【正文】 了驅(qū)動揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。能夠解決這個問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重 (如老式的家庭立體聲設(shè)備 )和昂貴。此外，許多微控制器和 DSP 已經(jīng)在芯片上包含了 PWM 控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖 序列被加到模擬負(fù) 載上去的。 許多微控制器內(nèi)部都包含有 PWM 控制器。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。在接收端，通過適當(dāng)?shù)?RC或 LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。, 對于某一線電壓例如 Uuv,半個周期兩邊 60176。 區(qū)間的脈沖列一經(jīng)確定 ,線電壓的調(diào)制脈沖波形就唯一地確定了 .這個脈沖并不是開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖信號 ,但 由于已知三相線電壓的脈沖工作模式 ,就可以確定開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖信號了 . 該方法不僅能抑制較多的低次諧波 ,還可減小開關(guān)損耗和加寬線性控制區(qū) ,同時還能帶來用微機(jī)控制的方便 ,但該方法只適用于異步電動機(jī) ,應(yīng)用范圍較小 . PWM 電流控制 PWM 的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號 ,把實(shí)際的電流波形作為反饋信號 ,通過兩者瞬時值的比較來決定各開關(guān)器件的通斷 ,使實(shí)際輸出隨指令信號的改變而改變 .其實(shí)現(xiàn)方案主要有以下 3種 . 1） 滯環(huán)比較法 這是一種帶反饋的 PWM 控制方式 ,即每相電流反饋回來與電流給定值經(jīng)滯環(huán)比較器 ,得出相應(yīng)橋臂開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài) ,使得實(shí)際電流跟蹤給定電流的變化 .該方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單 ,動態(tài)性能好 ,輸出電壓不含特定頻率的諧波分量 .其缺點(diǎn)是開關(guān)頻率不固定造成較為嚴(yán)重的噪音 ,和其他方法相比 ,在同一開關(guān)頻率下輸出電流中所含的諧波較多 . 2） 三角波比較法 該方法與 SPWM 法中的三角波比較方式不同 ,這里是把指令電流與實(shí)際輸出電流進(jìn)行比較 ,求出偏差電流 ,通過放大器放大后再和三角波進(jìn)行比較 ,產(chǎn)生 PWM波 .此時開關(guān)頻率一定 ,因而克服了 滯環(huán)比較法頻率不固定的缺點(diǎn) .但是 ,這種方式電流響應(yīng)不如滯環(huán)比較法快 . 3） 預(yù)測電流控制法 預(yù)測電流控制是在每個調(diào)節(jié)周期開始時 ,根據(jù)實(shí)際電流誤差 ,負(fù)載參數(shù)及其它負(fù)載變量 ,來預(yù)測電流誤差矢量趨勢 ,因此 ,下一個調(diào)節(jié)周期由 PWM 產(chǎn)生的電壓矢量必將減小所預(yù)測的誤差 .該方法的優(yōu)點(diǎn)是 ,若給調(diào)節(jié)器除誤差外更多的信息 ,則可獲得比較快速 ,準(zhǔn)確的響應(yīng) .目前 ,這類調(diào)節(jié)器的局限性是響應(yīng)速度及過程模型系數(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性 . PWM 空間電壓矢量控 制 PWM(SVPWM)也叫磁通正弦 PWM法 .它以三相波形整體生成效果為前提 ,以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的 ,用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基 準(zhǔn)圓磁通 ,由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān) ,形成 PWM 波形 .此法從電動機(jī)的角度出發(fā) ,把逆變器和電機(jī)看作一個整體 ,以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制 ,使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場 (正弦磁通 ). 具體方法又分為磁通開環(huán)式和磁通閉環(huán)式 .磁通開環(huán)法用兩個非零矢量和一個零矢量合 成一個等效的電壓矢量 ,若采樣時間足夠小 ,可合成任意電壓矢量 .此法輸出電壓比正弦波調(diào)制時提高 15%,諧波電流有效值之和接近最小 .磁通閉環(huán)式引 入磁通反饋 ,控制磁通的大小和變化的速度 .在比較估算磁通和給定磁通后 , 根據(jù)誤差決定產(chǎn)生下一個電壓矢量 ,形成 PWM 波形 .這種方法克服了磁通開環(huán)法的不足 ,解決了電機(jī)低速時 ,定子電阻影響大的問題 ,減小了電機(jī)的脈動和噪音 .但由于未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié) ,系統(tǒng)性能沒有得到根本性的改善 . 矢量控制 PWM 矢量控制 也稱磁場定向控制 ,其原理是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia,Ib 及 Ic,通過三相 /二相變換 ,等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1及 Ib1,再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換 ,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1及 It1(Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流 。 直流電機(jī) PWM 控制原理 直流斬波的功能是將某一直流電變?yōu)榱硪恍枰墓潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。 PWM 斬波器工作原理電路及其輸出波形如圖 31 所示。設(shè)定輸入電壓 U不變，墜 越大， 電機(jī)電樞端的平均電壓 Ua 越大，反之也成立。 它采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，其工作原理是：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。當(dāng) Ub1=Ub4 為正時， VT1 和 VT4 導(dǎo)通， VT2 和 VT3 不能立即導(dǎo)通， 因?yàn)殡姍C(jī)的反電勢使 AB 存在續(xù)流，續(xù)流流經(jīng) VD3 和 VD2，保護(hù)了四個三極管 ， 若續(xù)流在這個過程沒有得到很大衰減 ，而Ub1=Ub4 為正的階段已經(jīng)來臨， 則 VT2 和 VT3 一直不能導(dǎo)通； 若續(xù)流在這個過程中得到很大衰減，則 VT2 和 VT3 導(dǎo)通， UAB 的電壓 =US。 以脈沖編碼器作為檢測器件的常見 PWM 直流伺服系統(tǒng)的框圖如圖 41所示。誤差寄存器的輸出與位置增益（ G）、偏移值補(bǔ)償（ D）運(yùn)算合成后，送到脈寬調(diào)制器（ PWM）進(jìn)行脈 寬調(diào)制。另一路輸出到檢測倍乘器 DMR，經(jīng)倍乘后送到比較器作為位置環(huán)的位置反饋輸入。誤差信號ER 送到 A 相和 B 相調(diào)制器，并與三角波發(fā)生器產(chǎn)出的三角波進(jìn)行邏輯運(yùn)算后，經(jīng)脈寬調(diào)制、驅(qū)動放大之后輸出 TRA和 TRB 信號，控制晶體管 VTA 和 VTB 的基極；－ ER 信號與 H 角波進(jìn)行邏輯運(yùn)算后，經(jīng)脈寬調(diào)制、驅(qū)動放大之后輸出 TRC 和 TRD信號，控制晶體管 VTC 和 VTD 的基極。 2） VTC 和 VTA 晶體管導(dǎo)通。 4） VTB 和 VTD 晶體管導(dǎo)通。 圖 43中，虛線是表示當(dāng) ER 值（ － ER 值）較小時的情況。 交流伺服電動機(jī)一般都是永磁式的三相同步電動機(jī)。 3)通過采用無刷和全封閉的結(jié)構(gòu)形式，使得電動機(jī)不需維修，即使在惡劣的使用環(huán)境下仍有很長的壽命。 4)具有很高的轉(zhuǎn)矩 /慣量比，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速起動和制動。 1. 模擬式交流伺服控制系統(tǒng) 交流伺服系統(tǒng)按其指令信號與內(nèi)部的控制形式，可以分 為模擬式伺服與數(shù)字式伺服兩類。速度誤差信號再經(jīng)調(diào)節(jié)器放大，作為轉(zhuǎn)矩指令輸出。在 FANUC 常見的交流伺服驅(qū)動中，其中一片型號為 AF20，它包括兩個乘法器和一個轉(zhuǎn)子位置計(jì)算回路；另一片型號為 MB63137，它包括 PWM控制回路和脈沖編碼器的接收回路。 3）系統(tǒng)同時具有電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)控制的功能，以適應(yīng)不同的控制要求。 此外，在數(shù)字式伺服系統(tǒng)中，還可以采用絕對脈沖編碼器作為位置檢測器件，在數(shù)控系統(tǒng)停電后，仍能記憶機(jī)床的實(shí)際位置；因此，機(jī)床開機(jī)時可以不進(jìn)行手動 “ 回參考點(diǎn) ” 操作。 4） 功能上可擴(kuò)充性好，如可以對系統(tǒng)的非線性、干擾轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行補(bǔ)償，提高系統(tǒng)的精度。 圖 46 數(shù)字伺服系統(tǒng)的簡化框圖 直流主軸驅(qū)動系統(tǒng) 從原理上說，直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)與通常的直流調(diào)速系統(tǒng)無本質(zhì)的區(qū)別，但因?yàn)閿?shù)控機(jī)床高速、高效、高精度的要求，決定了直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1）調(diào)速 范圍寬。此外，為了使電動機(jī)發(fā)熱最小，定子往往采用獨(dú)特附加磁極，以減小損耗，提高效率。 6）純電氣主軸定向準(zhǔn)?？刂乒δ??？刂葡到y(tǒng)的主回路一般采用晶閘管反并聯(lián)可逆整流 電路。主軸定向準(zhǔn)?？刂频淖饔檬?將主軸準(zhǔn)確停在某一固定的角度上，以進(jìn)行換刀等動作。 采用編碼器的方式與使用磁性傳感器的方式相比，具有定位點(diǎn)在 0360176。 3）特別是對于全數(shù)字式主軸驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動器可直接使用 CNC 的數(shù)字量輸出信號進(jìn)行控制，不要經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)速控制精度得到了提高。 交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)的原理如圖 49 所示。 轉(zhuǎn)矩給定脈沖信號在微處理器 8中與四倍頻回路 17輸出的速度反饋脈沖進(jìn)行運(yùn)算。 另一方面，從微處理器輸出的 U、 V相位信號分別送到 U 相和 V相的電流指令回路 12 并在電流指令回路中與幅值給定相乘后產(chǎn)生 U 相和 V相的電流給定指令。這一脈沖經(jīng)四倍頻回路17進(jìn)行倍頻后，經(jīng) F/V 轉(zhuǎn)換器 19 轉(zhuǎn)換為電壓信號，提供速度反饋電 壓。由于機(jī)床加工范圍較廣，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求機(jī)床執(zhí)行部件具有不同的運(yùn)動速度，因此機(jī)床的主運(yùn)動應(yīng)能進(jìn)行調(diào)速，主軸調(diào)速系統(tǒng)一般采用交流主軸系統(tǒng)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的主軸的交流拖動，同樣能夠很好滿足需要。 參考文獻(xiàn) 1 孫立志 編 PWM 與數(shù)字化電動機(jī)控制技術(shù)運(yùn)用 中國電力出版社 2020 2 張祟巍 編 PWM技術(shù)及其運(yùn)用 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 3 夏伯雄 編 數(shù)控技術(shù) 水利水電出版社 2020 4 顏嘉男 編 伺服電機(jī)運(yùn)用技術(shù) 科學(xué)出版社 2020 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師意見書 系別： 填表日期： 年 月 日 學(xué)生姓名 學(xué)號 班級 設(shè)計(jì)（論文）題目 意 見： 指導(dǎo)教師 職稱 工作單位 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會評語 系別： 填表日期： 年 月 日 學(xué)生姓名 學(xué) 號 班級 （論文）題目 答辯成績 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會評語 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會成員簽字 姓 名 職 稱 工作單位 簽 字