卷煙包裝機項目設計方案(編輯修改稿)
2025-06-10 22:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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Ui相比較，當Ui Ut時，比較器輸出滿幅的正電平；當Ui Ut時，比較器輸出滿幅的負電平。比較器輸出的正/負電平Us送給開關(guān)功率放大器進行放大，變成可驅(qū)動直流伺服電機的開關(guān)電平Up 。實際設計參數(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。控制電壓Ui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/負電壓Us送入功率放大器進行放大，成為可驅(qū)動直流飼服電機的開關(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，本設計的滯回電壓范圍應在2V~2V間。 在圖42中，通過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)設計，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 開關(guān)功率放大器本設計中直流伺服電機的轉(zhuǎn)動方向是不變的，因此電機的電樞電壓極性是不發(fā)生改變的。設計中的應用電路即是圖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為電機正常工作時的電氣波形圖（左圖）及電機制動是的電氣波形圖（右圖）。電機在運行狀態(tài)：0 t t1，此時Ub1為正，T1飽和導通；Ub2為負，T2截止。電機的電樞電流i由A端流向B端。當t1 t T時，Ub1為負，T1截止。但由于回路電感電勢的作用使D2導通，D2的導通使D2的管壓降給T2施加反壓，使T2不能導通。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交替導通，而T2與D1處于截止狀態(tài)。電機電樞電壓UAB大于其反電動勢E，電樞電流i大于零。 圖8 直流伺服電機工作電氣波形圖制動狀態(tài)：在控制電壓突然減小的瞬間，電機電樞電壓UAB減小，而電機轉(zhuǎn)速及其反電動勢來不及改變，于是電樞電壓UAB其反電動勢E。在t1 t T期間，T2飽和導通，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；在T t T+t1 時，T2截止，在反電動勢E的作用下，D1導通，同時D1的管壓降給T1施加反壓，使T1不能導通。電樞電流i沿B流向A到D1流到U+，形成回饋制動。在制動階段，T2與D1交替導通，電機電樞電壓UAB小于其反電動勢E，電樞電流i小于零。在反向電流的制動作用下，電機轉(zhuǎn)速迅速下降，直到達到新的穩(wěn)定。伺服電機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，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。驅(qū)動電路的輸入信號即為圖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Ui=0時，比較器輸出正負幅度相同、寬度相同的矩形波Us，占空比 ρ = 0. 5，伺服電機在二分之一滿速的轉(zhuǎn)速下運行。 當Ui0時，比較器輸出正脈沖寬、負脈沖窄的矩形波Us，占空比ρ增加，伺服電機的轉(zhuǎn)速上升。 當Ui0時，比較器輸出正脈沖窄、負脈沖寬的矩形波Us，占空比ρ減小，伺服電機的轉(zhuǎn)速下降。 由圖44可見，電壓和電流都是脈動的，因此電機的轉(zhuǎn)速也是脈動的。但實際設計中由于PWM開關(guān)頻率較高，因此脈動分量對轉(zhuǎn)速的影響極其微小。5 控制單元的設計按照本設計描述的雙閉環(huán)反饋調(diào)速控制方式并根據(jù)實際要求，控制單元設計成由微機控制的數(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，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，由計算機按一定控制算法進行運算處理，運算結(jié)果經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出到驅(qū)動單元進而帶動執(zhí)行機構(gòu)(伺服電機)，達到調(diào)節(jié)和控制的目的。在這里計算機的一個重要功能就是執(zhí)行按特定算法編寫的程序，相當于數(shù)字調(diào)節(jié)器。由于80C51具有低功耗、小體積、大容量、低價格等優(yōu)點。所以在本設計中采用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)動單元單 片機 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電、光、電這種信號轉(zhuǎn)換。利用光信號不受電磁場的干擾而完成隔離功能。在電控設備中，許多被控對象如電動機、電磁閥等在運行和動作過程中容易產(chǎn)生一定的電磁干擾信號，如不加隔離可能回串入單片機控制系統(tǒng)中造成系統(tǒng)誤動作。因此在很多的電控場合都使用光電隔離器件將主電路和控制電路隔離開來，實現(xiàn)電氣上的相互絕緣。在本設計中采用TLP5212型光耦合器實現(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。設當有某一信號Ui輸入時，流過電阻R1, R2和R3的電流分別為I1, I2和I3。TLP5212為雙光耦合集成器件，可認為器件內(nèi)的兩個光耦各項參數(shù)完全一致。光耦合器內(nèi)兩個發(fā)射二極管串聯(lián)，流過的電流相同，所以照射到接受管的光通量相同，兩個接受管的導通程度相同，設光耦的電流傳輸比系數(shù)為K，則有I2 = I3 = KI1，又因為R2 = R3，所以輸出電壓U0 =I3R3=I2R2 圖10 線性光電隔離電路圖在檢測電路調(diào)節(jié)過程中，Ui有兩種變化趨勢，當輸入電壓Ui升高時，有Ui I2R2導致運算放大器A1輸出端電壓升高，通過發(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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