (5)2.1.2 Simulink 组成 (5)2.1.3 仿真过程 (6)2.2 Simulink 模块库简介 (6)2.3电力系统工具箱简介 (6)2.4 S-函数简介 (6)2.4.1 S-函数的基本概念 (6)2.4.2 S-函数的使用 (7)2.4.3 与S-函数相关的一些术语 (7)2.4.4 S-函数的工作原理 (8)2.4.5 编写M文件S-函数 (9)3 异步电动机变压变频调速系统 (11)3.1概述 (11)3.2变压变频调速的基本控制方式 (11)3.2.1 基频以下调速 (11)3.2.2 基频以上调速 (12)3.3异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 (12)4 PWM控制技术 (15)4.1 正弦脉宽调制原理及其优点 (15)4.1.1 SPWM原理 (15)4.1.2 SPWM的优点 (18)4.1.3关于SPWM的开关频率 (19)4.2 同步调制和异步调制 (19)4.2.1 异步调制 (19)4.2.2 同步调制 (19)4.2.3 分段同步调制 (20)4.3 SPWM波形的生成 (20)4.3.1 自然采样法 (20)4.3.2 规则采样法 (21)5 异步电动机SPWM变频调速仿真系统的设计 (23)5.1自然采样法系统的设计 (23)5.1.1 三角波的生成 (23)5.1.2 自然采样法SPWM 脉冲的生成 (25)5.1.3 直流电源 (25)5.1.4 逆变器的设计 (25)5.1.5 系统总框图的设计 (26)5.2 规则采样法系统的设计 (26)5.2.1 规则采样法脉冲的生成 (26)5.2.2 规则采样法系统总框图的设计 (28)5.3仿真分析 (28)5.3.1 额定转速（50HZ）的波形 (29)5.3.2 性能对比分析 (30)致谢 (36)参考文献 (37)1 绪论1.1 交流调速系统的发展[1]直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。

一种新型的波峰波谷平均值SPWM采样法俞建军;江先志【摘要】分析了常用SPWM采样法的不足,介绍了几种目前提出的新型采样法并分析了它们各自的优缺点,在此基础上提出了一种新型的波峰波谷平均值SPWM采样法,详细阐述了新方法的基本工作原理.该采样方法与传统采样方法相比,采样开关点与脉冲宽度更接近于自然采样法结果,且一个周期内的采样次数与不对称规则采样法相同,计算量不增加.给出了该采样法的实现方法和实际硬件电路上的实验结果,证明了该方法的可行性.【期刊名称】《成组技术与生产现代化》【年(卷),期】2016(033)002【总页数】5页(P54-58)【关键词】SPWM;不对称规则采样;脉冲宽度【作者】俞建军;江先志【作者单位】浙江理工大学机械与自动控制学院,浙江杭州310018;浙江理工大学机械与自动控制学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TN92脉冲宽度调制(PWM)是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，广泛应用于变频器、逆变器、电机控制、通信等领域.PWM控制技术以其控制简单、灵活，动态响应好等优点而成为电力电子技术应用最广泛的控制方式.在各种PWM控制方式中，正弦脉宽调制(Sine-Wave Pulse-Width Modulation，SPWM)技术以其算法简单、易于实现、谐波含量少和易于控制频率及幅值等优点得到了广泛应用[1].SPWM使用脉冲宽度按照正弦规律变化的等效PWM波形(即SPWM波形)控制逆变电路中开关器件的通断，使输出脉冲电压的面积与参考正弦波在相应的区间内面积相等.同时，通过改变调制波的频率和幅值可以方便地调节输出电压的频率和幅值.常用的SPWM采样法一般有自然采样法、对称规则采样法、不对称规则采样法等.自然采样法是最接近正弦规律的采样法，但由于其不利于数字化实现一般应用较少；对称规则采样法是在自然采样法基础上进行简化的一种采样法，计算简单，实用性强，在一般精度要求不高的逆变电路中广泛应用，但由于其与自然采样法的开关时刻点存在较大误差，因此适用范围受限；不对称规则采样法在对称规则采样法上进行改进，在每一个采样周期采样两次，其脉冲开关点较对称规则采样法更接近于自然采样法，输出波形质量更好，但由于其开关点都位于正弦调制波单侧，因此存在无法纠正的误差.本文在简单分析各种常用采样法工作原理和优缺点基础上提出了一种新型的波峰波谷平均值采样法，其脉冲开关点较传统采样法更接近于自然采样法，且开关点时刻可实时计算，不增加计算量，同时避免了开关点位于同侧的缺点，可有效改善常用采样法的采样效果.1.1 自然采样法自然采样法基于面积等效原理，以高频等幅三角波和正弦基波的自然相交点作为控制开关器件通断的时刻.自然采样法能准确地求取开关点的时刻和脉冲宽度，脉冲宽度能最大程度地按照正弦规律变化，但是由于其脉宽计算过程中要求解一个超越方程，各采样点不能预先计算得到，同时在使用微处理器计算时要花费大量的计算时间，求解复杂，所以一般使用模拟电路控制完成，在一般实际数字控制中并不适用[2].1.2 对称规则采样法对称规则采样法是一种在自然采样法基础上得到的实用方法，其效果接近自然采样法，但计算量却比自然采样法小得多.对正弦波进行采样得到阶梯波与三角波相交，由交点得到脉冲宽度，SPWM的每一个脉冲均以三角载波的中心线对称，因此每个载波周期只需要一个采样点就可以确定开关点的时刻[3].对称规则采样法在一个三角载波周期内只需要对正弦调制波采样一次，简化了计算，根据开关通断时间可实时计算出SPWM各脉宽的上升时间和下降时间，实现数字化控制.但是，由于对称规则采样法与自然采样法相比存在较大误差，其开关时刻点相差较大，所以存在一定的控制误差.1.3 不对称规则采样法不对称规则采样法比对称规则采样法的采样点增加一倍，在每一个三角载波周期内，分别在三角载波波峰和波谷各采样一次.图1所示，在三角载波的波峰D和波谷E处对正弦波采样，延长与三角载波相交于点A、B，时间轴上的点tA、tB即为高电平的开、关时间.设三角载波的幅值为1，调制度为M，三角载波周期为Tc，采样序号为K，载波比为N，得：生成的SPWM波脉宽为：由于不对称规则采样法在每个三角载波周期内采样两次，使得高电平的起始点tA更接近自然采样法的交点，因此这样采样所形成的SPWM波比规则采样所得到的波形更接近正弦波.但同时，由于脉宽计算公式中需要计算两次正弦值，增加了程序计算的复杂度，也使得系统的延时增加.不对称规则采样法所得到的采样点均处于正弦调制波下方，使得高电平脉宽始终小于自然采样法所得脉宽，造成输出的SPWM存在不可消除的误差[4].2.1 新型波峰波谷平均值采样法的基本原理为了改善SPWM输出波形的质量，人们已经提出了很多新型采样方法，如两点式不对称规则采样法、改进的等面积算法、线性外推的SPWM采样法、峰值型采样法等.这些方法本质都是使得采样点尽可能地接近自然采样点，以达到输出波形尽可能接近正弦波的目的.但各种新型采样法也存在各自的缺点，两点式不对称规则采样法在正弦调制波顶点处附近，采样点都位于正弦调制波同一侧，导致采样误差[5]；改进的等面积算法在开关点时刻计算式中存在反三角函数，计算复杂且对微处理器的要求高[6]；线性外推的SPWM采样法在正弦调制波正半周期部分，脉冲起始点位于自然采样点左侧，关断点位于自然采样点右侧，负半周期部分，脉冲起始点位于自然采样点右侧，关断点位于自然采样点左侧，导致正半周期幅值大于负半周期，且其误差不可改变[7]；峰值型采样法的开关点计算式中需实时计算两个正弦值，若预先求得开关点，采用查表方式，同样会增加程序设计的复杂程度，也会使系统产生较大延时，此外，该采样法获得的采样点都位于正弦调制波同一侧，造成无法改变的误差[4].为了改善传统不对称规则采样法存在的缺点，使得采样交点更接近自然采样点，本文提出了一种基于三角载波波峰和波谷平均值的不对称规则采样法.新型波峰波谷平均值采样法如图2所示.假设时刻t0为起始点，在三角载波峰时刻t0采样得到采样值C点，在波谷时刻t1采样得到正弦值(A点、B点)，在下一个波峰时刻t2采样得到D点.使用A、C和B、D的正弦平均值时刻，即三角载波上A、E点；B、F点的中点作为开关点时刻.因为从过零点或波峰波谷起1/4周期内正弦调制波是单调函数，则从幅度来看每次三角载波的采样值都交错分布在正弦波两侧.因此，取任两次采样点的幅度平均值，其值与传统不对称规则采样法相比更接近正弦调制波.2.2 开关通断时刻及脉冲宽度计算假定采样时刻t2为第K个采样点，由于三角载波的频率远远大于正弦调制波的频率，即载波比N很大，所以在一个小的三角载波周期内可将正弦调制波看作单调变化的函数.根据相似三角形定理：则开关点：采样时间点t1前的导通时间：t1前的关断时间：同理：开关点：采样时间点t1后的导通时间：t1后的关断时间：脉冲宽度：ton=ton1+ton2=间歇时间：toff=toff1+toff2=由公式可递推第i个脉冲宽度：式中：t0i=(i-1)Tct2i=iTc正弦调制波变化角频率ω=2πfm，三角载波周期，采样时刻：式中：i=2,3,……,N；fm——正弦调制波频率；fc——三角载波频率；N——载波比.由式(15)与(17)可知，第(k-1)次采样周期中采样时间点t2(k-1)即第k次采样周期中采样时间点t0(k)，在实际程序中，可保留前一周期的采样值t2(k-1)，只计算ωt1(k),ωt2(k)即可.由此可知，新型波峰波谷平均值采样法每周期的采样点数和计算量与不对称规则采样法相同.图3给出了自然采样法、传统对称与不对称规则采样法、新型波峰波谷平均值采样法这4种采样法在一个周期内的脉冲宽度与开关点时刻(实际情况中脉宽高度相同).由图3可知，新型波峰波谷平均值采样法的脉冲开关点相比其他两种采样法更接近于自然采样法所生成的开关点，因此其生成的SPWM波与最终正弦波形谐波含量更少.本文采用STM32F103ZET6芯片的高级定时器TIM1与TIM8来实现新型波峰波谷平均值采样法.TIM1中的ARR寄存器给定三角载波周期值，定时器TIM8完成每周期中采样时间间隔和脉冲宽度的定时.当TIM1上溢中断时触发中断请求，SPWM输出GPIO口输出低电平，同时向定时器TIM8中预装载间歇时间toff1并启动TIM1与TIM8.当定时器TIM8上溢中断时触发中断，CPU响应该中断请求，将脉冲宽度值ton装入TIM8中，SPWM输出GPIO口输出高电平，同时启动TIM8.当定时器TIM8再次上溢中断时，中断服务程序将GPIO输出口电平再次置低，当定时器TIM1上溢中断时，程序即进入下一个采样周期，重复上述过程. 在300 W小功率逆变器中采用新型波峰波谷平均值采样法，可得到实际SPWM 波形.其中N=360，fc=18 kHz,fm=50 Hz.图4所示为输出SPWM波经过LC滤波之后得到的波形.从上述分析和实验结果可知，采用新型波峰波谷平均值采样法，其脉冲开关点更接近自然采样法，采样误差小于对称规则采样法与不对称规则采样法，故其生成的最终正弦波形更接近正弦波，谐波分量更少，同时其各脉冲开关点可预先计算且相比不对称规则采样法其计算量并不增加.因此，本文所提出的新型波峰波谷平均值采样法是一种可行的新型SPWM采样方法.【相关文献】[1] 朱其新,陈健亨,胡寿松.一种组合型中点SPWM采样方法的研究[J].电机与控制学报,2014,18(12):72-78.[2] 陈明星,时斌,陈益果.基于DSP的新型SPWM采样方法[J].电气自动化,2011,33(5):45-47.[3] 孟凡军,李正熙.基于DSP的一种不对称规则SPWM采样算法[J].电机技术,2006(2):7-10.[4] 李扶中,熊蕊.一种新型的不对称规则SPWM采样法[J].电力电子技术,2007,41(4):93-95.[5] 卢秀和,王辉,薛鹏,等.一种不对称规则SPWM采样法[J].机械与电子,2004(9):3-5.[6] 廖晓钟,金英.一种改进的生成SPWM波形的等面积算法[J].北京理工大学学报,2001,21(6):710-714.[7] 孟建华,毛惠丰,陈增禄,等.一种新的准自然采样SPWM方法及其应用[J].纺织高校基础科学学报,2007,20(3):318-322.。

SPWM波形优化算法及其DSP实现1.引言从逆变器诞生之日起人们就把改善输出波形，消除谐波，提高波形质量作为一项重要的研究内容,所以对SPWM波形的谐波分析有着十分重要的意义[1]。

对于实时计算的PWM 控制方法常常需要建立数学模型，较为常用的是采样型的SPWM法。

文[2]指出,在对正弦波进行调制时，采用三角波作为载波比用锯齿波产生更少的谐波分量，自然采样SPWM法就是通过正弦波与三角波的比较来决定开关点的位置，原理简单易于用模拟电路实现，但由于其开关模式不能用显式表达，难以用微机实现实时控制，因此发展了规则采样法。

本文给出了一种基于DSP的对称规则SPWM生成法——开关点预置算法，开关点预置最优SPWM控制波形的确定是以输出THD性能指标最小为优化目标，在同样开关频率的前提条件下，从所有可能的开关控制波形中唯一地筛选出来的，因此所选取的开关控制波形即为同样开关频率下所有SPWM控制波形中最优的选择，以此来控制逆变桥开关，其最终输出正弦信号也必然地具有最优性。

2.对称规则SPWM波的生成自然取样法的主要问题是SPWM波形每一个脉冲的起始和结束时刻tA和tB对于三角载波的中心线不对称，因而求解困难[3]。

工程上实用的方法要求计算简单，误差不是很大，因此对自然取样法进行一些近似处理，得出了各种规则采样方法。

规则采样法是波形发生器通过编程方法实现的几种方式之一，这种方式使PWM波产生的谐波小，在三相异步电动机变频调速系统中，通常都采用此种方法。

在三角波的一个周期内，只利用三角波的一个峰值点所对应的正弦函数值求取的脉冲以三角波的峰值点为对称，因此这种采样法称为对称规则采样法，如图1所示。

图1. 生成SPWM波的规则采样法若以单位量1代表三角载波的幅值Uc，则正弦波的幅值Um就是调制度m，m=Um/Uc,再由图1几何关系可知：式中：ωs为正弦调制信号的角频率，；Tc为载波周期；fm为调制波频率。

根据脉宽时间计算公式，如果一个周期内有N个矩形波(通常N取为3的整数倍)，载波比N=fc/fm,则第i个矩形波的占空比为：(3)可见，在已知载波周期Tc、正弦波电压Um或m以及每个特定时刻的函数值，便可以计算出第i个脉宽时间和间隙时间。