【正文】 使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 直流伺服電機(jī)控制 二、 驅(qū)動(dòng)與控制 一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞，不僅取決于電機(jī)本身的特性，而且還取決于驅(qū)動(dòng)電路的性能以及兩者之間的相互配合。對驅(qū)動(dòng)電路一般要求 頻帶寬、效率高、能量能回授 等。目前常用 晶體管驅(qū)動(dòng)和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng) ，廣泛采用的直流伺服電機(jī)的 晶體管驅(qū)動(dòng)電路有線性直流伺服放大器和脈寬調(diào)制放大器 (PwM)。 一般， 寬頻帶低功率系統(tǒng)選用線性放大器 (小于幾百瓦 )，而脈寬調(diào)制放大器常用在較大的系統(tǒng)中，尤其是那些要求在低速和大轉(zhuǎn)矩下連續(xù)運(yùn)行的場合。 一、晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng) U sRP1R 0R 0R bU fn+U+R 1I dRP2GU cU d+U aML圖 4 － 7 帶有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖二、脈寬調(diào)制放大器 (PwM) PWM放大器的優(yōu)點(diǎn)是 功率管工作在開關(guān)狀態(tài)，管耗小 。它的 基本原理 是： 利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率 (例如 2022HZ)的方波電壓，加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 如圖 4— 18所示。鋸齒波發(fā)生器的輸出電壓 vA和直流控制信號 vIN進(jìn)行比較。同時(shí)，在 比較器 的輸入端還加入一個(gè)調(diào)零電壓 v0，當(dāng)控制電壓 vIN為零時(shí)，調(diào)節(jié) vo使比較器的輸出電壓為正、負(fù)脈沖寬度相等的方波信號，如圖 4— 19(a)所示。當(dāng)控制信號 vIN為正或負(fù)時(shí)，比較器輸入端處的鋸齒波相應(yīng)地上移或下移，比較器的輸出脈沖也隨著相應(yīng)改變，實(shí)現(xiàn)了脈寬調(diào)制，如圖 4— 19(b)、 (c)所示。 第四節(jié) 交流伺服電動(dòng)機(jī) 與普通直流伺服電動(dòng)機(jī)相比較， 普通交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：它不需要電刷和換向器，因而避免了由于存在電刷和換向器而引起的一系列弊病。此外，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、體積和重量一般來說也較小 。缺點(diǎn)是： 輸出功率和轉(zhuǎn)矩較?。晦D(zhuǎn)矩特性和調(diào)節(jié)特性的線性度不及直流伺服電動(dòng)機(jī)好；其效率也較直流伺服電動(dòng)機(jī)為低 。 銀狐工控網(wǎng) 自動(dòng)化、企業(yè)信息化 — 中國工控網(wǎng) 運(yùn)動(dòng)控制專欄 中國工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域權(quán)威咨詢、資訊傳媒 ! 一、交流伺服電動(dòng)機(jī)種類 同步型（ SM） ：采用永磁結(jié)構(gòu)的同步電動(dòng)機(jī)，又稱無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。 特點(diǎn) ：無接觸換向部件 需要磁極位置檢測器（如編碼器） 具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)。 感應(yīng)型（ IM） ：籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 特點(diǎn) ：對定子電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制 具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)。 用于自動(dòng)焊機(jī)中保持電弧長度穩(wěn)定，其原理如圖 4— 34所示。交流伺服電機(jī) sL經(jīng)減速器 2帶動(dòng)焊條 8的移動(dòng)裝置 3。為保證焊接質(zhì)量，要求自動(dòng)焊機(jī)在整個(gè)焊接過程中能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)電弧長度，使電弧穩(wěn)定地燃燒。當(dāng)電弧長度符合要求時(shí)，反饋的弧壓up和給定電壓 u相等，通過比較器 4得偏差信號＝ o，伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。如果外界干擾使弧長變長或變短，反饋弧壓 up相當(dāng)于增大或減小，偏差信號經(jīng)放大器 1送入電機(jī) sL的控制電壓的相序發(fā)生改變，使控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，經(jīng)移動(dòng)裝置 3帶動(dòng)焊條 8上下移動(dòng)，以保持電弧長度恒定。 應(yīng)用舉例 二、交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速 變頻調(diào)速 間接變換方式 （交－直－交變頻） 變頻方式 直接變換方式（交－交變頻） 交－直－交變頻 是把交流電通過整流器變?yōu)橹绷麟?，再用逆變器將直流電變?yōu)轭l率可變的交流電供給異步電動(dòng)機(jī)。目前常用的通用變頻器即屬于交－直－交變頻，其基本結(jié)構(gòu)原理如圖 4－ 12。由圖可知，變頻器主要由主回路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成。變頻器還有豐富的軟件，各種功能主要靠軟件來完成。 交流電源 交流電源 電壓頻率可變 中間直流環(huán)節(jié) 逆變器 整流器 控 制 電 路 變頻器的分類方式很多 ， 除了按電源變換方式分類外 ， 還可以按 逆變器開關(guān)方式 來分類 ， 即 PAM方式和 PWM方式 。 PAM控制是 Pulse Amplitude Modulation（ 脈沖振幅調(diào)制 ） 控制的簡稱； PWM控制是 Pulse Width Modulation（ 脈沖寬度調(diào)制 ） 控制的簡稱 ， 是在逆變電路部分同時(shí)對輸出電壓 （ 電流 ） 的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方式 。 在這種控制方式中 ， 以較高頻率對逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)元器件進(jìn)行開閉 ， 并通過改變輸出脈沖的寬度來達(dá)到控制電壓 （ 電流 ） 的目的 。 目前在變頻器中多采用正弦波 PWM控制方式 ， 即通過改變 PWM輸出的脈沖寬度 ， 使輸出電壓的平均值接近正弦波 ， 這種方式也被稱為 SPWM控制 。 變頻器還可以按控制方式分為 V/F（ 電壓 /頻率 ） 控制 、 轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制 三種 。 其中 ， V/F控制屬于開環(huán)控制 ， 而轉(zhuǎn)差控制和矢量控制屬于閉環(huán)控制 ， 二者的主要區(qū)別在于 V/F控制方式中沒有進(jìn)行速度反饋 ， 而在轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制 。 三、 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 交流伺服電動(dòng)機(jī)的初選擇 (1)首先考慮電動(dòng)機(jī)能夠提供負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。就是能夠提供克服峰值負(fù)載所需的功率。 Pm=(～ )TLPnLP/159η 其次，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作周期可以與其發(fā)熱時(shí)間常數(shù)相比較時(shí)，必須考慮電機(jī)的熱額定問題，通常用負(fù)載的均方根功率作為確定電機(jī)發(fā)熱功率的基礎(chǔ)。 Pm=(～ )TLrnLr/159η (2)發(fā)熱校核 TN≥TLr tdtTTTTtLFLaLLr? ??? 02)((3)轉(zhuǎn)矩過載校核 (TL)max≤(Tm)max過載轉(zhuǎn)矩 (Tm)max=λTn額定力矩 1）慣量較小的系統(tǒng) 1Jl/Jm3 2）慣量較大的系統(tǒng) ≤Jl/Jm≤1 變頻器種類 通用變頻器 ：節(jié)能，節(jié)電 20%，用于壓縮機(jī)、泵、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)等； 提高控制性能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，用于運(yùn)輸機(jī)械、起重機(jī)等。 紡織專用變頻器 ：改善傳動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。紡織、化纖機(jī)械。 矢量控制變頻器 ：提高傳動(dòng)精度及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集散控制。冶金、印刷、造紙。 要求高精度的轉(zhuǎn)矩控制，加速度大，能與上位機(jī)進(jìn)行通訊。 機(jī)床專用變頻器 ：用于機(jī)床主軸傳動(dòng)控制，以滿足工藝上要求得大加減速轉(zhuǎn) 矩，寬廣的恒功率控制及高精度的定位控制，提高機(jī)床自動(dòng)化。 電梯專用矢量變換控制變頻器 ：實(shí)現(xiàn)緩慢平穩(wěn)的升降速。 高頻變頻器 ：用于超精密加工、高速電動(dòng)機(jī)。如專用脈沖調(diào)幅型變頻器，頻率達(dá) 3kHZ，對應(yīng)轉(zhuǎn)速 18 104r/min。 變頻器選擇 分析控制對象的負(fù)載特性選擇電動(dòng)機(jī)的容量 根據(jù)用途選擇合適的變頻器類型 確定變頻器容量 （ 1）選擇變頻器具體型號是以電動(dòng)機(jī)額定電流值為依據(jù)，以電動(dòng)機(jī)的額定功率為參考值。變頻器最大輸出電流應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的額定電流值。 （ 2）變頻器與電動(dòng)機(jī)的距離過長時(shí)，為防止電纜對地耦合與變頻器輸出電流中諧波疊加而造成的電動(dòng)機(jī)端子處電壓升高的影響，應(yīng)在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 （ 3） 變頻器選擇時(shí) ， 要考慮電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率在什么功率范圍內(nèi) 。 在低速范圍內(nèi) ， 應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的溫升情況 ， 是否需加裝風(fēng)扇給電動(dòng)機(jī)散熱 。 （ 4）變頻器選擇時(shí)，一定要注意其防護(hù)等級應(yīng)與現(xiàn)場情況相匹配，防止現(xiàn)場的粉末或水分影響變頻器的長久運(yùn)行。 變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 ABB變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 恒壓供水是指不論用戶端水量大小 ， 總保持管網(wǎng)水壓基本恒定 。 這樣 ， 既可以滿足各部位用戶的用水的需要 ， 又不使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn) ， 造成電能的浪費(fèi) 。 因此 ， 由變頻器得到給定壓力信號和實(shí)際反饋信號 ， 利用變頻器內(nèi)部固有的功能進(jìn)行比較計(jì)算 ， 通過頻率輸出的變化調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速 ， 從而控制管網(wǎng)中水壓力恒定 。 變頻器恒壓供水系統(tǒng)如圖 413所示 。 圖 4 － 22 變頻器恒壓供水系統(tǒng)圖進(jìn)水管水池閥門止回閥狀態(tài)顯示器水泵 閥門出水管變頻器壓力傳感器M~水泵電動(dòng)機(jī) 本系統(tǒng)僅舉出一個(gè)簡單例子，即 一臺變頻器帶一臺水泵運(yùn)行 。主要構(gòu)成為 ABB ACS600系列變頻器一臺，由于 ABB公司 ACS600系列變頻器均帶有 PID調(diào)節(jié)器，所以 可以根據(jù)給定壓力（設(shè)定壓力）和壓力傳感器返回的實(shí)際壓力信號進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn) PID調(diào)節(jié)（比例積分微分調(diào)節(jié)），變頻器根據(jù)用戶水量大小而引起的水壓變化，相應(yīng)地調(diào)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制水壓的恒定 ，另外變頻器可以輸出相應(yīng)的電流信號給顯示控制器，可直接顯示出變頻器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)變頻器對電動(dòng)機(jī)具有過流、過壓、欠壓、過載等全部故障保護(hù)功能。恒壓供水系統(tǒng)的控制原理圖如圖 414所示。 變頻器的功能參數(shù)設(shè)定主要根據(jù)現(xiàn)場條件和廠家提供的用戶手冊進(jìn)行設(shè)定 ， 主要有：啟動(dòng) /停止參數(shù) 、 信號選擇參數(shù) 、 PID控制參數(shù)與加 /減速時(shí)間等幾組參數(shù) ， 其余均可遵照變頻器出廠值 。 在本系統(tǒng)主電路中 ， 變頻器的前端加入空氣斷路器與快速熔斷器進(jìn)行前端過電流保護(hù)與短路保護(hù) ， 以避免變頻器整流部分的損壞 。 后端直接與水泵電動(dòng)機(jī)相連 。 接變頻器運(yùn)行指示信號接變頻器起/停信 號X25:3X25:2X2:1X2:7接壓力給定信號（如信號發(fā)生器）接壓力反饋信號（如壓力變送器）FUACS60 1系列變頻器X1:6X1:5X1:7X1:8M圖4－ 23 恒壓供 水系統(tǒng)控制原理圖U 1V 1W 1QF 1U 2V 2W 2在本系統(tǒng)控制電路中 ， 變頻器接受的壓力給定信號與壓力反饋信號均為電流信號 （ 420mA） ， 變頻器接受的啟 /停信號為無源開關(guān)量信號 ， 其運(yùn)行指示信號輸出也為無源開關(guān)量信號 。 需要指出的是 ， 在系統(tǒng)中如果水泵為離心式水泵 ， 那么變頻器在選擇時(shí)可按照平方轉(zhuǎn)矩選擇；如果水泵為潛水泵 ， 那么變頻器在選擇時(shí)應(yīng)按照恒轉(zhuǎn)矩選擇 。 這是因?yàn)闈撍秒妱?dòng)機(jī)的額定電流比通常電動(dòng)機(jī)的額定電流要大 ， 所以選擇變頻器時(shí) ， 變頻器的連續(xù)輸出電流要大于潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流 。 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及接口 第一節(jié) 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 微機(jī)構(gòu)成 微機(jī)系統(tǒng) 二、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本要求 具有完善的過程輸入 /輸出功能 具有實(shí)時(shí)控制功能 具有可靠性 具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力 具有豐富的軟件 三、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分類及特點(diǎn) PLC構(gòu)成 PLC特點(diǎn) 程序可變，柔性好。 可靠性強(qiáng)，適于工業(yè)環(huán)境。 編程簡單，使用方便。 功能完善。 體積小，重量輕，易于裝入機(jī)器內(nèi)部。 總線型工控機(jī) 總線型工控機(jī)特點(diǎn) 提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)和制造周期。 提高系統(tǒng)可靠性。 便于調(diào)試和維修 。 能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。 單板機(jī) 單片機(jī) 單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成 單片機(jī)特點(diǎn) 受集成度的限制，片內(nèi)存儲器容量較小。 可靠性高。 易擴(kuò)展。 控制功能強(qiáng)。 一般單片機(jī)內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理程序。 控制系統(tǒng)比較 一、信息采集接口 轉(zhuǎn)換形式 數(shù)／模 (D/A)轉(zhuǎn)換接口 D／ A轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電路，它由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、參考電壓、電子開頭等組成，典型的 R— 2R網(wǎng)絡(luò) D／ A原理圖 如圖 5— 21所示。從圖中可見，不管電子開關(guān)接在 2點(diǎn)還是接地，流過每個(gè)支路的 2R上的電流都是固定不變的，從參考電壓端看其輸入電阻為 R，從參考電源流入的總電流為 J，則每個(gè)支路 〔 流經(jīng) 2R電阻 )的電流依次為： J／ 2， J／ 4， J／ 8． J／ 16，而 I=VREF／ R。故輸出電壓為 vOUT＝ — VREF／ 24 [d323+d222+d121+d020] 式中 d3～ d0為輸入代碼， d＝ “ o”，則開關(guān)接地； d＝ “ 1” ，則開關(guān)接到輸出上。 如果采月 n個(gè)電子開關(guān)組成的網(wǎng)絡(luò)，那么 vOUT＝ — VREF／ 2n [dn12