全国大学生电子设计竞赛(三)--SPWM与PID

发布网友发布时间：2024-10-19 16:05

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热心网友时间：2024-11-16 19:11

逆变电路的控制核心是SPWM（正弦脉宽调制技术），通过控制IR2104驱动开关管的通断实现正弦波形的生成。SPWM基本原理是将一个正弦波波形划分为等份，每个波形段对应一个等面积的脉冲，使得脉冲的中点与相应正弦波的中点一致。这样输出到负载的脉冲序列，其面积分布遵循正弦规律，从而在负载端产生接近正弦波的电压和电流。采用SPWM方式输出的电压波形接近正弦波，减少电压谐波，提高功率因数。通过调整SPWM脉冲宽度改变输出电压幅值，调节调制周期调整输出电压频率，便于负载控制。

单极性正弦脉宽调制是通过正弦波的正半周和负半周对应的脉冲序列实现对交流输出波形的控制，这两个脉冲序列交替作用，产生接近正弦波的输出电压。在单极性正弦脉宽调制中，三角波为单极性，其形式和作用在正、负半周有所不同。

双极性正弦脉宽调制则采用正负双向脉冲序列对应交流输出波形的整个周期，通过正向脉冲和负向脉冲宽度的差值产生正半周波和负半周波。双极性正弦脉宽调制使用双极性三角波，其波形在正弦波正、负半周时分别取正、负极性。

三相正弦脉宽调制可以通过三个相角相差120°的单相调制电路合成，简化了调制电路结构，也可以通过双极性的三角载波对三相正弦调制波进行调制，从而得到三相交流输出电压。在三相脉宽调制中，三角载波必须为双极性，以支持正、负半周的转换。

SPWM控制信号的生成主要有模拟控制和数字控制两种方式。模拟控制方式通过波形比较法实现，数字控制方式则有等效面积法、自然采样法和规则采样法，分别适用于单极性和双极性控制，通过微处理器实时计算或查表实现控制。

SPWM信号可以通过单片机输出PWM波形，调整占空比实现正弦规律变化。实现步骤包括生成载波、生成正弦波、比较正弦波和三角波、调整调制度等。生成三相SPWM信号需确保各相波形互补，避免同一桥臂上下管同时导通。

PID（比例-积分-微分）算法在连续时间控制系统中广泛应用，参数整定方便，控制效果良好。PID控制器通过比例、积分和微分控制规律实现对系统的控制。比例调节反映系统偏差，积分调节消除静态误差，微分调节预见偏差趋势。PID控制参数KP、KI、KD分别对应比例、积分和微分控制，调整参数以优化控制效果。PID算法在数字控制系统中的实现通常采用位置式或增量式PID控制算法。

数字PID控制通过算法程序实现PID控制，处理连续时间PID算法的微分方程，通过数值计算逼近积分和微分操作。数字PID控制通常采用位置式PID控制算法或增量式PID控制算法，分别对应控制量的绝对值和增量。

SPWM与PID算法在逆变电路、电机控制、电力电子等领域广泛应用，通过优化控制策略，实现高效、稳定、精确的系统控制。