【正文】 的工作過程簡(jiǎn)述如下： 圖 44 交流模擬伺服系統(tǒng)原理圖 速度給定指令 VCMD來自數(shù)控系統(tǒng)；來自檢測(cè)元件（通常為脈沖編碼器）的信號(hào)經(jīng) F/V變換后作為系統(tǒng)的速度反饋信號(hào) TSA；它們經(jīng)比較、放大后輸出速度誤差信號(hào)。 3)可以將電動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)抑制到最低的限度。近年來，隨著新型大功率電力電子器件的出現(xiàn)，新型變頻技術(shù)，現(xiàn)代控制理論以及數(shù)字控制技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)也取得了快速發(fā)展，在中小功率的伺 服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，有全面取代直流伺服驅(qū)動(dòng)的趨勢(shì)。此過程同第一步。 圖 42PWM 速度控制單元原理框圖 由圖 42 可見，指令電壓 VCMD 與測(cè)速反饋信號(hào) TSA 經(jīng)過比較、放大后，輸 出誤差信號(hào) “ T— K（ VCMD－ TSA） ” 和 “ － ER=－ K（ VCMD－ TSA） ” 。指令脈沖與位置反饋脈沖比較的差值，送到誤差寄存器 ER。 在圖 32a 中 VD VD VD VD4 為續(xù)流二極管， 用 來 保 護(hù) VT VTVT VT4 三 極 管 ， Ub1=Ub4=Ub2=Ub3。 Ua= T1 Ud （ 1） T設(shè) 墜 = T1 ,墜 定義為占空比。近年來，電氣傳動(dòng)的 PWM 控制技術(shù)已成為電氣傳動(dòng)等自動(dòng)控制技術(shù)的熱點(diǎn)之一。另一方面則說明了消除機(jī)械和電 磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率 ,隨機(jī) PWM 技術(shù)正是提供了一個(gè)分析 ,解決這種問題的全新思路 . 法 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的 ,目前使用較廣泛的 PWM法 .前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論 :沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí) ,其效果基本相同 .SPWM 法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ) ,用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷 ,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等 ,通 過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值 .該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案 . 1） 面積法 該方案實(shí)際上就是 SPWM 法原理的直接闡釋 ,用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波 ,然后計(jì)算各脈沖的寬度和間隔 ,并把這些數(shù)據(jù)存于微機(jī)中 ,通過查表的方式生成 PWM 信號(hào)控制開關(guān)器件的通斷 ,以達(dá)到預(yù)期的目的 .由于此方法是以 SPWM 控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn) ,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開關(guān)器件的通斷時(shí)刻 ,其所得的的波形很接近正弦波 ,但其存在計(jì)算繁瑣 ,數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大 ,不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn) . 2） 硬件調(diào)制法 硬 件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的 ,其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào) ,把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波 ,通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形 .通常采用等腰三角波作為載波 ,當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí) ,所得到的就是 SPWM 波形 .其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單 ,可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路 ,用比較器來確定它們的交點(diǎn) ,在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制 ,就可以生成 SPWM 波 .但是 ,這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,難以實(shí)現(xiàn)精確的控制 . 3） 軟件生成法 由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波形變得比較容易 ,因 此 ,軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生 .軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法 ,其有兩種基本算法 ,即自然采樣法和規(guī)則采樣法 . 自然采樣法 以正弦波為調(diào)制波 ,等腰三角波為載波進(jìn)行比較 ,在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷 ,這就是自然采樣法 .其優(yōu)點(diǎn)是所得 SPWM 波形最接近正弦波 ,但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性 ,脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距 ,從而脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程 ,計(jì)算繁瑣 ,難以實(shí)時(shí)控制 . 4） 規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法 ,一般采用三角波作為載波 .其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行 采樣得到階梯波 ,再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷 ,從而實(shí)現(xiàn) SPWM 法 .當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn) (或底點(diǎn) )位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí) ,由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬 ,在一個(gè)載波周期 (即 采樣周期 )內(nèi)的位置是對(duì)稱的 ,這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣 .當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí) ,由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬 ,在一個(gè)載波周期 (此時(shí)為采樣周期的兩倍 )內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱 ,這種方法稱為非對(duì)稱規(guī)則采樣 . 規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的改進(jìn) ,其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡(jiǎn)單 ,便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算 ,其中非對(duì)稱 規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦 .其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低 ,線性控制范圍較小 . 以上兩種方法均只適用于同步調(diào)制方式中 . 5） 低次諧波消去法 低次諧波消去法是以消去 PWM 波形中某些主要的低次諧波為目的的方法 .其原理是對(duì)輸出電壓波形按傅氏級(jí)數(shù)展開 ,表示為 u(ωt)=ansinnωt, 首先確定基波分量 a1 的值 ,再令兩個(gè)不同的 an=0,就可以建立三個(gè)方程 ,聯(lián)立求解得 a1,a2及 a3,這樣就可以消去兩個(gè)頻率的諧波 . 該方法雖然可以很好地消除所指定的低次諧波 ,但是 ,剩余未消去的較低次諧波的幅值可能會(huì)相 當(dāng)大 ,而且同樣存在計(jì)算復(fù)雜的缺點(diǎn) .該方法同樣只適用于同步調(diào)制方式中 . 6） 梯形波與三角波比較法 前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形盡量接近正弦波為目的 ,從而忽視了直流電壓的利用率 ,如 SPWM 法 ,其直流電壓利用率僅為 %.因此 ,為了提高直流電壓利用率 ,提出了一種新的方法 梯形波與三角波比較法 .該方法是采用梯形波作為調(diào)制信號(hào) ,三角波為載波 ,且使兩波幅值相等 ,以兩波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷實(shí)現(xiàn) PWM 控制 . 由于當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時(shí) ,其所含的基波分量幅值已超過了三角波幅值 ,從而可 以有效地提高直流電壓利用率 .但由于梯形波本身含有低次諧波 ,所以輸出波形中含有 5次 ,7 次等低次諧波 . PWM 前面所介紹的各種 PWM 控制方法用于三相逆變電路時(shí) ,都是對(duì)三相輸出相電壓分別進(jìn)行控制的 ,使其輸出接近正弦波 ,但是 ,對(duì)于像 三相異步電動(dòng)機(jī) 這樣的三相無中線對(duì)稱負(fù)載 ,逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦 ,而可著眼于使線電壓趨于正弦 .因此 ,提出了線電壓控制 PWM,主要有以下兩種方法 . 1） 馬鞍形波與三角波比較法 馬鞍形波與三角波比較法也就是諧波注入 PWM 方式 (HIPWM),其原理是在正弦波中加入一定比例的三次諧波 ,調(diào)制信號(hào)便呈現(xiàn)出馬鞍形 ,而且幅值明顯降低 ,于是在調(diào)制信號(hào)的幅值不超過載波幅值的情況下 ,可以使基波幅值超過三角波幅值 ,提高了直流電壓利用率 .在三相無中線系統(tǒng)中 ,由于三次諧波電流無通路 ,所以三個(gè)線電壓和線電流中均不含三次諧波 [4]. 除了可以注入三次諧波以外 ,還可以注入其他 3 倍頻于正弦波信號(hào)的其他波形 ,這些信號(hào)都不會(huì)影響線 電壓 .這是因?yàn)?,經(jīng) 過 PWM調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓也必然包含相應(yīng)的 3倍頻于正弦波信號(hào)的諧波 ,但在合成線電壓時(shí) ,各相電壓中的這些諧波將互相抵消 ,從而使線電壓仍為正弦波 . 2） 單元脈寬調(diào)制法 因?yàn)?,三相對(duì)稱線電壓有 Uuv+Uvw+Uwu=0 的關(guān)系 ,所以 ,某一線電壓任何時(shí)刻都等于另外兩個(gè)線電壓負(fù)值之和 .現(xiàn)在把一個(gè)周期等分為 6個(gè)區(qū)間 ,每區(qū)間 60176。執(zhí)行 PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作： 設(shè)置提供調(diào)制方波的 片上 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的周期 在 PWM 控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間 設(shè)置 PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用 I/O 管腳 啟動(dòng)定時(shí)器 使能 PWM控制器 PWM 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) PWM 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到 被控系統(tǒng) 信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行 數(shù)模轉(zhuǎn)換 。 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)。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。 9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于 9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。數(shù)控機(jī)床無級(jí)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)。通過傳動(dòng)帶帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，或通過傳動(dòng)帶和主軸箱內(nèi)的減速齒輪 (以獲得更大的轉(zhuǎn)矩 )帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。 直到進(jìn)入上世紀(jì)80 年代 ,隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展 ,PWM 控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用 。 二、課題設(shè)計(jì)（論文） 提綱 1. 論文總體的描述和分析 2. 系統(tǒng)模塊的 劃分 3. 系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì) 4. 系統(tǒng)模塊的分析 5. 報(bào)告小結(jié) 6. 參考資料 三、課題設(shè)計(jì)（論文）思路、方法及進(jìn)度安排 按照自頂向下，由總提 到部分的設(shè)計(jì)原則，首先針對(duì)所設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，根據(jù)所掌握的知識(shí)和資料，從全局出發(fā)，明確 第一至二周： PWM技術(shù)和伺服系統(tǒng)的認(rèn)識(shí) 第三至四周： PWM技術(shù)在電機(jī)中的運(yùn)用 第五周： PWM技術(shù)在伺服 系統(tǒng)中的運(yùn)用與分析 第六周：答辯 四、課題設(shè)計(jì)（論文）參考文獻(xiàn)； 1 孫立志 編 PWM 與數(shù)字化電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)運(yùn)用 中國(guó)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