【正文】 3/9/2023 謝謝聽講 歡迎提出寶貴意見和建議 3/9/2023 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH 。 ⑶ 指令為負(fù)向脈沖時 P＜ 0，運動情況與指令為正向脈沖時 一 樣，只是 e = P Pf ＜ 0，工作臺向反方向進(jìn)給。 加速時，指令值由零不斷增加，誤差也不斷加大，使工作臺加 速運動。隨著電機(jī)的運轉(zhuǎn)，檢測出的反饋脈 沖信號通過采樣進(jìn)入比較器，按負(fù)反饋原理，誤差減小，當(dāng)誤差為 零時，工作臺達(dá)到指令規(guī)定的位置，工作臺停止運動。具體如下： ⑴ 靜止?fàn)顟B(tài) 指令脈沖 P = 0，工作臺不動，則反饋脈沖 Pf= 0 經(jīng) 比較器比較得誤差（或叫偏差） e = P Pf = 0 ,速度誤差也為零，工 臺不動。通過檢測裝置進(jìn)行檢測、反饋，進(jìn)行脈沖比較。 3/9/2023 1. 系統(tǒng)的組成 脈沖比較是一種常用的方法?，F(xiàn)代 全數(shù)字伺服系統(tǒng)在位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)都進(jìn)行數(shù)字控制。 實際上，伺服系統(tǒng)根據(jù)各環(huán)節(jié)增益、倍率及其他要求，對位置環(huán) 3/9/2023 位置檢測 測速值 位置傳感器 測速計 電動機(jī) 速度控制 位置控制 指令位置 Doi + DAi 實際 位置 ?Di Vpi ?Vi VDi KD KV 圖 模擬位置控制系統(tǒng)原理圖 的給定、反饋和誤差信號還要進(jìn)行處理。 位置控制環(huán)是伺服系統(tǒng)的外環(huán)，它接收數(shù)控裝置插補(bǔ)器每個插補(bǔ)采樣周期發(fā)出的指令，作為位置環(huán)的給定。 相位控制、幅值控制是早期直流模擬伺服系統(tǒng)中的位置控制方法， 原理是將控制信號變?yōu)橄辔换蚍?、并進(jìn)行比較，現(xiàn)在已不用。 分類 ：位置控制按結(jié)構(gòu)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制；按工作原理分為： 相位控制、幅值控制、數(shù)字控制 等。轉(zhuǎn)換公式為： ? ??? ??? ?? ?? ??????cossinsincosiiiiiiqd3/9/2023 以上變換是以磁通軸為基準(zhǔn)，所以，變換過程中要測得實際磁通，包括幅值和在空間的位置。在圖 中， iα、 iβ 的合成矢量 i1在 Ф 方向和其垂直方向投影，即可 求出 id與 iq。 轉(zhuǎn)化過程中實質(zhì)是矢量向標(biāo)量的轉(zhuǎn)化，將靜止的直角坐標(biāo)系看 成旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系。圖 6. 34 c中的 d為激磁繞阻，通以激磁 電流 id， q為電樞繞阻，通以電樞電流 iq， 則 id 產(chǎn)生固定幅度的磁 場 Ф， 以 ω0角速度旋轉(zhuǎn)。 3/9/2023 d id iq iα il q β α (F1) ? 激磁繞阻 （ ?） ? ? 電樞繞阻 iβ 圖 二相交流 二相直流變換的計算圖 即將 二相交流電機(jī)變?yōu)榈刃У?直流 電機(jī)， 見圖 。 A A B C d d q q Φ Φ Φ ω0 ω0 α β 3/9/2023 60o 60o FC FA FB Fα Fβ 圖 三相交流 二交流相磁勢變換 的計算圖 見圖 ， 其轉(zhuǎn)換磁勢為： 激磁磁動勢與電樞磁動勢正交 按磁勢與電流成正比的關(guān)系， 同理，其轉(zhuǎn)換電流為： CBCBCBACBAFFFFFFFFFFFF232360sin60sin212160cos60cos???????????????? ?????????????CBCBAiiiiiii23232121?? 按三相平衡量與二相平衡量等 效的原則，其它物理量轉(zhuǎn)換可 以用相同的方法。的平 衡 電流 iα、 iβ， 則產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)磁場 ，其矢量為 Φ ，角速度 ω0 。 如圖 ，按空間相差 90186。于是在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其矢量為 Φ ，角速度 ω0 ?？臻g角度的三個定子繞組，分別通以時間 相差 120186。 /二相變換（ A、 B、 C/α、 β） 即將 三相交流電機(jī)變?yōu)榈刃У?二相 交流電機(jī) 。 F = (ωI)=ΦRm 磁路歐姆定律。最后，通過 相反的變換，將等效的直流量還原為三相交流量，控制實際的三相 感應(yīng)電機(jī)。 為此，可利用等效概念，將三相交流輸入電流 變?yōu)榈刃У闹绷? 電機(jī)中彼此獨立的激磁電流 If和電樞電流 Ia。如果要把 轉(zhuǎn)子電流 I2比作 Ia， I2時刻影響 Φ的變化； 3/9/2023 其次， 交流感應(yīng)電機(jī)的輸入量是隨時間變化的量，磁通亦是空 間交變矢量 。交流感應(yīng)電機(jī)的等效轉(zhuǎn)矩 T = CT Φm I2cosφ2 其中磁通為 矢 量，它是由定子電流 I1與轉(zhuǎn)子電流 I2合成電流 I0產(chǎn)生 的。為此，要進(jìn)行： 三相交變量（矢量）轉(zhuǎn)換為直流（標(biāo)量） ，建立交流電機(jī)的 等效數(shù)學(xué)模型。 電磁轉(zhuǎn)矩（ M=CMΦIa）與 Φ和 Ia分別成正比關(guān)系。下面以交流 異步電機(jī)為例說明。其原理是利用矢量變 換將交流機(jī)向直流機(jī)那樣控制，這是在理論和實踐上的突破。n↑ = 恒定 故 功率不變 以上交流機(jī)的變頻變壓調(diào)速為非線性，不如直流電機(jī)調(diào)速性能好。由于定子電壓不能超過額定電 壓，因此 Φm 將隨 f1的升高而降低，使轉(zhuǎn)矩下降。 3/9/2023 10 20 30 40 50 60 1000 2023 n T 圖 6. 33 恒功率調(diào)速 基頻以上調(diào)速稱為 恒功率調(diào)速。恒 Tm調(diào)速的機(jī)械特性如圖 。 3/9/2023 T n 10 20 30 40 1000 2023 3000 恒 Tm調(diào)速特性曲線 圖 2)恒最大轉(zhuǎn)矩（ Tm）調(diào)速 為了使低速時， Tm不下降，必須使 E1 / f1 = 常數(shù) 采取 E1 、 f1 協(xié)調(diào)控制。原因是： f1高時 → u1 值大 → 定子電流子在定 子繞組中造成的壓降與 u1 相比，所占比例 很小，認(rèn)為 u1=Eg。 n T 10 20 30 40 1000 2023 3000 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性曲線 圖 即要求 u1 / f1 = 常數(shù) 此時，機(jī)械特性曲線族如 圖 。 1)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式 T = CT Φm I2cosφ2 （ ） 式中： CT –轉(zhuǎn)矩常數(shù)； I2 –折算到定子上的電流； cosφ2 –轉(zhuǎn)子電路功率 因數(shù)。 交流異步電機(jī)中 ， 磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動勢合成產(chǎn)生的，所 以不能單獨調(diào)頻。 磁通過弱 — 沒有充分利用鐵心，是一種浪費。使電網(wǎng)功率因數(shù)提高； ，動態(tài)相應(yīng)不受中間環(huán)節(jié)影響； 。 ② 專用集成芯片 ③ 單片機(jī)微處理器直接帶有 SPWM信號產(chǎn)生功能，并有其輸出端 口，如 809 8XC196MC。 圖 正弦脈寬調(diào)制原理 3/9/2023 ② SPWM控制波的生成 :正弦波 —三角波調(diào)制 、方波 —三角波調(diào)制。 u ωt ωt u O O a) b) ① 等效原理 ：把 正弦分 成 n 等分，每一區(qū)間的面 積用與其相等的等幅不等 寬的矩形面積代替。 功率開關(guān)器件還可采用：可關(guān)斷晶閘管 GTO、功率場效應(yīng)晶 體管 MOSFET、絕緣門極晶體管 IGBT等。 UI –逆變器 由六個功率開關(guān)器件組成，常采用大功率晶體管。 SPWM交 –直 –交變壓變頻器的原理框圖如下： M 3～ UI UR ～ UR–整流器 固定電壓不可控整流器，常采用六個二級管橋式整流器 結(jié)構(gòu)將交流變?yōu)橹绷鳎妷悍挡蛔?。調(diào)制方法很多，目前用得最多的是正弦 脈寬調(diào)制。 目前對于中小功率電機(jī)，用得最多的是電壓型交 –直 –交變頻器。電流型是切換一串方波，方波電流供電，用于大功率。 變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是為交流電機(jī)提供變頻、變壓電源的變頻器，變頻器分為： ● 交 –直 –交變頻器 分電壓型和電流型。 當(dāng)電樞端電壓達(dá)到額定值時，可以調(diào)磁， 使電機(jī)轉(zhuǎn)速在高速段調(diào)整。 調(diào)磁部分的電壓反饋的作用： 它激直流主軸電機(jī)，調(diào)壓、調(diào)磁是分開獨立工作的。 調(diào)磁： ◆ 主軸電機(jī)為它激式直流電機(jī)，激磁繞組與電樞繞組 無直接關(guān)系，需由另一直流電源供電。 調(diào)壓： 一般采用晶閘管調(diào)速系統(tǒng)，同直流進(jìn)給系統(tǒng)一樣。 速度比較調(diào)節(jié) 電流比較調(diào)節(jié) 移相觸發(fā)脈沖及 方向控制 可控硅整流器 電機(jī) 激磁電 壓反饋 電流調(diào)解電壓相位變換 脈沖發(fā)生器方向控制 整流器 ~ ~ 激磁電流設(shè)定 速度 指令 速度反饋 電流反饋 調(diào)壓控制部分 調(diào)磁控制部分 ⅹ 電流 反饋 圖 直流主軸伺服系統(tǒng) 3/9/2023 組成： 調(diào)壓部分 — 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速。 ⑸ 準(zhǔn)停、同步、恒線速度控制功能。 ⑶ 過載能力， 150%（額定電流的 ）。 3/9/2023 ⑴ N、 M—n 特 性，低速恒轉(zhuǎn)矩，高速恒功率。 PWM 系統(tǒng)的直流電源為不受控的整流輸出，功率因數(shù)高。 ②電流脈動小 : 由于 PWM調(diào)制頻率高，電機(jī)負(fù)載成感性對電流脈動 由平滑作用，波形系數(shù)接近于 1。 3/9/2023 （ 4） PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點 ①頻帶寬、頻率高 : 晶體管“結(jié)電容”小，開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于可控（ 50Hz)， 可達(dá) 210KHz。它是由 驅(qū)動電壓脈沖寬度 決定的。 當(dāng) 正 脈沖較寬時，既 t1 T/2， 平均電壓為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)； 當(dāng) 正 脈沖較窄時，既 t1 T/2 ， 平均電壓為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)； 如果正、負(fù) 脈沖寬度相等， t1=T/2 ， 平均電壓為零，電機(jī)停轉(zhuǎn)。 ④電樞電感儲能維持電流反向： 在 T ～ t3區(qū)段時，驅(qū)動脈沖極性改變， T2 、 T3截止，因 電樞電感維持電流， id= id4，由 D4→ D1。 在 t2 ～ T 區(qū)段 ， T2 、 T3 在 US 和反電動勢 E的共同作用下 導(dǎo)通 ， 電樞電流反向， id= id3 由 US→ T3 → T2 → 地。 接著再變到 電動狀態(tài)、續(xù)流 維持電動狀態(tài) 反復(fù)進(jìn)行，如上面左圖。 ②續(xù)流維持電動狀態(tài)： 在 t1 ≤t ≤ T時， Ub Ub4為負(fù) ， T1 和 T4截止； Ub Ub3 變正，但 T2和 T3并不能立即導(dǎo)通，因為在 電樞電感儲能的 作用下 ， 電樞電流 id= id2，由 D