對(duì)于電機(jī)控制來說，占空比是一項(xiàng)直接影響控制精度的關(guān)鍵參數(shù)，而如何快速分析出占空比變化的趨勢(shì),，正是分析這一問題的核心。只要有了占空比變化趨勢(shì)曲線,，電機(jī)異常運(yùn)行的原因自然就浮出水面,。

　　1、PWM占空比概述

　　脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼的方法,。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用,，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的,，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻,，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF),。電壓或電流是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去,。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候,。只要帶寬足夠,，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。而占空比就是高電平持續(xù)時(shí)間與整個(gè)周期時(shí)間的比值,，占空比越大,，高電平持續(xù)的時(shí)間越長，模擬電路開通的時(shí)間就越長,，如圖1所示,。

　　圖1 占空比含義

　　2、什么是占空比趨勢(shì)測(cè)量,？

　　要測(cè)量占空比趨勢(shì)首先要測(cè)量占空比,，占空比測(cè)量方法是使用超高速ADC采樣PWM波形，然后通過可編程邏輯器件FPGA測(cè)量高電平脈寬t和周期T計(jì)算出占空比,。占空比趨勢(shì)測(cè)量則是對(duì)每一個(gè)PWM波的占空比測(cè)量并存儲(chǔ)下來,，最后顯示在屏幕上，如圖2所示,。一個(gè)PWM波對(duì)應(yīng)一個(gè)占空比值,，顯示在屏幕上并且連線，這樣就可以很直觀的看到所有PWM波形的占空比變化趨勢(shì),。

　　圖2 占空比趨勢(shì)測(cè)量

　　示波器的存儲(chǔ)深度對(duì)占空比趨勢(shì)測(cè)量影響很大,，所謂趨勢(shì)趨勢(shì)，即是長時(shí)間的變化動(dòng)向,，如果存儲(chǔ)深度小,，那么所記錄的時(shí)間就很短,，采樣的波形也就很少,，對(duì)于分析趨勢(shì)就沒有意義。目前ZDS4000系列示波器存儲(chǔ)深度高達(dá)512Mpts,，可以在高采樣率下存儲(chǔ)數(shù)十秒的波形,，比較適合分析信號(hào)變化趨勢(shì),。

　　3、實(shí)例應(yīng)用與分析

　　某使用PWM波形驅(qū)動(dòng)的直流電機(jī)在加速過程中存在微小抖動(dòng)情況,，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速波形如圖3所示,，開始加速后大約在3.6秒轉(zhuǎn)速出現(xiàn)一個(gè)下拉動(dòng)作。電機(jī)PWM調(diào)速原理是通過改變接通脈沖的寬度,，使直流電機(jī)電樞上電壓的占空比改變,，從而改變電樞電壓的平均值，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,。因此基本可以確定這個(gè)轉(zhuǎn)速下拉動(dòng)作是由于PWM波占空比出現(xiàn)異常引起的,。

　　圖3 電機(jī)轉(zhuǎn)速異常

　　為了確定具體的問題，使用ZDS4000系列示波器采樣電機(jī)啟動(dòng)后的PWM波形,，設(shè)置為單次上升沿觸發(fā),，采樣時(shí)間大概為7秒，波形如圖4所示,，由于采樣的時(shí)間長,，波形多，完全是密密麻麻,，什么細(xì)節(jié)都看不到,，開啟測(cè)量和統(tǒng)計(jì)功能，可以看到信號(hào)周期,、頻率,、占空比Current、Max,、Min和相關(guān)計(jì)算值,，但是還是找不到異常的占空比波形。

　　圖4 PWM波形和測(cè)量

　　這個(gè)時(shí)候用ZDS4000系列示波器新開發(fā)獨(dú)特的占空比趨勢(shì)測(cè)量功能,，將每一個(gè)PWM波的占空比顯示在屏幕上,，點(diǎn)擊示波器數(shù)學(xué)運(yùn)算Math按鍵，模式選擇趨勢(shì)圖,，類型選擇占空比,，示波器會(huì)自動(dòng)檢測(cè)PWM波的周期和閾值，無需過多設(shè)置,，就可以快速出波形,，波形如圖5所示。屏幕上除了通道1,，還多了MATH通道,，顏色為紫色，MATH通道顯示的即是占空比趨勢(shì),，可以看到占空比緩慢遞增后大約在屏幕中間位置出現(xiàn)了異常,。和通道1一樣,，MATH通道也可以調(diào)節(jié)垂直檔位和偏移。

　　圖5 占空比趨勢(shì)波形

　　定位到占空比異常位置后,，開啟示波器縮放模式下ZOOM多窗口顯示功能,，對(duì)信號(hào)進(jìn)行局部放大，如圖6所示,，可以清晰的看到占空比異常的細(xì)節(jié),，同時(shí)開啟對(duì)ZOOM1窗口數(shù)據(jù)的測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，可以看到占空比從正常的59.62%變?yōu)?.99%左右,。

　　圖6 ZOOM模式放大

　　ZDS4000系列示波器不僅僅可以分析占空比趨勢(shì),，還可以分析周期和頻率變化趨勢(shì)，結(jié)合強(qiáng)大的測(cè)量功能,。