【正文】 ububucucu1 u2 u3utu1utuduaω1tω1tω1tω1tω1tω1tuA0uB0uC0逆變器輸出A相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出B相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出C相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出線電壓等效正弦脈寬電壓波u1:由 F轉換來的ut改變調制波的頻率、幅值，就可改變最終輸出 ：變頻變壓的交流電壓主回路：左半部：整流器右半部：逆變器圖 SPWM 調制主回路及波形圖3/9/2023：速度環(huán)、電流環(huán) SPW 電路、功放電路 檢測反饋電路 校正補償 乘法器 SPWM功率放大速度反饋信號轉子位置檢測電路電流信號處理電路傳感器信號處理電路 傳感器MS3~電流比較速度比較 電流傳感++U(t)圖 交流進給伺服電機的速度控制系統(tǒng) 圖3/9/2023 電路原理SPWM 的控制方法：⑴ 模擬控制 原始的控制方法；⑵ 數(shù)字控制① 微機存儲事先算好的 SPWM 數(shù)據(jù)表格，由指令調出，或通過軟 件實時生成。 磁通過強磁通過強 — 使鐵心飽和，產生過大的勵磁電流，嚴重時因繞使鐵心飽和，產生過大的勵磁電流，嚴重時因繞 組過熱燒毀電機。這些曲線族的線性段基本平行，但最大轉矩 Tm隨著 f1 的下降而減小。為了擴大調速范圍，可以將 f1大于 額定 頻率 ，得到大于額定值的轉速。矢量變換控制既適用于交流異步電機，也適用于交流同步電機。等效數(shù)學模型。然后和直流電機一樣，通過對這兩個量的反饋控制，實現(xiàn)對電機的轉矩控制。電角度的三相平衡 交流電流 iA 、 iB 、 iC。 這樣三相交流電機轉換二 相交流電機。其磁場在空間以ω0角速度旋轉。同時還接收位置采樣周期測量反饋裝置測出的位置值，與給定值進行比較，得出位置誤差，該誤差作為速度環(huán)的給定。比較環(huán)節(jié)伺服放大器D/A工作臺位置檢測器（編碼器）伺服電機脈沖處理指令脈沖 P反饋脈沖 位置信息圖 數(shù)字脈沖比較位置控制的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)pf3/9/20232. 位置環(huán)的工作原理 位置環(huán)按負反饋、誤差原理工作，有誤差就運動，沒誤差就停止。3/9/2023 見書中圖 特點 ◆ 三環(huán)全部數(shù)字控制； ◆ 專用微處理器參與速度、電流環(huán)的數(shù)字處理和比較； ◆ 位置反饋比較由高速通訊總線（光纖通訊）、位控 CPU完成。 如按插補周期不斷的發(fā)出指令，工作臺就不斷的運動，誤差為一穩(wěn)定值時，工作臺為恒速運動。采用微處理器進行數(shù)字處理。 開環(huán)控制用于步進電機為執(zhí)行件的系統(tǒng)中，其位置精度由步進電機本身保證。這樣就可看成直流電機了。布置，分別通以時間相差 90186。 其中 F–磁勢（相當于電勢）、 ω–線圈匝數(shù)、 I –電流、 Φ–磁通、 Rm –磁阻。與直流電機相比， 交流感應電機沒有獨立的激磁回路。 直流伺服電機直流伺服電機 具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能，是因為具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能，是因為被控量為二個獨立的量：磁場被控量為二個獨立的量：磁場 Φ 和電樞電流 Ia(或 Ua)，并且互不影響。3/9/2023 矢量變換控制由德國于矢量變換控制由德國于 1971年提出和實現(xiàn)。然而繞組中感應電勢難以直接控制，亦采 用隨轉數(shù)的降低，定子電壓要適當提高的辦法，以補償定子繞組 電引起的壓降。三相異步電機定子每相電動勢的有效值為：三相異步電機定子每相電動勢的有效值為： Eg = m ≈ u1 （ u1 定子相電壓）式中 f1 — 定子頻率（定子頻率（ Hz）；）； N1 — 定子電動繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子電動繞組串聯(lián)匝數(shù)； Kn1 — 基波繞組系數(shù)； Φ m — 每每 極氣隙磁通量（ ）3/9/2023由上式可知 Φ m ≈ Eg / f1 或 Φ m ≈ u1 / f1 頻壓協(xié)調控制 ：在降低頻率調速時，必須降低電壓，才能保持 Φ m 不變。3/9/2023交流主軸驅動系統(tǒng)：交流感應異步電機交流主軸驅動系統(tǒng)：交流感應異步電機調速方法很多，變頻調速是最適用的方法，主要有：調速方法很多，變頻調速是最適用的方法，主要有： 壓頻（壓頻（ u/f）調速）調速 矢量變換控制調速矢量變換控制調速 在電機調速時，希望保持每極磁通為額定值。圖 SPWM 交 –直 –交變壓變頻器3/9/2023⑵ 正弦脈寬調制原理 （以單相為例） 正弦脈寬調制 （ SPWM ）波形 : 與正弦波等效的一系列等幅不等 寬的矩形脈沖波，如右下圖所示。 （ SPWM）變壓變頻器⑴ 基本概念 1964年德國人率先提出脈寬調制變頻思想，把通訊系統(tǒng)中的（ ）3/9/2023調制技術應用于交流變頻器。在 額定轉速以下用改變電調電樞端電壓調速，此時調磁不 工作只是維持額定的磁場，用電壓反饋作信號，限制激 磁電流反饋。 速度控制單元：沒有位置控制，只是速度控制系統(tǒng)。③ 電源的功率因數(shù)高 : SCR系統(tǒng)由于導通角的影響，使交流電源的波形畸 變、高次諧波的干擾，降低了電源功率因數(shù)。3/9/2023⑤ 電機正轉、反轉、停止： 由正、負 驅動電壓脈沖寬窄而定。電機端電壓 UAB=US， 電樞電流 id= id1，由 US→ T1 → T4 → 地。3/9/2023直流脈寬調調制的基本原理周期不變 周期不變脈寬脈寬脈寬脈寬平均直流電壓脈沖寬度正比代表速度 F值的直流電壓圖 脈寬調制（ PWM） 基本原理基本原理 圖Uωt3/9/20232） 脈寬調制器ttU △U △ +U S r U △ +U S rU S C U S C U S C+U S ro o oU S rtttt同向加法放大器電路圖U S r – 速度指令轉化過 來的直流電壓U △ 三角波USC 脈寬調制器的輸 出（ U S r +U △ ）調制波形圖R1 +12VUSCR1R3R2+12VU S rU △US r為 0時調制出正負脈寬一樣方波平均電壓為 0US r為正時 US r為負時調制出脈寬較寬的波形平均電壓為正調制出脈寬較窄的波形平均電壓為負圖 晶體管脈寬調制（ PWM） 電路及波形圖3/9/20233） 開關功率放大器主回路：可逆 H型雙極式 PWM 開關功率放大器電路圖 : 由四個大功率晶體管 （ GTR） T 1 、 T 2 、 T 3 、 T4 及四個續(xù)流二極管組成的橋 式電路。 ④ 啟動、制動、加減速： 電流調節(jié)器還能保證電機啟動、制動時的大轉 矩、加減速的良好動態(tài)性能。 功率 (平均 ) P =UIcos φ 由于交流電路中電感電容的存在，平均功率不等于電壓電流的乘積，而差一個 cos φ ，既與電壓電流的相位差有關。 沒反饋是開環(huán)，特性軟。120176。每 組內（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差 120186。作用：加快響應、啟動、低頻穩(wěn)定等。3/9/2023 直流進給運動的速度控制 1.、 直流伺服電機的調速原理 根據(jù)機械特性公式可知調速有二種方法 :電樞電壓 Ua和 氣隙磁通 Φ ⑴ 改變電樞外加電壓 Ua :由于繞組絕緣耐壓的限制，調壓只能在額定 轉速以下進行。 ② 液體冷卻電機 ③ 內裝式主軸電機 交流伺服電機的發(fā)展 3/9/2023 速度控制概述： 速度控制系統(tǒng)由速度控制單元、伺服電機和速度檢測 裝置組成。0 500 1000 1500 n 圖 6﹒8 永磁直流伺服電機工作曲線 溫度極限 換向極限 過載倍數(shù) Tmd，負載工作周期比 d。 電樞回路的電壓平衡方程式為 : （ ） Ua─ 電樞上的外加電壓； Ra─ 電樞電阻； Ea─ 電樞反電勢。 優(yōu)點：結構簡單、不需維護、適合于在惡劣環(huán)境下工作。 優(yōu)點：在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常 數(shù)小、反應快和速度平穩(wěn)。但可對這類誤差進行補償，因而仍可獲得滿意的精度。電機機械執(zhí)行部件A相、 B相C相、 …f、 nCNC插補指令脈沖頻率 f脈沖個數(shù) n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大3/9/2023 伺服系統(tǒng)的分類 n 無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅動系統(tǒng)和機械傳動機構的性能和精度。4．調速范圍寬 調速范圍是指生產機械要求電機能提供的最高轉速 和最低轉速之比。3/9/2023 伺服系統(tǒng)的組成 位置調解 速度調解 電流調解 轉換驅動 工作臺電流反饋速度反饋位置反饋MG 位置、速度和電流環(huán)均由： 調節(jié)控制模塊 、 檢測 和 反饋部分組成。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，經變換、調節(jié)和放大后驅動執(zhí)行件，轉化為直線或旋轉運動。如果說C裝置是數(shù)控系統(tǒng)的 “大腦 ”，是發(fā)布 “命令 ”的 “指揮所 ”，那么進給伺服系統(tǒng)則是數(shù)控系統(tǒng)的 “四肢 ”，是一種 “執(zhí)行機構 ”。2． 穩(wěn)定性好 穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在 短暫的調節(jié)過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態(tài)。（ 3） 反應速度快，電機必須具有較小的轉動慣量、較大的 轉矩、盡可能小的機電時間常數(shù)和很大的加速度 (400r