超詳細(xì)解讀PWM的控制方式

PWM的全稱是脈沖寬度調(diào)制(Pulse-width modulation)，是通過(guò)將有效的電信號(hào)分散成離散形式從而來(lái)降低電信號(hào)所傳遞的平均功率的一種方式；

PWM一種模擬控制方式，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。脈沖寬度調(diào)制(PWM )是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。

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。

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.PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，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，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形。所以根據(jù)面積等效法則，可以通過(guò)對(duì)改變脈沖的時(shí)間寬度，來(lái)等效的獲得所需要合成的相應(yīng)幅值和頻率的波形.

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。PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。

PWM實(shí)現(xiàn)的原理是通過(guò)鋸齒波/三角波(載波)所需要合成的波形(調(diào)制波)進(jìn)行比較，然后確定PWM所需要輸出的極性，通常是ON或者是OFF，因?yàn)橐话愣际亲饔玫介_(kāi)關(guān)元器件上；如下圖所示；

用Siumlink模擬一下

振蕩器輸出的鋸齒波和參考值 進(jìn)行比較，然后就可以輸出PWM波形了；

50%的占空比

1.鋸齒波(圖中橙色波形)最大為10，然后我希望輸出平均為5的波形(圖1中紅色的水平直線)；

2.那么通過(guò)比較，當(dāng)鋸齒波小于5時(shí)；PWM輸出低電平，即為OFF；

3.當(dāng)鋸齒波大于5時(shí)，PWM輸出高電平，即為ON；

參考STM32中PWM的配置，根據(jù)載波波形的形狀，假設(shè)三角波最大值是10，那么它的變化過(guò)程可能存在以下兩種情況：

1.完整周期包括兩個(gè)過(guò)程，先遞增，再遞減：增加增加減少減少，這種也叫中央對(duì)齊PWM；

2.完整周期只有遞增過(guò)程：增加增加；

脈沖波的中心將會(huì)被固定在時(shí)間窗格的中心，同時(shí)脈沖波的兩邊可以移動(dòng)，使得波的寬度被延伸或壓縮，具體如下圖所示；

中央對(duì)齊的PWM模式

這個(gè)是另外一種的輸出

電流控制PWM的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號(hào)，把實(shí)際的電流波形作為反饋信號(hào)，通過(guò)兩者瞬時(shí)值的比較來(lái)決定各開(kāi)關(guān)器件的通斷，使實(shí)際輸出隨指令信號(hào)的改變而改變。

空間電壓矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，用逆變器不同的開(kāi)關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開(kāi)關(guān)形成PWM波形。此法從電動(dòng)機(jī)的角度出發(fā)，把逆變器和電機(jī)看作一個(gè)整體，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)(正弦磁通)。具體方法又分為磁通開(kāi)環(huán)式和磁通閉環(huán)式磁通開(kāi)環(huán)法用兩個(gè)非零矢量和一個(gè)零矢量合成一個(gè)等效的電壓矢量，若采樣時(shí)間足夠小可合成任意電壓矢量。

矢量控制也稱磁場(chǎng)定向控制，其原理是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流la，Ib及Ic，通過(guò)三相/二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流la1及Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1及It1(Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)分別對(duì)速度磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實(shí)踐上的不足，此外。它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實(shí)現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器。這也就是為什么有那么多傳感器知道位置的原因。