PWM

生成与输入占空比对应的理想脉宽调制信号

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库:
Simulink / Discontinuities

描述

使用 PWM 模块生成理想的脉冲宽度调制信号。

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技术。这种编码是通过控制方波一个周期中设置为高电平的部分来实现的。这个分数就是信号的占空比。调制信号与输入占空比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限和下限。对于 PWM 模块，占空比被限制为 [0,1]。理想的 PWM 信号与占空比 D 成比例。

示例

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升压转换器的 PWM 控制

此示例使用:

打开模型

此示例向您展示如何使用 Simulink® 中的 PWM 模块控制升压转换器。此模型中的升压转换器使用来自 Simscape™ Electrical™ 库的 Boost Converter (Simscape Electrical)模块。

PWM 信号用于控制升压转换器的开关装置或栅极。PID 控制器生成指令信号或占空比，以跟踪所需的 18V 升压电压 (Vref)

这是一个相对高频的应用；开关门的工作频率约为 200kHz。因此，PWM 信号的脉冲周期选择为 1/200,000 或 5e-6s。

鉴于较小的时间步长，示例提供的 boostconverter_pwm 模型在 0.069 秒时从稳定状态加载。

下面显示了 0.1 秒左右升压转换器运行的可视化效果。

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 所需的占空比，指定为 [0,1] 范围内的标量。

数据类型: double

输出

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Port 1 — 输出脉冲
标量

对应输入 PWM 信号的占空比。

数据类型: double

参数

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周期 — 脉冲宽度
1 (默认) | 实数标量

输出信号连续脉冲上升沿之间的时间。较小的值代表高频脉冲。

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

指定生成的 PWM 信号的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`

启用此参数可以打破包含 PWM 模块的代数环。

注意

启用此参数会导致信号值 0 或更低，从而导致占空比输入引发错误。

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'

按固定时间间隔运行 — 选择离散时间行为
`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 - 每次输入样本的延迟过去时，模块都会执行。输出信号具有固定的小采样时间。
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。
延迟信号值如果不是指定采样时间的整数倍，则会向下舍入为采样时间的最接近整数倍。例如，如果采样时间为 0.1，延迟信号值 0.68，则软件会将延迟四舍五入为 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，软件会将延迟值向下舍入为最接近采样时间整数倍的值。例如，如果采样时间为 0.1，延迟值 0.68，则软件会将延迟四舍五入为 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进行采样。

对于指定的采样率 t_S ，宽度为 pw 的脉冲所需的样本数可以表示为

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

，其中 n_P 是仿真周期为 P 的脉冲所需的样本数。

Sampled PWM signal

考虑周期为 P 的标称脉冲，模块的采样率设置为 t_S= 0.25 P。脉冲一个周期所需的样本数，n_P= 4。因此，对于输入占空比 D= 0.47 ，样本数 n_pw 被降低至 $⌊ \frac{0.47 P}{0.25} ⌋$ = 1。因此，该周期内 4 个样本中有 1 个脉冲为高。

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。

为了从该模块生成 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

升压转换器的 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 — 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

按固定时间间隔运行 — 选择离散时间行为 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 — 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`

按固定时间间隔运行 — 选择离散时间行为
`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。