采用MATLAB對SPWM進行輔助設計

1概述

傳統(tǒng)的SPWM采用頻率數(shù)倍于正弦波的三角波調(diào)制正弦波，可得到近似于正弦波的輸出。三角波的頻率越高，即載波比越高，諧波的頻率就越高，輸出端濾波器就更容易去除諧波。在輸出頻率固定的場合，如正弦波逆變電源，其輸出頻率固定在50Hz左右，這種場合采用軟件設計可降低系統(tǒng)的成本，一般將數(shù)據(jù)存入存儲器，通過CPU的定時器中斷調(diào)用可完成SPWM控制。在變頻場合，如三相交流異步電機的驅(qū)動，由于需要輸出三相變頻的SPWM信號，一般采用8254可編程定時器，以減少CPU的工作量。

SPWM設計采用傳統(tǒng)方法得到的正弦波較理想，由于三角波是超越方程，正弦信號用單片機產(chǎn)生也較困難，因此，傳統(tǒng)方法較難實現(xiàn)。現(xiàn)在有許多新方法產(chǎn)生，這些方法實現(xiàn)簡單但對生成的正弦波影響不大，如對稱規(guī)則采樣法，雙緣調(diào)制法等。

MATLAB是一個高級的數(shù)學分析與運算軟件，具有強大的計算功能。SPWM控制通過MATLAB進行分析和設計，可取得事半功倍的效果。

以下的分析若無特殊說明，均基于雙極型調(diào)制，基頻為50Hz的SPWM控制。

2SPWM數(shù)據(jù)的計算

采用MATLAB可方便地得到正弦波與三角波的交點。在判斷交點時，可通過交點的數(shù)學定義來判斷。所謂交點，就是在交點附近時刻兩函數(shù)之差值的絕對值趨于0，而在交點附近的極小區(qū)域，離交點越遠，差值的絕對值逐漸增大。以下子程序為計算交點的MATLAB程序。x為基波數(shù)據(jù)，y為載波數(shù)據(jù)，m為交點時刻數(shù)據(jù)。

fori=2:n

if(abs(x(i)－y(i))=abs(x(i＋1)－y(i＋1)))＆(abs(x(i)－y(i))=abs(x(i－1)－y(i－1)))

m(j)=i;

j=j＋1

end;

end;

3各種SPWM算法的分析

（1）傳統(tǒng)的SPWM法

將50Hz的正弦波與10kHz的三角波相交，將采樣的數(shù)據(jù)存為n。

計算功率頻譜程序

l=fft(n,1024);

p=l.＊conj(1)/1024;

f=l:1024;

plot(f,p,｀b');

由以上程序可得輸出頻譜圖，如圖1所示。

圖1中橫軸為數(shù)字頻率，數(shù)字n對應的頻率f=50n

將三角波頻率提高4倍，輸出頻譜圖如圖2所示。

可見，隨著三角波頻率的提高，輸出的電壓中諧波頻率也隨之提高。

圖1m=0.94,f=2.5kHz對應的輸出頻譜