发布时间 : 星期一 文章高精度步进电机控制系统毕业设计更新完毕开始阅读19b88a5977232f60ddcca1dc
***大学毕业设计（论文）
按上述原理，在给出了正弦波频率、幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确地计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。但是这种计算是很繁琐的，正弦波的频率、幅值等变化时，结果都要变化。较为实用的方法是采用调制的方法，即把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角形作为载波，因为等腰三角形上下宽度与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波相交时，如在交点时刻控制电路中开关器件的通断，就可以得到宽度正比于信号幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。当调制信号为正弦波时，所得到的就是SPWM波形(图3-13)。
u调制波载波0u导通时刻关断时刻tSPWM波0图3-13 SPWM波的实现 Figure 3-13 SPWM wave implementation
t
脉宽调制技术己经在变频器、整流器和电气传动中得到了广泛的应用。该技术是利用PWM波控制功率半导体器件的导通与关断，把直流电压变成电压脉冲序列，实现弱电对强电的控制，并通过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。
3.6.2 三相SPWM电路构成和工作原理
图3-14为三相SPWM电路图，分为两大部分：主电路3-14(a)和控制电路3-14(b)。它用控制电路产生SPWM波控制主电路功率晶体管的通断，从而将输入主电路的直流电压变换为三相频率、电压可调的的SPWM波施加到负载上。由于SPWM波形的极性有正有负，即为交流电，因此该电路是一个直流转换为交流的逆变电路。为了分析方便，在图
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高精度步进电机控制系统设计
3-14(a)中的直流侧电源画出假想中点0。
UraUgaUgbUgcT1D1Ud/20Ud/2T4T3D3T5D5负载T6D6D4T2D2正弦波参Urb数信号发生器UrcUc
三角波振荡器
(a)主电路 (b)控制电路
图3-14三相SPWM电路 Figure 3-14 Three-phase SPWM circuit
主电路主要由二大部分组成： 1 ) 功率晶体管T1～T6
Tl～T6组成三相逆变桥式电路，把直流电压矶逆变成频率可调的交流电，这是实现逆变的具体环节。
2 ) 续流二极管Dl～D6
其主要功能为：T1～T6工作过程中，同一桥臂的两个功率开关管，处于不停地交替导通和截止的状态。在这交替导通和截止的换相过程中，不时需要Dl～D6提供续流通路。控制电路的主要作用是产生三相逆变桥所需要的控制信号，用来控制T1～T6的导通与关断。控制信号由SPWM电路生成，该电路由正弦波信号发生器、三角波振荡器和比较器组成。a，b，c三相的SPWM控制电路共用一个三角形载波Uc，三相正弦波调制信号Ura、
Urb、Urc的相位依次相差120°，三相功率开关器件的控制规律相同。以a相为例来说明：
当Ura?Uc时，给上桥臂晶体管Tl，导通信号，则a相相对于直流电源假想中点0的输出电压Uao?Ud/2；当Ura?Uc时，给下桥臂T4以导通信号，给T1以关断信号，则
Uao??Ud/2。Tl和UboUao、T4的驱动信号始终是互补的，b相和c相的控制方式和a相相同。
、Uco的波形如图3-15所示，可以看出，这些波形都只有?Ud/2两种电平。图中的
。得出，可以看出，当Tl和T6导通时，Uab?Ud，当T3和T4导通时，
Uab?Ubo?UaoUab??Ud，当T1和T3或T4和T6导通时，Uab?0，因此逆变电路输出线电压由?Ua，
0三种电平构成。
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u0uraurburcur?tuaoUd/20?t?Ud/2uboUd/20?t
?Ud/2ucoUd/20?t
?Ud/2uabUd0?t
图3-15 三相SPWM逆变电路波形 Figure 3-15 Three-phase SPWM Inverter Waveform
?Ud3.6.3 SPWM的调制方式
根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制、同步调制和分段同步调制。
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1 ) 同步调制
在改变调制信号周期的同时成比例地改变载波周期，使载波频率与信号频率的比值(载波比)保持不变。这种调制优点是，在开关频率较低时可以保证输出波形的对称性。但是这种调制，在信号频率较低时，载波的数量显得稀疏，电流的波形脉动较大，谐波分量剧增，电机的谐波损耗及脉动转矩也相应增大。另外，这种调制由于载波周期随信号周期连续变化而变化，在利用微计算机进行数字化控制技术时，带来极大不便，难以实现。
2 ) 异步调制
在调制信号周期变化的同时，载波周期仍保持不变，因此，载波比随之变化。这种调制的缺点恰是同步调制的优点。但是，在IGBT等高速功率开关器件的情况下，由于载波频率可以做得很高，上述的缺点实际上己小到完全可以忽略的程度。反之，正由于是异步，在低频输出时，一个信号周期内，载波个数成数量级的增多，这对抑制谐波电流、减轻电机的谐波损耗及转矩脉动大有好处。另外，由于载波频率是固定的，也便于数字化控制。目前应用最广泛的是这种调制方式。
3 ) 分段同步调制
对于门极可关断晶闸管(GTO)之类开关频率不很高的功率器件，单使用同步调制和异步调制都有失偏颇，此时采用分段同步调制。即在恒转矩区的低速段采用异步调制，在恒功率区的高速段采用同步调制。但是，在调制比切换时可能出现电压突变甚至振荡。
3.6.4 电流追踪型PWM控制
电流追踪型PWM控制基本思路是；将一个正弦波电流给定信号与电机电流实测信号相比较，若实际电流值大于给定值，则通过逆变器开关器件的动作使之减小;反之，则使之增加。使实际输出电流围绕着给定的正弦波电流作锯齿形变化，并将偏差限制在一定范围内：与此同时，逆变器输出的电压波成为PWM波。这样，如果逆变器的开关器件具有足够高的开关频率，则电机电流就能很快地调节其幅值和相位，使电机电流得到高品质的动态控制。电流追踪型PWM控制主要有两种，即电流滞环控制型和三角波比较方式。闭环控制，是各种电流追踪型PWM电路的共同特点[9][10]。
1 ) 电流滞环控制型
电流滞环控制型如图3-16所示，通常是生成一个正弦波电流信号作电流给定信号，将它与实际检测得到的电机电流信号进行比较，把指令电流i?和实际输出电流i的偏差作为滞环比较器的输入，滞环比较器的输出控制开关器件T1和T2的通断。T1导通时，i增
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