【正文】 放大功率；電感較大使電路對脈沖反應(yīng)較慢 ,輸出波形差。在相序輸入信號(hào)時(shí)，VT VT VT4 同時(shí)導(dǎo)通，在 VT2 從截止到飽和期間，其集成電極電流，也就是脈沖變壓 TI 的一次電流急劇 增加，在變壓器二次側(cè)感生成一個(gè)電壓，使 VT3 導(dǎo)通， 80V的高壓經(jīng)高壓管 VT3 加到繞組 W 上，使電 流迅速上升，當(dāng) VT2 進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后， T1 一次側(cè)電流暫時(shí)恒定，無磁通量變化時(shí)，二次側(cè)感電壓為零， VT3 截止。 圖 315（ b）為采用單穩(wěn)觸發(fā)器組成的高低壓控制電路原理。當(dāng)輸入端輸入脈沖， VF2 的柵極為高電平，則低壓管 VF2 導(dǎo)通。環(huán)形分配器輸出的脈沖作為輸入信號(hào)，若脈沖為正，則邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 VT1 和 VT2 導(dǎo)通，電壓 U1 加在電機(jī)繞組上使電流增加，當(dāng)電流增大至額定電流以上時(shí)，采樣電阻上的電壓增高，使控制門輸出反響信號(hào)，讓 VT1 截止，繞組上的電流由 U2 提供，電流逐漸降低，取樣電阻上的電壓降低，反饋回的信號(hào)使控制門輸出信號(hào)再一次反向，信號(hào)經(jīng)放大后促使 VT1 再次導(dǎo)通，如此循環(huán)往復(fù) ，便在繞組上產(chǎn)生如圖 37 所示波形，電流在額定電流值上下波動(dòng)，呈鋸齒形，近似恒流所以叫做恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路。 調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)能夠減小低頻振動(dòng)，低速時(shí)繞組電流上升的前沿應(yīng)較平緩，這樣才能使轉(zhuǎn)子在到達(dá)新的穩(wěn)定平衡位置時(shí)不產(chǎn)生過沖。 細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的基本工作原理 ：對每一控制脈沖，細(xì)分使其電流逐步增加達(dá)到脈沖的最大電流，又逐步減少達(dá)到脈沖的最小電流，從而可實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)轉(zhuǎn)、控制、分辨，以及提高步進(jìn)精度?；旧舷瞬竭M(jìn)電機(jī)的低速振動(dòng)問題，使步進(jìn)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沒有噪聲。步進(jìn)電機(jī)的使用性能和它的驅(qū)動(dòng)電源有著密切的關(guān)系步進(jìn)電機(jī)的恒流斬波驅(qū)動(dòng)技術(shù)從一定程度上解決了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行中的一些問題如電源效率低、電流波形差等。電壓比較器 TLC372 是單通道的比較器， 該電路克服了上一個(gè)電路在非 0V恒定電壓不能比較正弦波的情況。二極管 D3 起續(xù)流保護(hù)作用， IN5401 最大能夠承受的正向電壓為 100V，電流 3A，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，所串電阻可以使電流下降更快，讓繞組后沿波形變陡，阻值越大，耗能越快，選用 1K 的電阻滿足設(shè)計(jì)要求，采樣電阻 R7 一般很小，為 左右。 從 20 世紀(jì)開始一直到 1970 年代，是電動(dòng)機(jī)的成長和成 熟期，有刷直流電機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等各種電機(jī)相繼誕生，半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)技術(shù)和電子控制概念引入，帶來變頻驅(qū)動(dòng)的實(shí)用化。控制器的功能是完成伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，包括力矩、速度和位置等。目前交流伺服技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化的支撐性技術(shù)之一。交流伺服系統(tǒng)除了具有穩(wěn)定性好、快速性好、精度高的特點(diǎn)外，與直流伺服電機(jī)系統(tǒng)相比有一系列優(yōu)點(diǎn) :交流電機(jī)不存在換向器圓周調(diào)速限制， 也不存在電樞元件中電抗電勢數(shù)值限制，其轉(zhuǎn)速限制可以設(shè)計(jì)得比相同功率的直流電機(jī)高；調(diào)速范圍寬，目前大多數(shù)的交流伺服電機(jī)的變速比可以達(dá)到 1:5000，高性能的伺服電機(jī)的變速比已達(dá) 1:10000 以上。但采用高剩磁感應(yīng)、高矯頑力的稀土類磁鐵材料后，電機(jī)在外形尺寸、質(zhì)量及轉(zhuǎn)子慣量方面都比直流電機(jī)大幅減小。交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是一個(gè)具有兩個(gè)極的永磁體 (也可以是多極的 )。轉(zhuǎn)子的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子磁極軸線間的夾角 θ 增大；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí) θ 角減 小。 2) 交 流 電 動(dòng) 機(jī) 調(diào) 速 原 理 圖 311 永磁式伺服電機(jī)工作原理 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 pfn 10 60?由電動(dòng)機(jī)學(xué)基本原理可知，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn) n0為： 式中 f1—— 定子供電 頻率，單位 Hz， P—— 電動(dòng)機(jī)定子繞組磁極對數(shù)；從公式可以看出：平滑改變定子供電電壓頻率 f1 而使轉(zhuǎn)速平滑變化，這就是變頻調(diào)速方法。 變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是為電機(jī)提供頻率可變電源的變頻器。但這種方法所得到的交流電中波動(dòng)比較大，而且最大頻率即為變額器輸入的工頻電壓頻率。在交 — 直 — 交變頻中，根據(jù)中間直流電壓是否可調(diào)，可分為中間直流電壓可調(diào) PWM 逆變器和中間直流電壓固定的 PWM 逆變器；中間直流電路上的儲(chǔ)能元件是大電容還是大電感，可分為電壓型逆變器和電流型逆 變器。電容用于濾平全波整流后的電壓波紋；并在負(fù)載變化時(shí)，使直流電壓保持平穩(wěn)。調(diào)制方法很多，目前用得最多的是正弦脈寬調(diào)制。整流器固定電壓不可控整流器，常采用六個(gè)二級管橋式整流器結(jié)構(gòu)將交流變?yōu)橹绷鳎妷悍挡蛔?。逆變器的功率開關(guān)器件還可采用：可關(guān)斷晶閘管 GTO、功率場效應(yīng)晶體管 MOSFET、絕緣門極晶體管 IGBT 等。在正弦脈寬調(diào)制方法中，利用正弦波作調(diào)制波受它調(diào)制的信號(hào)稱為載波常用等腰三角波作載波。 SPWM 脈沖寬度由三角波和正弦波交點(diǎn)之間的距離決定，兩 者的交點(diǎn)隨正弦波電壓的大小而改變。 圖 315 SPWM發(fā)生器電路圖 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 4） 交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制 電路原理及輸出線電壓的波形如圖 316 所示。在電路圖中，按相序要求和頻率要求協(xié)調(diào)控制的三路正弦波信號(hào)，與等腰三角波發(fā)生器來的載波信號(hào)一同送入電壓比較器，產(chǎn)生三路 SPWM 波形，經(jīng)反相電路后，可得到六路 SPWM 信號(hào)，加在 Vl～ V6 六只功率晶體管的基極，作為驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。其幅值和頻率是可調(diào)的。等效正弦脈寬調(diào)制波 UA、 UB、 UC 送入 GRT 的基極，則逆變器輸出脈寬按正弦規(guī)律變化的等效矩形電壓波，經(jīng)過濾波變成正弦交流電用來驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。 ，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 176。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距 角為 176。 、176。 、 176。/ 10000=176。是步距角為 176。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。 3） 矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在 300～ 600RPM。以松下交流伺服系統(tǒng) 為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成 位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠 [14]。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。因其卓越分辨率，高定位精度，寬調(diào)速范圍，低速穩(wěn)定運(yùn)行，無爬行現(xiàn)象，力矩波動(dòng)小，響應(yīng)速度快，峰值轉(zhuǎn)矩高，過載能力強(qiáng)，能承受頻繁起停、制 動(dòng)和正反轉(zhuǎn)，電機(jī)無電刷，可靠性高，可工作于惡劣的環(huán)境。前者數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備以數(shù)字的形式對信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。例如，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域、微積分、概率統(tǒng)計(jì)、隨即過程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號(hào)處理的基本工具；同時(shí)與網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等學(xué)科也密切相關(guān)。高速的運(yùn)算能力。支持并行處理指令等。 DSP 主要應(yīng)用在數(shù)字信號(hào)處理中，目的是為了能夠滿足實(shí)時(shí)信號(hào)處理的要求，因此需要將數(shù)字信號(hào)處理中的常用 運(yùn)算執(zhí)行的盡可能快，這就決定了 DSP 的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。 世界上第一個(gè)單片 DSP 芯片應(yīng)當(dāng)是 1978 年 AMI 公司發(fā)布的 S2811， 1979 年美國 Intel 公司發(fā)布的商用可編程器件 2920 是 DSP 芯片的一個(gè)主要里程碑。 TI 公司在 1982 年成功推出其第一代 DSP 芯片 TMS32021及其系列產(chǎn)品 TMS3202 TMS320C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相繼推出了第二代 DSP 芯片 TMS320 TMS320C25/C26/C28，第三代 DSP 芯片TMS320C30/C31/C32，第四代 DSP 芯片 TMS320C40/C44，第五代 DSP 芯片TMS320C5X/C54X，第二代 DSP 芯片的改進(jìn)型 TMS320C2XX，集多片 DSP 芯片于一體的高性能 DSP 芯片 TMS320C8X 以及目前速度最快的第六代 DSP 芯片TMS320C62X/C67X等。目前， DSP 處理器仍被 TI、 AGERE、邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 ADI 等 公司 占領(lǐng)，產(chǎn)品受外國大企業(yè)控制。作為能 量轉(zhuǎn)換的裝置，永磁同步電機(jī)有多種結(jié)構(gòu)和分類，其中正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)因其卓 越的性能已日漸成為電伺服系統(tǒng)執(zhí)行電機(jī)的主流。永磁體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生恒定的電磁場。因此對三相永磁同步伺服電機(jī)的控制也和對三相異步電動(dòng)機(jī)的控制相似，采用矢量控制。永磁同步電機(jī)的定子與普通電勵(lì)磁同步電機(jī)的定子一樣有 A, B, C 三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體，定子和轉(zhuǎn)子通過氣隙磁場存在電磁耦合關(guān)系。 (2)忽略電機(jī)繞組漏感 。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 (6)定子相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢波為正弦型的，定子繞組的電流在氣隙中只產(chǎn)生正弦分布的磁勢，忽略磁場的高次諧波。f 為轉(zhuǎn)子上永磁體產(chǎn)生的磁場；rpn???；其中 ω為轉(zhuǎn)子電角速度， ωr 為機(jī)械角速度 ，pn為極對數(shù)。TMS320LF2407 采用高性能靜態(tài) CMOS 技術(shù)，具有高達(dá) 30MIPS 的數(shù)據(jù)處理能力以? ?dqqdpedqqsqqddsdddqfdddiinTpiRupiRuiLiL??????????????????????邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 及適合電機(jī)控制的外設(shè)資源，采用其全比較單元可生成 6 路 PWM 控制信號(hào)， 10 位 A／ D 轉(zhuǎn)換模塊可以完成電流信號(hào)采樣， CAP 捕獲單元、 QEP 正交編碼單元以及 SPI串行外設(shè)接口單元可實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示，高速的數(shù)據(jù)處理能力、完備的外設(shè)資源大大地簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)?？刂浦陛S電流qi為零，通過調(diào)整直流量i。系統(tǒng)的速度環(huán)和電流環(huán)采用 PI 控制算法，同時(shí)為了提高直流電壓利用率，改善電機(jī)的運(yùn)行特性，將電流控制器的輸出作為 SVPWM 模塊的輸人，結(jié)合由光電編碼器得到的電機(jī)旋轉(zhuǎn)電角度并經(jīng)過扇區(qū)判斷及占空比的實(shí)。交軸電流的給定 ipref為速度控制器的輸出，控制交軸電流qi。在 DSP 中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流全數(shù)字雙閉環(huán)控制，完成電流采樣、轉(zhuǎn)角及速度計(jì)算、 PARK 變換及逆變換、 CLARKE 變換和 PWM 控制信號(hào)的實(shí)時(shí)計(jì)算以及參量顯示等功能。通過控制qi就可以控制eT，進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速，從而得到了和它勵(lì)直流有刷電動(dòng)機(jī)相似的控制特性。 永磁同步電動(dòng)機(jī)是系統(tǒng)的控制對象 ，有必要對進(jìn)行研究 。 (4)永磁材料的電導(dǎo)率為零 。電機(jī)的數(shù)學(xué)模型中含有時(shí)變參數(shù)，給分析和計(jì)算帶來困難。 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。兩種磁場相互作用產(chǎn)生的電磁力，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。為了使得永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)具有正弦波感應(yīng)電動(dòng)勢波形，其轉(zhuǎn)子磁鋼形狀呈 拋物線狀，使其氣隙中產(chǎn)生的磁通密度盡量呈正弦分布。而在產(chǎn)品應(yīng)用上，目前重要的 DSP 應(yīng)用產(chǎn)品，如移動(dòng)電話、調(diào)制解調(diào)器等個(gè)人計(jì)算機(jī)與通訊領(lǐng) 域應(yīng)用產(chǎn)品，都是采用國際大廠的 DSP 解決方案 。如今， TI 公司的一系列 DSP 產(chǎn)品已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最有影響的 DSP 芯片。 1980 年，日本 NEC 公司推出的 μPD7720 是第一個(gè)具有乘法器的商用 DSP 芯片。從廣義上講， DSP、微處理器和微控制器（單片機(jī)）等都屬于處理器，可以說 DSP 是一種 CPU。 數(shù)字信號(hào)處理器件是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)載體。芯片具有滿足數(shù)字信號(hào)算法特殊要求的功能，如為了支持 Viterbi 蝶形算 法而設(shè)計(jì)的比特反轉(zhuǎn)尋址。數(shù)字信號(hào)處理可以說許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)，同時(shí)又使自己成為一門新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。 DSP 的基本模型如圖 41 所示。本文在吸取和借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，基于 DSP控制的永磁交流伺服系統(tǒng)，采用電壓空間矢量控制方法，實(shí)現(xiàn)了基于轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制的 PMSM 交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的全數(shù)字化設(shè)計(jì)。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第四章 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 隨著永磁同步電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)日趨完善，以往同步電動(dòng)機(jī)的概念和應(yīng)用范圍已被現(xiàn)今的永磁同步電動(dòng)機(jī)大大擴(kuò)展。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 MSMA 400W 交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 4） 過載能力不同 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn) 象。 2） 低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。對于帶 17 位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收 217=131072 個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其