PWM

生成对应于输入占空比的理想脉冲宽度调制信号

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库:
Simulink / Discontinuities

描述

使用 PWM 模块生成理想脉冲宽度调制信号。

脉冲宽度调制 (PWM) 是一种使用方波脉冲对模拟信号进行编码的方法。这种编码通过控制方波周期中设置为高电平的那一部分所占的比例来实现。此比率就是信号的占空比。调制信号与输入占空比之间的关系可以简单描述为：

$\bar{y} = D y_{m a x} + (1 - D) y_{m i n}$

其中 y_max 和 y_min 分别是输出信号的上界和下界。对于 PWM 模块，占空比限制为 [0,1]。理想 PWM 信号与占空比 D 成正比。

示例

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升压变换器的 PWM 控制

此示例使用:

打开模型

此示例说明如何使用 Simulink® 中的 PWM 模块控制升压变换器。此模型中的升压变换器使用 Simscape™ Electrical™ 库中的 Boost Converter (Simscape Electrical) 模块。

PWM 信号用于控制升压变换器的开关器件，即门。PID 控制器生成命令信号（即占空比）以跟踪所需的 18V 升压电压 (Vref)

这是相对高频的应用；开关门在约 200kHz 上工作。因此，为 PWM 信号选择的脉冲周期为 1/200000，即 5e-6 秒。

由于时间步小，示例提供的 boostconverter_pwm 模型是在 0.069 秒处已达到稳态时加载的。

下面显示在约 0.1 秒标记处升压变换器工作情况的可视化。

有关 PWM 控制的替代物理建模实现，请参阅脉冲宽度调制 (PWM) (Simscape Electrical)。

端口

输入

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D — 占空比
标量

脉冲 P 的所需占空比，指定为在范围 [0,1] 内的标量。

数据类型: double

输出

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Port 1 — 输出脉冲
标量

对应于输入占空比的 PWM 信号。

数据类型: double

参数

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周期(秒) — 脉冲宽度
1 (默认) | 实数标量

输出信号的连续脉冲的上升沿之间的时间。小值表示高频脉冲。

编程用法

模块参数：Period

类型：字符串 | 字符向量

值：实数标量

默认值：'1'

初始延迟 — 初始延迟
0 (默认) | 实数标量

为生成的 PWM 信号指定初始延迟或相位延迟，以秒为单位。

编程用法

模块参数：InitialDelay

类型：字符串 | 字符向量

值：数值标量

默认值：0

不允许零占空比 — 避免代数环
`off` | `on`

启用此参数以中断包含 PWM 模块的代数环。

注意

启用此参数会导致信号值为 0 或以下，这会导致占空比输入抛出错误。

编程用法

模块参数：DisallowZeroDutyCycle

类型：字符串 | 字符向量

值：'on' | 'off'

默认值：'off'

以固定时间间隔运行 — 为离散时间行为选择
`on` (默认) | `off`

指定模块执行的时间以及输出信号的采样时间。

off - 模块在输入采样的延迟每次到期时执行。输出信号在子步中具有不变的采样时间。
on - 模块以您使用采样时间参数指定的固定速率执行。输出信号具有您使用采样时间参数指定的采样时间。

当您选择以固定时间间隔运行时：

延迟信号值必须大于您为采样时间参数指定的值。
不是指定采样时间整数倍的延迟信号值向下舍入到最接近的采样时间整数倍。例如，如果采样时间为 0.1 且延迟信号值为 0.68，软件会将延迟舍入为 0.6。

编程用法

模块参数：RunAtFixedTimeIntervals

类型：字符串 | 字符向量

值：'on' | 'off'

默认值：'off'

采样时间 — 设置脉冲分辨率
0.1 (默认) | 标量

模块执行速率和输出信号采样时间。延迟信号值必须大于指定的采样时间。

当延迟信号值不是指定采样时间的整数倍时，软件将延迟值向下舍入到最接近的采样时间整数倍值。例如，如果采样时间为 0.1 且延迟值为 0.68，软件会将延迟舍入为 0.6。

依赖关系

要启用此参数，请选择以固定时间间隔运行。

编程用法

模块参数：SampleTime

类型：字符串 | 字符向量

值：数值标量

默认值：0.1

模块特性

数据类型	`double`
直接馈通	`否`
多维信号	`否`
可变大小信号	`否`
过零检测	`否`

算法

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连续采样模式

Continuous PWM signal

对于从时间 t_k 开始的脉冲

$y (t) = {\begin{matrix} 1 & t_{k} < t < t_{k} + p w \\ 0 & t_{k} + p w < t < t_{k + 1} \end{matrix}$

其中 pw 是脉冲宽度。对于给定周期 P，pw 与占空比 D

$p w = D (t_{k}) * P (t_{k})$

成正比

离散采样模式

在离散采样模式下，输入占空比信号以以固定时间间隔运行参数指定的速率采样。

对于指定的采样率 t_S ，宽度为 pw 的脉冲所需的采样数可以表示如下：

$\begin{array}{l} n_{p w} = \begin{matrix} ⌊ \frac{D_{k} . P_{k}}{T_{S}} ⌋ & 0 < n_{p w} < n_{P} \end{matrix} \\ n_{P} = ⌊ \frac{P}{T_{S}} ⌋ \end{array}$

其中 n_P 是仿真周期为 P 的脉冲所需的采样数。

Sampled PWM signal

假设有一个周期为 P 的标称脉冲，模块的采样率设置为 t_S= 0.25 P。一个脉冲周期所需的采样数 n_P= 4。因此，对于输入占空比 D= 0.47 ，采样数 n_pw 向下取整为 $⌊ \frac{0.47 P}{0.25} ⌋$ = 1。因此，对于周期中 4 个采样中的第 1 个，脉冲为高电平。

扩展功能

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C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

不建议用于生产级的代码。涉及到嵌入式系统中常见的资源限制以及对速度和内存的限制。生成的代码可以包含内存的动态分配和释放、递归、额外的内存开销以及长短不等的执行时间。虽然代码在功能上有效并且在资源丰富的环境中通常可接受，但较小的嵌入式目标通常不能支持此类代码。

通常，考虑使用 Simulink 模型离散化器将连续模块映射到支持生产代码生成的离散等效模块。要启动模型离散化器，请在 Simulink^® 编辑器中，在 App 选项卡上，在 App 下，在控制系统下，点击模型离散化器。一个例外是 Second-Order Integrator 模块，因为对于该模块，模型离散化器产生近似离散化。

HDL 代码生成
使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。

要从这个模块生成 HDL 代码，必须选择以固定时间间隔运行参数。

版本历史记录

在 R2020b 中推出

另请参阅

Variable Pulse Generator

主题

脉冲宽度调制 (PWM) (Simscape Electrical)

PWM

描述

示例

升压变换器的 PWM 控制

端口

输入

D — 占空比 标量

输出

Port 1 — 输出脉冲 标量

参数

周期(秒) — 脉冲宽度 1 (默认) | 实数标量

编程用法

初始延迟 — 初始延迟 0 (默认) | 实数标量

编程用法

不允许零占空比 — 避免代数环 off | on

编程用法

以固定时间间隔运行 — 为离散时间行为选择 on (默认) | off

编程用法

采样时间 — 设置脉冲分辨率 0.1 (默认) | 标量

依赖关系

编程用法

模块特性

算法

连续采样模式

离散采样模式

扩展功能

C/C++ 代码生成 使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

HDL 代码生成 使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。

版本历史记录

另请参阅

主题

D — 占空比
标量

Port 1 — 输出脉冲
标量

周期(秒) — 脉冲宽度
1 (默认) | 实数标量

初始延迟 — 初始延迟
0 (默认) | 实数标量

不允许零占空比 — 避免代数环
`off` | `on`

以固定时间间隔运行 — 为离散时间行为选择
`on` (默认) | `off`

采样时间 — 设置脉冲分辨率
0.1 (默认) | 标量

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

HDL 代码生成
使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。