卷煙包裝機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案(編輯修改稿)
2025-06-10 22:56 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電壓脈寬轉(zhuǎn)換器由三角波發(fā)生器和比較器組成，三角波發(fā)生器產(chǎn)生頻率恒定的三角波Ut，Ut與輸入的電壓控制信號(hào)Ui相比較，當(dāng)Ui Ut時(shí)，比較器輸出滿幅的正電平；當(dāng)Ui Ut時(shí)，比較器輸出滿幅的負(fù)電平。比較器輸出的正/負(fù)電平Us送給開(kāi)關(guān)功率放大器進(jìn)行放大，變成可驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)的開(kāi)關(guān)電平Up 。實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)為：三角波頻率為f = 10KHz, 三角波振幅Ut 為 2V~+2V，控制電壓輸入：Ui 為2V~+2V。 電壓—脈寬轉(zhuǎn)換器圖5中虛線部分為電壓—脈寬轉(zhuǎn)換器電路框圖。圖6為電壓—脈寬轉(zhuǎn)換器電路圖。A1與其外圍電路構(gòu)成遲滯比較器，及沖放電時(shí)間常數(shù)相等的積分器A2，及電容C1一起構(gòu)成三角波發(fā)生器?？刂齐妷篣i與三角波發(fā)生器輸出電壓輸入到比較器A3，比較器輸出滿幅的正/負(fù)電壓Us送入功率放大器進(jìn)行放大，成為可驅(qū)動(dòng)直流飼服電機(jī)的開(kāi)關(guān)電平Up。圖中R1用于調(diào)節(jié)遲滯比較器的滯回電壓范圍，本設(shè)計(jì)的滯回電壓范圍應(yīng)在2V~2V間。 在圖42中，通過(guò)遲滯比較器輸出方波，方波幅值由穩(wěn)壓管Vz決定，被限制在穩(wěn)壓值Vz~+Vz間，由理想運(yùn)放的特性，三角波的幅值V2 = R1Vz/R2。并且可推出三角波的振蕩周期為：T = 按圖中參數(shù)設(shè)計(jì)，可調(diào)節(jié)RR6，使三角波的振蕩周期調(diào)至T = ，既振蕩頻率f = 10kHz。即使R1 = 3k,R6 =1k。滯回電壓范圍決定了三角波的振幅為2V。圖7為電壓—脈寬轉(zhuǎn)換器的脈寬調(diào)制波形圖[4]。 圖6 電壓—脈寬轉(zhuǎn)換器電路圖UpUpUpUsUsUsUtUtUtttttttUi=0Ui0Ui0圖7 電壓—脈寬轉(zhuǎn)換器的脈寬調(diào)制波形圖 開(kāi)關(guān)功率放大器本設(shè)計(jì)中直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是不變的，因此電機(jī)的電樞電壓極性是不發(fā)生改變的。設(shè)計(jì)中的應(yīng)用電路即是圖3的單極性PWM直流調(diào)速系統(tǒng)。其中Ub1接圖42電壓—脈寬轉(zhuǎn)換電路的反相輸出端，Ub2接電壓—脈寬轉(zhuǎn)換電路的正相輸出端。圖8為電機(jī)正常工作時(shí)的電氣波形圖（左圖）及電機(jī)制動(dòng)是的電氣波形圖（右圖）。電機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)：0 t t1，此時(shí)Ub1為正，T1飽和導(dǎo)通；Ub2為負(fù)，T2截止。電機(jī)的電樞電流i由A端流向B端。當(dāng)t1 t T時(shí)，Ub1為負(fù)，T1截止。但由于回路電感電勢(shì)的作用使D2導(dǎo)通，D2的導(dǎo)通使D2的管壓降給T2施加反壓，使T2不能導(dǎo)通。電樞電流i由A流向B再到T4流經(jīng)D2流回A構(gòu)成回路。在這階段，T1與D2交替導(dǎo)通，而T2與D1處于截止?fàn)顟B(tài)。電機(jī)電樞電壓UAB大于其反電動(dòng)勢(shì)E，電樞電流i大于零。 圖8 直流伺服電機(jī)工作電氣波形圖制動(dòng)狀態(tài)：在控制電壓突然減小的瞬間，電機(jī)電樞電壓UAB減小，而電機(jī)轉(zhuǎn)速及其反電動(dòng)勢(shì)來(lái)不及改變，于是電樞電壓UAB其反電動(dòng)勢(shì)E。在t1 t T期間，T2飽和導(dǎo)通，電樞電流i由B流向A再流經(jīng)T2流向D4最后流回B形成回路，形成能耗制動(dòng)；在T t T+t1 時(shí)，T2截止，在反電動(dòng)勢(shì)E的作用下，D1導(dǎo)通，同時(shí)D1的管壓降給T1施加反壓，使T1不能導(dǎo)通。電樞電流i沿B流向A到D1流到U+，形成回饋制動(dòng)。在制動(dòng)階段，T2與D1交替導(dǎo)通，電機(jī)電樞電壓UAB小于其反電動(dòng)勢(shì)E，電樞電流i小于零。在反向電流的制動(dòng)作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，直到達(dá)到新的穩(wěn)定。伺服電機(jī)M的平均電壓為UAB = t1U/T = ρU，其中ρ為PWM占空比系數(shù)，ρ= t1/T ,0 ρ ，即可改變UAB的大小，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。驅(qū)動(dòng)電路的輸入信號(hào)即為圖42的電壓一脈寬轉(zhuǎn)換器的脈寬調(diào)制波。從波形圖可知: 當(dāng)Ui=0時(shí)，比較器輸出正負(fù)幅度相同、寬度相同的矩形波Us，占空比 ρ = 0. 5，伺服電機(jī)在二分之一滿速的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。 當(dāng)Ui0時(shí)，比較器輸出正脈沖寬、負(fù)脈沖窄的矩形波Us，占空比ρ增加，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升。 當(dāng)Ui0時(shí)，比較器輸出正脈沖窄、負(fù)脈沖寬的矩形波Us，占空比ρ減小，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。 由圖44可見(jiàn)，電壓和電流都是脈動(dòng)的，因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速也是脈動(dòng)的。但實(shí)際設(shè)計(jì)中由于PWM開(kāi)關(guān)頻率較高，因此脈動(dòng)分量對(duì)轉(zhuǎn)速的影響極其微小。5 控制單元的設(shè)計(jì)按照本設(shè)計(jì)描述的雙閉環(huán)反饋調(diào)速控制方式并根據(jù)實(shí)際要求，控制單元設(shè)計(jì)成由微機(jī)控制的數(shù)控直流調(diào)速系統(tǒng)。它具有控制靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的特點(diǎn)，圖9為控制單元組成框圖。模擬量被采集并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字量，由計(jì)算機(jī)按一定控制算法進(jìn)行運(yùn)算處理，運(yùn)算結(jié)果經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出到驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)而帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(伺服電機(jī))，達(dá)到調(diào)節(jié)和控制的目的。在這里計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要功能就是執(zhí)行按特定算法編寫(xiě)的程序，相當(dāng)于數(shù)字調(diào)節(jié)器。由于80C51具有低功耗、小體積、大容量、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)。所以在本設(shè)計(jì)中采用80C51作為核心芯片。速度給定光電 隔 離速度反饋數(shù)據(jù)采集模/數(shù)轉(zhuǎn)換電流反饋驅(qū)動(dòng)單元單 片機(jī) 數(shù)/模轉(zhuǎn)換圖9 控制單元組成框圖 線性光電隔離電路線性光電隔離電路即通過(guò)電、光、電這種信號(hào)轉(zhuǎn)換。利用光信號(hào)不受電磁場(chǎng)的干擾而完成隔離功能。在電控設(shè)備中，許多被控對(duì)象如電動(dòng)機(jī)、電磁閥等在運(yùn)行和動(dòng)作過(guò)程中容易產(chǎn)生一定的電磁干擾信號(hào)，如不加隔離可能回串入單片機(jī)控制系統(tǒng)中造成系統(tǒng)誤動(dòng)作。因此在很多的電控場(chǎng)合都使用光電隔離器件將主電路和控制電路隔離開(kāi)來(lái)，實(shí)現(xiàn)電氣上的相互絕緣。在本設(shè)計(jì)中采用TLP5212型光耦合器實(shí)現(xiàn)模擬量的隔離傳輸。圖10為線性隔離電路圖[5]。電路中，電阻R2=R3。設(shè)當(dāng)有某一信號(hào)Ui輸入時(shí)，流過(guò)電阻R1, R2和R3的電流分別為I1, I2和I3。TLP5212為雙光耦合集成器件，可認(rèn)為器件內(nèi)的兩個(gè)光耦各項(xiàng)參數(shù)完全一致。光耦合器內(nèi)兩個(gè)發(fā)射二極管串聯(lián)，流過(guò)的電流相同，所以照射到接受管的光通量相同，兩個(gè)接受管的導(dǎo)通程度相同，設(shè)光耦的電流傳輸比系數(shù)為K，則有I2 = I3 = KI1，又因?yàn)镽2 = R3，所以輸出電壓U0 =I3R3=I2R2 圖10 線性光電隔離電路圖在檢測(cè)電路調(diào)節(jié)過(guò)程中，Ui有兩種變化趨勢(shì)，當(dāng)輸入電壓Ui升高時(shí)，有Ui I2R2導(dǎo)致運(yùn)算放大器A1輸出端電壓升高，通過(guò)發(fā)射二極管的電流I1也隨之增大，由于I2=I3=KI1，因此I2 , I3也增大，最終調(diào)節(jié)的結(jié)果是Ui= I2R
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