摘 要：隨著工業(yè)控制技術的不斷發(fā)展，PWM控制技術已成為電力電子控制技術中非常重要的技術，對提高電力電子裝置的性能，推動電力電子技術的發(fā)展起著巨大的作用。本文總結了PWM控制技術的核心原理，并通過舉例進行分析，對于進一步探討研究PWM在調(diào)平控制中的應用。

關鍵詞：PWM控制技術 調(diào)平控制 應用

1引言

PWM脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實現(xiàn)。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動態(tài)性能。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網(wǎng)側的功率因數(shù)大大改善。利用PWM逆變器能夠抑制或消除低次諧波。加上使用自關斷器件，開關頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。PWM控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。

2 PWM控制技術的發(fā)展

PWM整流器可以實現(xiàn)功率因數(shù)校正和諧波抑制，網(wǎng)側電流且電能可雙向流動。早在20世紀70年代，國外就開始了該項技術的基礎研究。從20世紀80年代后期開始，隨著全控型器件的問世，采用全控型器件實現(xiàn)PWM高頻整流的研究進入高潮?？刂萍夹g是PWM整流器發(fā)展的關鍵。就已發(fā)展的控制技術來看，三相電壓型PWM整流器的電流控制技術有滯環(huán)PWM電流控制、固定開關頻率的電流控制、預測電流控制、矢量控制、直流功率控制、單周期控制。另外，狀態(tài)反控制、滑模變結構控制、基于Lyapunov非線性信號方法控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等也都已經(jīng)成功應用在電壓型PWM整流器的控制上。電流型PWM整流器常用的調(diào)制技術包括載波調(diào)制PWM、特定諧波消除PWM、和空間矢量PWM。

3 PWM控制技術在調(diào)平控制器中的應用

對于一些自動化程度較高的現(xiàn)代設備，往往要求對其運動機構的位置進行連續(xù)的控制，從而提高設備自動調(diào)節(jié)的精度，避免設備運行中的振蕩超調(diào)，提高動作質(zhì)量和精度將 PWM脈寬調(diào)制技術應用于調(diào)平控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)運動設備的自動平穩(wěn)控制，且調(diào)平動作精確無振蕩。下文對電液式調(diào)平控制系統(tǒng)的PWM 電路部分進行介紹，并總結了 PWM技術在調(diào)平控制實驗設備中的應用特點。

3.1 電液式調(diào)平控制器的電控系統(tǒng)組成

液壓式調(diào)平控制系統(tǒng)由人工設定器、傳感器、控制電路和比例電磁閥[2]等組成，如圖 1所示。

圖1 電比例控制系統(tǒng)

圖1中，人工設定器用于輸出一個固定電壓U1，代表運動機構的設定工作位置；位置傳感器則用于輸出電壓U2代表運動機構的實際工作位置。PWM控制電路則比較U1和U2的偏差值，輸出寬度和頻率隨偏差信號（U1一U2）的大小變化而產(chǎn)生矩形脈沖，并通過驅(qū)動電路去控制執(zhí)行器（比例電磁鐵[3]）實現(xiàn)運動機構位移調(diào)整。

3.2 PWM控制電路結構與控制過程分析

3.2.1 電路結構與電路圖

PWM控制電路的基本單元電路，如圖2所示它由鋸齒波發(fā)生電路、可調(diào)電阻R、誤差信號放大器、電壓比較器以及驅(qū)動電路和比例電磁閥構成。

圖2 PWM控制電路圖

3.2.2 PWM控制過程分析

U1為人工設定器輸出的固定電壓，U2為傳感器輸出的電壓。IC1和 R1、R2、RF構成反相比例放大器，用于放大U1和U2 的誤差電壓，即 U3=一A*（U1一U2）。IC2 是電壓比較器，它的作用是比較誤差放大電壓 U3和鋸齒電壓U4的大小，并把比較結果轉換為矩形脈沖輸出。它的工作原理是：當同相輸入端（“+”端）的電壓高于反相輸入端（“一”端）的電壓時，比較器輸出的電壓為高電平；反之，當同相輸入端的電壓小于反相輸入端的電壓時，比較器輸出為低電平，如下圖3所示。

在圖3中我們設定以下兩個條件：

（1）當傳感器偏離設定位移時，經(jīng)誤差放大器輸出最大電壓 U3=3V；

（2）鋸齒波電壓U4 起始電壓為 1V，最高電壓是5V；t0-t1時，因傳感器沒有偏離設定位移，傳感器電壓為U2與設定電壓U1沒有差值，即（U1一U2）=0，此時誤差電壓放大器的輸出U3=0，鋸齒波電壓U4 =1V，由于（U3﹤U4）≠0，故比較器IC2 輸出U5為低電平（0V）。t1-t2時，傳感器電壓偏離設定電壓，（U1一U2）≠ 0，經(jīng)IC1放大后致使U3﹥U4，比較器IC2輸出 U5為高電平（5V）隨后鋸齒波電壓U4不斷升高，并接近U3，到t2時刻，U4﹥U3，比較器IC2輸出U5又跳回零電位，形成了第一個調(diào)節(jié)脈沖。調(diào)節(jié)脈沖通過驅(qū)動電路放大輸出給比例電磁閥，從而使比例電磁閥獲得電流動作，產(chǎn)生第一個自動調(diào)節(jié)位移同時又反過來使傳感器偏離位移減小，即U2減??；因設定電壓不變，故U1一U2的差值減小（但還有偏差），而U1一U2差值與U3成正比，因此U3也會相應的下降。

圖3 比例調(diào)節(jié)示意圖

3.2.3 PWM控制在電液式調(diào)平控制器[4]中的應用

圖4是德國ABG 公司的TITAN411 型瀝青混凝土攤鋪機[1]。在這個系統(tǒng)中，電液式調(diào)平控制系統(tǒng)的慰平板是一個調(diào)節(jié)支點的PWM控制電路圖。U1和U2分別是人工設置裝置輸出電壓和傳感器輸出電壓；IC1和IC2是誤差電壓放大器；IC3和IC4是電壓比較器；Z1和Z2是由比例電磁鐵控制的比例電磁閥，用于控制調(diào)平裝置中某支點液壓缸的升降。設Z1控制液壓缸進油使支點升高，Z2控制液壓缸[5]回油使支點降低；Ui是鋸齒波發(fā)生器；K是轉換開關；IC1和IC3、IC2和IC4的工作原理如前所述。兩套比例控制電路聯(lián)用可以自動判別誤差位移的正負：即U1﹥U2時IC4和T1工作，實現(xiàn)負向（降）偏差位移調(diào)節(jié)，使支點升高；U1﹤U2時，IC3和T2工作，實現(xiàn)正向（升）偏差位移調(diào)節(jié)，使支點降低。從而自動判別偏差方向，實現(xiàn)正、負位移的自動調(diào)節(jié)。

結論：

PWM控制技術在電力電子技術中發(fā)揮著重要的作用，通過對其原理適用范圍以及應用等研究，可以更好的將PWM控制技術應用于電力電子中。本文詳細的總結了PWM控制方法的原理，并舉例介紹了PWM技術的在調(diào)平控制中的應用。PWM控制技術以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應良好的有點而成為電力電子技術中最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。

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