【正文】 。 將式（ 425）代入式（ 424），可整理得出 （ 426） 式中 Ka——從給定電奪到晶閘管整流輸出端整流電壓的放大倍數(shù)， Ka= KdK1； K——系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)， ——閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速； ——閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落。 ? ? ? ?11acdE R nnIC K K?? ? ?? ? ?如果令系統(tǒng)開環(huán)和閉環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速相等，則據(jù)式（ 423）和式（ 426）可得 由此可見，在同樣負(fù)載下，閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落僅是開環(huán)轉(zhuǎn)速降落的 ，從而使機(jī)械特性的硬度得到很大提高，如圖 434中曲線 1和 4所示。 11k?轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng) 4－ 35 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 以正比于偏差 ΔU對(duì)時(shí)間的積分，去控制晶閘管觸發(fā)器的控制角 α，實(shí)現(xiàn)無靜態(tài)誤差的調(diào)速。采用集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)積分環(huán)節(jié)，而且為了解決它的滯后問題，又把它和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的比例調(diào)節(jié)器結(jié)合起來，即用 比例積分（ PI）調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速 。實(shí)際電路中，為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行限流保護(hù)，還應(yīng)引入 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié) ，這樣就組成了有兩個(gè)調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)即保證了無靜差調(diào)速，又改善了動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)了最佳過渡過程。 PWM(Pulse width Modulate)調(diào)速 PWM晶體管功率放大器由兩部分組成 ， 即 電壓 脈寬變換器 和 開關(guān)式功率放大器 。 電壓 脈寬變換器由三角波發(fā)生器和比較器組成 ， 三角波發(fā)生器產(chǎn)生的頻率恒定的三角波 UT與輸入控制信號(hào) UI相加后送到比較器 ， 當(dāng)其負(fù)端接地 ， 正端接信號(hào) UT + UI時(shí) ， 利用控制信號(hào) UI的大小 ， 就可以改變比較器輸出信號(hào) US的脈沖寬度 （ 占空比 ） 。 即當(dāng) UI為零時(shí) ， US為正負(fù)脈沖寬度相等方波 ， 當(dāng) UI為正或負(fù)時(shí) ， 則比較器輸入端的三角波相應(yīng)上移或下移 ， US也相應(yīng)改變 ， 直流脈寬調(diào)速就是利用脈寬調(diào)制 （ PWM） 變換器 ， 將直流電源電壓變換成較高頻率的方波電壓 ， 再控制該方波脈沖寬度來改變加在電機(jī)電樞上平均電壓 Ud進(jìn)行調(diào)速的 。 直流伺服電機(jī)的控制 1）簡(jiǎn)單的穩(wěn)速控制系統(tǒng) 電機(jī)軸上帶有一個(gè)永磁測(cè)速裝置 ， 組成一個(gè)速度反饋回路 ， 從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速目的 。 這種穩(wěn)速精度可達(dá) 2%3%。 2） 鎖頻鎖相高精度穩(wěn)速控制系統(tǒng) 利用 基準(zhǔn)信號(hào) 與 速度反饋信號(hào) 進(jìn)行頻率相位比較后，去控制電機(jī)運(yùn)行的。 基準(zhǔn)信號(hào)是采用石英晶體振蕩器 。 當(dāng)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)送到頻率相位比較器后 ， 就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反映兩個(gè)信號(hào) 相位誤差 的信號(hào) ， 去控制電機(jī)速度朝著減少相位誤差的方向變化 ， 最后達(dá)到 兩個(gè)信號(hào)具有相同頻率和固定相位差 ， 此時(shí)稱為鎖定狀態(tài) 。 這時(shí)若輸入信號(hào)的頻率和相位稍有變化 ， 頻率相位比較器輸出也會(huì)相應(yīng)變化 ， 驅(qū)使電機(jī)速度朝著減少相位誤差方向改變 。 如果輸入頻率和相位以一定規(guī)律變化 ， 只要在一定范圍內(nèi) ， 也可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度以同樣規(guī)律進(jìn)行 跟蹤 。 交流電機(jī)的調(diào)速原理 ? ? ? ?1 06011fn s s np? ? ? ?根據(jù)電機(jī)學(xué)可知，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 （ 428） 式中 s——電機(jī)的轉(zhuǎn)差率； f1——電機(jī)的供電頻率； p——電機(jī)的極對(duì)數(shù)； n0——電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。 可知，只要能改變電機(jī)的 轉(zhuǎn)差率 s、 極對(duì)數(shù) p和 供電頻率 f1中任一個(gè)參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 然而，繞組中的感應(yīng)電勢(shì)難以直接控制，當(dāng)電勢(shì)值較高時(shí)，可忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，認(rèn)為定子相電壓 U1= E1，得 這就是 恒壓頻比 的控制方式。 交流電機(jī)的變頻調(diào)速（ 1） （ 1） 開環(huán)控制變頻調(diào)速 變頻調(diào)速時(shí) ， 為了得到需要的電磁轉(zhuǎn)矩和充分利用本身鐵磁材料性能 ， 應(yīng)使氣隙磁通恒定 為額定磁通 。 根據(jù)三相異步電機(jī)定子每相電勢(shì)有效值表達(dá)式 1 1 1 14 . 4 4 NmE f N K??（ 429） 式中 E1——定子每相的感應(yīng)電勢(shì)有效值； 1N ——定子每相繞組匝數(shù) 1NK——繞組系數(shù)； m? ——每極氣隙磁通量 11Ef ?常值11Uf ?常值① 額定頻率以下調(diào)速 由式（ 429）可知，要保持 Φm不變，當(dāng)從額定頻率 f1n下調(diào)頻率 f1時(shí)，必須同時(shí)降低 E1，使 這就是恒定電勢(shì)頻率比的控制方式。它屬于 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 。 ② 額定頻率以上調(diào)速 由于定子相電壓受額定電壓的限制，當(dāng)上調(diào)頻率時(shí)，只能保持 U1= U1n，根據(jù)式（ 429）可知，這時(shí)將迫使磁通與頻率成反比例降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁調(diào)速的情況。 把上述兩種調(diào)速結(jié)合起來，可見在額定頻率以下屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”和額定頻率以上基本屬于“恒功率調(diào)速”，其控制特性如圖 439所示。 交流電機(jī)的變頻調(diào)速（ 2） （ 2） 轉(zhuǎn)差頻率控制調(diào)速 轉(zhuǎn)差頻率是指施加于電機(jī)的交流電壓頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速 （ 電氣角頻率 ） 的差頻率 。 當(dāng)異步電機(jī)在允許過載轉(zhuǎn)矩以下時(shí) ， 可以認(rèn)為轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率大致成比例變化 ， 所以利用轉(zhuǎn)差頻率控制 ， 就可以改善 U/f控制時(shí)的加減速特性和穩(wěn)定性 。 圖 440所示是轉(zhuǎn)差頻率控制的原理圖。它是利用檢測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差頻率之和，作為給定逆變器輸出頻率的控制。當(dāng)速度控制器（ SC）將給定速度指令信號(hào) f＊ｍ與速度檢測(cè)器反饋值 fm的偏差放大后，形成轉(zhuǎn)差頻率指令 f＊ｓ，由該 f＊ｓ加上速度檢出信號(hào) fm后，形成逆變器的輸出頻率控制指令 f*，其它控制與 U/f控制相同。轉(zhuǎn)差頻率限幅器的作用是保證電機(jī)可以用逆變器容許電流的最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行加減速運(yùn)轉(zhuǎn)，改善了加減速特性。 交流伺服電機(jī)的控制 圖 441所示是永磁交流同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 。 由于各相電流波形呈正弦形 ，所以電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生連續(xù)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ，當(dāng)電機(jī)各繞組按指令脈沖通電時(shí) ， 就會(huì)產(chǎn)生脈沖的轉(zhuǎn)角 Δθ。 也就是說 ， 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)于指令脈沖數(shù) ， 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)應(yīng)于指令脈沖頻率 。 永磁交流伺服系統(tǒng)具有下述優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍極寬 ， 可達(dá) 105106， 在調(diào)速范圍內(nèi)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù) 、 平穩(wěn)運(yùn)行；步距角可以自由選擇等 。 （ 2）鼠籠式異步伺服電機(jī)的矢量控制 矢量控制方式就是將電機(jī)定子電流分解成規(guī)定的 磁場(chǎng)電流 和 轉(zhuǎn)矩電流 ，分別進(jìn)行控制，同時(shí)將二者合成后的定子電流供給電機(jī)。也就是說認(rèn)為異步電機(jī)與直流電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩機(jī)理相同，即將供給異步電機(jī)的定子電流在理論上分解成兩部分，這兩面部分電流與直流電機(jī)的 磁場(chǎng)電流 和 電樞電流 等效。 矢量控制變頻調(diào)速是一種高精度的調(diào)速。具有恒功率范圍寬、響應(yīng)快及可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。 （ 1）（ 1） 永磁交流同步電機(jī)的控制 具有 永磁轉(zhuǎn)子 的交流同步電機(jī)稱為永磁交流同步電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)（ 1） 步進(jìn)電機(jī)是一種將 電脈沖信號(hào) 轉(zhuǎn)換成相應(yīng) 角位移 或 線位移 的執(zhí)行電機(jī)?？刂乒╇姷拿}沖個(gè)數(shù)就可以控制位移，控制脈沖頻率就可以控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。因此，步進(jìn)電機(jī)要正常工作，就應(yīng)有控制電路和功率驅(qū)動(dòng)電路。包括： 1）脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路； 2）脈沖信號(hào)分配電路； 3）功率驅(qū)動(dòng)電路。 2） 功率放大器 步進(jìn)電機(jī)的功率放大器是把環(huán)形脈沖分配器的 微弱信號(hào)加以放大 ， 以便推動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行 ， 也稱驅(qū)動(dòng)電源 。 對(duì)功率放大器的要求是：能夠提供出幅值足夠大 ， 并且前后沿較好的矩形波勵(lì)磁電流 ， 電路本身的功耗小 ， 效率高：能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行 ， 驅(qū)動(dòng)電源成本低等 。 常用功率放大電路有： 單電壓驅(qū)動(dòng) ，以 電壓驅(qū)動(dòng) ， 斬波驅(qū)動(dòng)電路 等。 1）脈沖分配電路 功能是將來自控制環(huán)節(jié)的指令脈沖按著一定的 順序和分配 方式，分配給步進(jìn)電機(jī)各繞組，使其按事先規(guī)定的時(shí)間順序通、斷電。由于分配是周而復(fù)始的重復(fù)進(jìn)行，故又稱環(huán)形分配器 。環(huán)開分配器可用 普通集成電路 ， 專用集成電路 或 微機(jī) 來實(shí)現(xiàn)。 步進(jìn)電機(jī)的微步運(yùn)行 微步就是把步進(jìn)電機(jī)單拍運(yùn)行的一步，細(xì)分成若干小步，這樣脈沖當(dāng)量就縮小到單拍量的若干分之一。減少步進(jìn)電機(jī)在低頻運(yùn)行中的振動(dòng)和噪聲，以及實(shí)現(xiàn)精確定位 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩角特性可知 ， 兩相或兩相以上的繞組通電 ， 并且改變其電流大小和方向時(shí) ， 就可得到一個(gè) 相位角變化的合成力矩 ， 即微步運(yùn)行力矩 。 若改變相鄰兩相通電電流的大小 ， 相當(dāng)于改變合成電磁力矩 ， 就可使轉(zhuǎn)子停在單拍運(yùn)行步距間的任意位置上 。 平滑控制 的作用是使步進(jìn)電機(jī)在低頻段能夠?qū)崿F(xiàn)平滑的步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其電路與微步電路相似，但它不改變脈沖當(dāng)量 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī)控制步時(shí)電機(jī)時(shí)，主要是做好硬件接口和軟件接口。為了對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制、計(jì)算和存儲(chǔ)有關(guān)數(shù)據(jù)，選用了單片機(jī) μPD7811。 1)控制電源與驅(qū)動(dòng)電源隔離 2） 功放級(jí)中， T6是繞組 LA的供電開關(guān)管； T5則是恒流斬波管，用于控制電機(jī)繞組中穩(wěn)定電流。 光電隔離 功率放大 前置放大 前置放大 功率放大 電壓保護(hù) 電流泄放 電壓保護(hù) 電流泄放