伺服機械傳動系統ppt課件-資料下載頁

　　

【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， Ka= KdK1； K——系統的開環放大倍數， ——閉環系統的理想空載轉速； ——閉環系統的轉速降落。 ? ? ? ?11acdE R nnIC K K?? ? ?? ? ?如果令系統開環和閉環的理想空載轉速相等，則據式（ 423）和式（ 426）可得 由此可見，在同樣負載下，閉環系統的轉速降落僅是開環轉速降落的 ，從而使機械特性的硬度得到很大提高，如圖 434中曲線 1和 4所示。 11k?轉速電流雙閉環的調速系統 4－ 35 轉速、電流雙閉環調速系統 以正比于偏差 ΔU對時間的積分，去控制晶閘管觸發器的控制角 α，實現無靜態誤差的調速。采用集成運算放大器實現積分環節，而且為了解決它的滯后問題，又把它和動態響應快的比例調節器結合起來，即用 比例積分（ PI）調節器實現無靜差調速 。實際電路中，為了對系統進行限流保護，還應引入 電流截止負反饋環節 ，這樣就組成了有兩個調節器的轉速、電流雙閉環的調速系統。這種調速系統即保證了無靜差調速，又改善了動態特性，實現了最佳過渡過程。 PWM(Pulse width Modulate)調速 PWM晶體管功率放大器由兩部分組成 ， 即 電壓 脈寬變換器 和 開關式功率放大器 。 電壓 脈寬變換器由三角波發生器和比較器組成 ， 三角波發生器產生的頻率恒定的三角波 UT與輸入控制信號 UI相加后送到比較器 ， 當其負端接地 ， 正端接信號 UT + UI時 ， 利用控制信號 UI的大小 ， 就可以改變比較器輸出信號 US的脈沖寬度 （ 占空比 ） 。 即當 UI為零時 ， US為正負脈沖寬度相等方波 ， 當 UI為正或負時 ， 則比較器輸入端的三角波相應上移或下移 ， US也相應改變 ， 直流脈寬調速就是利用脈寬調制 （ 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電樞上平均電壓 Ud進行調速的 。 直流伺服電機的控制 1）簡單的穩速控制系統 電機軸上帶有一個永磁測速裝置 ， 組成一個速度反饋回路 ， 從而實現穩速目的 。 這種穩速精度可達 2%3%。 2） 鎖頻鎖相高精度穩速控制系統 利用 基準信號 與 速度反饋信號 進行頻率相位比較后，去控制電機運行的。 基準信號是采用石英晶體振蕩器 。 當輸入信號與反饋信號送到頻率相位比較器后 ， 就會產生一個反映兩個信號 相位誤差 的信號 ， 去控制電機速度朝著減少相位誤差的方向變化 ， 最后達到 兩個信號具有相同頻率和固定相位差 ， 此時稱為鎖定狀態 。 這時若輸入信號的頻率和相位稍有變化 ， 頻率相位比較器輸出也會相應變化 ， 驅使電機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律變化 ， 只要在一定范圍內 ， 也可以實現電機速度以同樣規律進行 跟蹤 。 交流電機的調速原理 ? ? ? ?1 06011fn s s np? ? ? ?根據電機學可知，交流電機的轉速 （ 428） 式中 s——電機的轉差率； f1——電機的供電頻率； p——電機的極對數； n0——電機的同步轉速。 可知，只要能改變電機的 轉差率 s、 極對數 p和 供電頻率 f1中任一個參數，就可實現調速。 然而，繞組中的感應電勢難以直接控制，當電勢值較高時，可忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，認為定子相電壓 U1= E1，得 這就是 恒壓頻比 的控制方式。 交流電機的變頻調速（ 1） （ 1） 開環控制變頻調速 變頻調速時 ， 為了得到需要的電磁轉矩和充分利用本身鐵磁材料性能 ， 應使氣隙磁通恒定 為額定磁通 。 根據三相異步電機定子每相電勢有效值表達式 1 1 1 14 . 4 4 NmE f N K??（ 429） 式中 E1——定子每相的感應電勢有效值； 1N ——定子每相繞組匝數 1NK——繞組系數； m? ——每極氣隙磁通量 11Ef ?常值11Uf ?常值① 額定頻率以下調速 由式（ 429）可知，要保持 Φm不變，當從額定頻率 f1n下調頻率 f1時，必須同時降低 E1，使 這就是恒定電勢頻率比的控制方式。它屬于 恒轉矩調速 。 ② 額定頻率以上調速 由于定子相電壓受額定電壓的限制，當上調頻率時，只能保持 U1= U1n，根據式（ 429）可知，這時將迫使磁通與頻率成反比例降低，相當于直流電機弱磁調速的情況。 把上述兩種調速結合起來，可見在額定頻率以下屬于“恒轉矩調速”和額定頻率以上基本屬于“恒功率調速”，其控制特性如圖 439所示。 交流電機的變頻調速（ 2） （ 2） 轉差頻率控制調速 轉差頻率是指施加于電機的交流電壓頻率與電機轉速 （ 電氣角頻率 ） 的差頻率 。 當異步電機在允許過載轉矩以下時 ， 可以認為轉矩與轉差頻率大致成比例變化 ， 所以利用轉差頻率控制 ， 就可以改善 U/f控制時的加減速特性和穩定性 。 圖 440所示是轉差頻率控制的原理圖。它是利用檢測出電機的轉速與轉差頻率之和，作為給定逆變器輸出頻率的控制。當速度控制器（ SC）將給定速度指令信號 f＊ｍ與速度檢測器反饋值 fm的偏差放大后，形成轉差頻率指令 f＊ｓ，由該 f＊ｓ加上速度檢出信號 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。轉差頻率限幅器的作用是保證電機可以用逆變器容許電流的最大轉矩進行加減速運轉，改善了加減速特性。 交流伺服電機的控制 圖 441所示是永磁交流同步電機驅動系統 。 由于各相電流波形呈正弦形 ，所以電機內部產生連續圓形旋轉磁場 ，當電機各繞組按指令脈沖通電時 ， 就會產生脈沖的轉角 Δθ。 也就是說 ， 伺服電機轉角對應于指令脈沖數 ， 電機轉動速度對應于指令脈沖頻率 。 永磁交流伺服系統具有下述優點：調速范圍極寬 ， 可達 105106， 在調速范圍內電機能夠實現連續 、 平穩運行；步距角可以自由選擇等 。 （ 2）鼠籠式異步伺服電機的矢量控制 矢量控制方式就是將電機定子電流分解成規定的 磁場電流 和 轉矩電流 ，分別進行控制，同時將二者合成后的定子電流供給電機。也就是說認為異步電機與直流電機產生轉矩機理相同，即將供給異步電機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的 磁場電流 和 電樞電流 等效。 矢量控制變頻調速是一種高精度的調速。具有恒功率范圍寬、響應快及可實現高速運轉等特點。 （ 1）（ 1） 永磁交流同步電機的控制 具有 永磁轉子 的交流同步電機稱為永磁交流同步電機。 步進電機的驅動（ 1） 步進電機是一種將 電脈沖信號 轉換成相應 角位移 或 線位移 的執行電機。控制供電的脈沖個數就可以控制位移，控制脈沖頻率就可以控制轉子轉速。因此，步進電機要正常工作，就應有控制電路和功率驅動電路。包括： 1）脈沖信號產生電路； 2）脈沖信號分配電路； 3）功率驅動電路。 2） 功率放大器 步進電機的功率放大器是把環形脈沖分配器的 微弱信號加以放大 ， 以便推動電機的運行 ， 也稱驅動電源 。 對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磁電流 ， 電路本身的功耗小 ， 效率高：能夠保證系統穩定運行 ， 驅動電源成本低等 。 常用功率放大電路有： 單電壓驅動 ，以 電壓驅動 ， 斬波驅動電路 等。 1）脈沖分配電路 功能是將來自控制環節的指令脈沖按著一定的 順序和分配 方式，分配給步進電機各繞組，使其按事先規定的時間順序通、斷電。由于分配是周而復始的重復進行，故又稱環形分配器 。環開分配器可用 普通集成電路 ， 專用集成電路 或 微機 來實現。 步進電機的微步運行 微步就是把步進電機單拍運行的一步，細分成若干小步，這樣脈沖當量就縮小到單拍量的若干分之一。減少步進電機在低頻運行中的振動和噪聲，以及實現精確定位 根據步進電機的矩角特性可知 ， 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 ， 就可得到一個 相位角變化的合成力矩 ， 即微步運行力矩 。 若改變相鄰兩相通電電流的大小 ， 相當于改變合成電磁力矩 ， 就可使轉子停在單拍運行步距間的任意位置上 。 平滑控制 的作用是使步進電機在低頻段能夠實現平滑的步進轉動，其電路與微步電路相似，但它不改變脈沖當量 單片機控制步進電機 單片機控制步時電機時，主要是做好硬件接口和軟件接口。為了對步進電機運行控制、計算和存儲有關數據，選用了單片機 μPD7811。 1)控制電源與驅動電源隔離 2） 功放級中， T6是繞組 LA的供電開關管； T5則是恒流斬波管，用于控制電機繞組中穩定電流。 光電隔離 功率放大 前置放大 前置放大 功率放大 電壓保護 電流泄放 電壓保護 電流泄放