【正文】 3/9/2023 見書中圖 特點 ◆ 三環(huán)全部數(shù)字控制； ◆ 專用微處理器參與速度、電流環(huán)的數(shù)字處理和比較； ◆ 位置反饋比較由高速通訊總線（光纖通訊）、位控 CPU完成。 如按插補周期不斷的發(fā)出指令，工作臺就不斷的運動，誤差為一穩(wěn)定值時，工作臺為恒速運動。比較環(huán)節(jié)伺服放大器D/A工作臺位置檢測器（編碼器）伺服電機脈沖處理指令脈沖 P反饋脈沖 位置信息圖 數(shù)字脈沖比較位置控制的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)pf3/9/20232. 位置環(huán)的工作原理 位置環(huán)按負(fù)反饋、誤差原理工作，有誤差就運動，沒誤差就停止。采用微處理器進(jìn)行數(shù)字處理。同時還接收位置采樣周期測量反饋裝置測出的位置值，與給定值進(jìn)行比較，得出位置誤差，該誤差作為速度環(huán)的給定。 開環(huán)控制用于步進(jìn)電機為執(zhí)行件的系統(tǒng)中，其位置精度由步進(jìn)電機本身保證。其磁場在空間以ω0角速度旋轉(zhuǎn)。這樣就可看成直流電機了。 這樣三相交流電機轉(zhuǎn)換二 相交流電機。布置，分別通以時間相差 90186。電角度的三相平衡 交流電流 iA 、 iB 、 iC。 其中 F–磁勢（相當(dāng)于電勢）、 ω–線圈匝數(shù)、 I –電流、 Φ–磁通、 Rm –磁阻。然后和直流電機一樣，通過對這兩個量的反饋控制，實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)矩控制。與直流電機相比， 交流感應(yīng)電機沒有獨立的激磁回路。等效數(shù)學(xué)模型。 直流伺服電機直流伺服電機 具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能，是因為具有良好的靜態(tài)和動態(tài)性能，是因為被控量為二個獨立的量：磁場被控量為二個獨立的量：磁場 Φ 和電樞電流 Ia(或 Ua)，并且互不影響。矢量變換控制既適用于交流異步電機，也適用于交流同步電機。3/9/2023 矢量變換控制由德國于矢量變換控制由德國于 1971年提出和實現(xiàn)。為了擴大調(diào)速范圍，可以將 f1大于 額定 頻率 ，得到大于額定值的轉(zhuǎn)速。然而繞組中感應(yīng)電勢難以直接控制，亦采 用隨轉(zhuǎn)數(shù)的降低，定子電壓要適當(dāng)提高的辦法，以補償定子繞組 電引起的壓降。這些曲線族的線性段基本平行，但最大轉(zhuǎn)矩 Tm隨著 f1 的下降而減小。三相異步電機定子每相電動勢的有效值為：三相異步電機定子每相電動勢的有效值為： Eg = m ≈ u1 （ u1 定子相電壓）式中 f1 — 定子頻率（定子頻率（ Hz）；）； N1 — 定子電動繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子電動繞組串聯(lián)匝數(shù)； Kn1 — 基波繞組系數(shù)； Φ m — 每每 極氣隙磁通量（ ）3/9/2023由上式可知 Φ m ≈ Eg / f1 或 Φ m ≈ u1 / f1 頻壓協(xié)調(diào)控制 ：在降低頻率調(diào)速時，必須降低電壓，才能保持 Φ m 不變。 磁通過強磁通過強 — 使鐵心飽和，產(chǎn)生過大的勵磁電流，嚴(yán)重時因繞使鐵心飽和，產(chǎn)生過大的勵磁電流，嚴(yán)重時因繞 組過熱燒毀電機。3/9/2023交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)：交流感應(yīng)異步電機交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)：交流感應(yīng)異步電機調(diào)速方法很多，變頻調(diào)速是最適用的方法，主要有：調(diào)速方法很多，變頻調(diào)速是最適用的方法，主要有： 壓頻（壓頻（ u/f）調(diào)速）調(diào)速 矢量變換控制調(diào)速矢量變換控制調(diào)速 在電機調(diào)速時，希望保持每極磁通為額定值。方波發(fā)生器（帶正反饋比較又有RC積分）三角波發(fā)生器（積分器）三角波與基準(zhǔn)正弦波疊加（比較器）SPWM 控制波基準(zhǔn)正弦波 (由速度指令轉(zhuǎn)化過來的 )VD1調(diào)制波載波u utu1:ut u1u0O OOt ttRFRR1R2R3R4R5R6R7VD2VD3VD4 C 1C 2U0 (ua、 ub、 uc )tO+++ut:圖 SPWM 控制波的生成3/9/2023uAB50Hz SPWMD1 D2 D3D4 D5 D6D7 D8 D9D10 D11 D12T1 T2 T3T4 T5 T6uauaububucucu1 u2 u3utu1utuduaω1tω1tω1tω1tω1tω1tuA0uB0uC0逆變器輸出A相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出B相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出C相等效正弦脈寬電壓波逆變器輸出線電壓等效正弦脈寬電壓波u1:由 F轉(zhuǎn)換來的ut改變調(diào)制波的頻率、幅值，就可改變最終輸出 ：變頻變壓的交流電壓主回路：左半部：整流器右半部：逆變器圖 SPWM 調(diào)制主回路及波形圖3/9/2023：速度環(huán)、電流環(huán) SPW 電路、功放電路 檢測反饋電路 校正補償 乘法器 SPWM功率放大速度反饋信號轉(zhuǎn)子位置檢測電路電流信號處理電路傳感器信號處理電路 傳感器MS3~電流比較速度比較 電流傳感++U(t)圖 交流進(jìn)給伺服電機的速度控制系統(tǒng) 圖3/9/2023 電路原理SPWM 的控制方法：⑴ 模擬控制 原始的控制方法；⑵ 數(shù)字控制① 微機存儲事先算好的 SPWM 數(shù)據(jù)表格，由指令調(diào)出，或通過軟 件實時生成。圖 SPWM 交 –直 –交變壓變頻器3/9/2023⑵ 正弦脈寬調(diào)制原理 （以單相為例） 正弦脈寬調(diào)制 （ SPWM ）波形 : 與正弦波等效的一系列等幅不等 寬的矩形脈沖波，如右下圖所示。 為逆變器的供電。 （ SPWM）變壓變頻器⑴ 基本概念 1964年德國人率先提出脈寬調(diào)制變頻思想，把通訊系統(tǒng)中的（ ）3/9/2023調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于交流變頻器。電壓型先將電網(wǎng)的交流 電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，再?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓都可變的交 流電壓。在 額定轉(zhuǎn)速以下用改變電調(diào)電樞端電壓調(diào)速，此時調(diào)磁不 工作只是維持額定的磁場，用電壓反饋作信號，限制激 磁電流反饋。包括 速度環(huán)、電流環(huán)、可控硅整流主回路等。 速度控制單元：沒有位置控制，只是速度控制系統(tǒng)。 ⑵ 良好的加、減速及換向功能。③ 電源的功率因數(shù)高 : SCR系統(tǒng)由于導(dǎo)通角的影響，使交流電源的波形畸 變、高次諧波的干擾，降低了電源功率因數(shù)。⑦ 雙極性 ：由以上分析表明：可逆 H型雙極式 PWM開關(guān)功率放大器，無論負(fù)載是重還是輕、電機是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，加在電樞上的電壓極性在一個開關(guān)周期內(nèi)，都在US和 –US之間變換一次，故稱為雙極性。3/9/2023⑤ 電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止： 由正、負(fù) 驅(qū)動電壓脈沖寬窄而定。 負(fù)載較輕時： ③ 反接制動狀態(tài)，電流反向： ② 狀態(tài)中，在負(fù)載較輕時，則 id小， 續(xù)流 電流很快衰減到零，即 t =t2 時 （見 上面右圖 ）， id=0。電機端電壓 UAB=US， 電樞電流 id= id1，由 US→ T1 → T4 → 地。Ub3Ub4Ub1Ub2USA BD1D2D3D4MT1T2 T4T3tUS USUdUABO tUb1Ub 4Ub2Ub3OOttt1 Tidid1 id2 id1 id2OOOOOt1t3 Tt2 t3 t1Ub Ub 4Ub Ub 3UdUABidttttid1 id1id4id2id3 id4id2圖 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM）功放 電路及波形圖3/9/2023工作原理： T1 和 T4 同時導(dǎo)通和關(guān)斷，其基極驅(qū)動電壓 Ub1= Ub4。3/9/2023直流脈寬調(diào)調(diào)制的基本原理周期不變 周期不變脈寬脈寬脈寬脈寬平均直流電壓脈沖寬度正比代表速度 F值的直流電壓圖 脈寬調(diào)制（ PWM） 基本原理基本原理 圖Uωt3/9/20232） 脈寬調(diào)制器ttU △U △ +U S r U △ +U S rU S C U S C U S C+U S ro o oU S rtttt同向加法放大器電路圖U S r – 速度指令轉(zhuǎn)化過 來的直流電壓U △ 三角波USC 脈寬調(diào)制器的輸 出（ U S r +U △ ）調(diào)制波形圖R1 +12VUSCR1R3R2+12VU S rU △US r為 0時調(diào)制出正負(fù)脈寬一樣方波平均電壓為 0US r為正時 US r為負(fù)時調(diào)制出脈寬較寬的波形平均電壓為正調(diào)制出脈寬較窄的波形平均電壓為負(fù)圖 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM） 電路及波形圖3/9/20233） 開關(guān)功率放大器主回路：可逆 H型雙極式 PWM 開關(guān)功率放大器電路圖 : 由四個大功率晶體管 （ GTR） T 1 、 T 2 、 T 3 、 T4 及四個續(xù)流二極管組成的橋 式電路。不同的是脈寬調(diào)制器和功率放大器。 ④ 啟動、制動、加減速： 電流調(diào)節(jié)器還能保證電機啟動、制動時的大轉(zhuǎn) 矩、加減速的良好動態(tài)性能。3/9/2023 [總結(jié) ] 速度控制的原理 ： ① 調(diào)速： 當(dāng)給定的指令信號增大時，則有較大的偏差信號加到調(diào)節(jié)器的 輸入端，產(chǎn)生前移的觸發(fā)脈沖，可控硅整流器輸出直流電壓提高，電 機轉(zhuǎn)速上升。 功率 (平均 ) P =UIcos φ 由于交流電路中電感電容的存在，平均功率不等于電壓電流的乘積，而差一個 cos φ ，既與電壓電流的相位差有關(guān)。3/9/2023運算放大器的類型⑴ 反向比例放大器 ⑵ 反向比例加法運算放大器 ⑶ 同向比例放大器 ⑷ 積分運算放大器⑸ 比例積分運算放大器： ⑹ 比較器R3 R3U1U2R1R2R3+U1R1 U2R2C