直流pwm伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應用(編輯修改稿)
2025-07-16 04:31 本頁面
【文章內容簡介】 SFET、IGBT等)的發(fā)展，以及脈寬調制(PWM)直流調速技術的應用，直流電機得到廣泛應用。伺服調速電路通常采用速度、電流串級雙閉環(huán)調速原理實現(xiàn)；為適應小型直流電機的使用需求，各半導體廠商推出了直流電機控制專用集成電路，構成基于微處理器控制的直流電機伺服系統(tǒng)。但是，用集成電路構成的直流電機驅動器的輸出功率有限，不適合大功率直流電機驅動需求。因此脈寬調制(PWM)直流調速技術，實現(xiàn)大功率直流電機驅動控制。該驅動電路能夠滿足各種類型直流電機需求，并具有快速、精確、高效、低功耗等特點，可直接與微處理器接口，可應用PWM技術實現(xiàn)直流電機調速控制。隨著電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術。PWM直流伺服系統(tǒng)總體原理框圖三、直流電機PWM調速控制原理直流電動機轉速n=(UIR)/Kφ其中U為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻,φ為每極磁通量，K為電動機結構參數(shù)。直流電機轉速控制可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法是控制磁通，其控制功率小，低速時受到磁飽和限制，高速時受到換向火花和換向器結構強度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大動態(tài)響應較差，所以這種控制方法用得很少。大多數(shù)應用場合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術的進步，改變電樞電壓可通過多種途徑實現(xiàn)，其中PWM(脈寬調制)便是常用的改變電樞電壓的一種調速方法。PWM調速控制的基本原理是按一個固定頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內接通和斷開的時間比(占空比)來改變直流電機電樞上電壓的占空比，從而改變平均電壓，控制電機的轉速。在脈寬調速系統(tǒng)中，當電機通電時其速度增加，電機斷電時其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時間，即可控制電機轉速。而且采用PWM技術構成的無級調速系統(tǒng)．啟停時對直流系統(tǒng)無沖擊，并且具有啟動功耗小、運行穩(wěn)定的特點。電機始終接通電源時，電機轉速最大為Vmax，且設占空比為D=t／T，則電機的平均速度Vd為：Vd=，當改變占空比D=t／T時，就可以得到不同的電機平均速度Vd，從而達到調速的目的。嚴格地講，平均速度與占空比D并不是嚴格的線性關系，在一般的應用中，可將其近似地看成線性關系。 在直流電機驅動控制電路中，PWM信號由外部控制電路提供，并經(jīng)高速光電隔離電路、電機驅動邏輯與放大電路后，驅動H橋下臂MOSFET的開關來改變直流電機電樞上平均電壓，從而控制電機的轉速，實現(xiàn)直流電機PWM調速。PWM控制電路基本原理 為了實現(xiàn)直流伺服系統(tǒng)的H型單極模式同頻PWM可逆控制，一般需要產(chǎn)生四路驅動信號來實現(xiàn)電機的正反轉切換控制。當PWM控制電路工作時，其中H橋一側的兩路驅動信號的占空比相同但相位相反，同時隨控制信號改變并具有互鎖功能；而另一側上臂為低電平，下臂為高電平。另外，為防止橋路同側對管的導通，還應當配有延時電路。設計的整體模塊見圖1所示。其中，d[7:0]矢量用于為微機提供調節(jié)占空比的控制信號，cs為微機提供控制電機正反轉的控制信號，clk為本地晶振頻率，qout[3:0]矢量為四路信號輸出。其內部原理圖如圖2所示。該設計可得到脈沖周期固定（用軟件設置分頻器I9可改變PWM開關頻率，但一旦設置完畢，則其脈沖周期將固定）、占空比決定于控制信號、分辨力為1／256的PWM信號。I8模塊為脈寬鎖存器，可實現(xiàn)對來自微機的控制信號d[7：0]的鎖存,d[7：0]的向量值用于決定PWM信號的占空比。clk本地晶振在
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