直流伺服电机及其驱动技术讲义.pptVIP

速度回路 图为一采用PI控制的速度回路的原理图。 运算放大器将速度指令与速度反馈信号相比较，其误差经PI运算后再经电流回路控制电机的转速。 TG（Tachometer Generator）为测速发电机，用于测量电机的速度，其输出经电位器分压后送至速度控制器。 电流回路实现控制器输出电压到电机电流（力矩）的转换。 当速度指令改变例如增大时，惯性作用使电机速度不能突变，速度的误差经PI控制器放大后使电流回路产生更大的电流（力矩），驱动电机加速，直到达到速度指令要求的新的速度； 当负载变化例如负载转矩增大时，电机的速度下降，回路的反馈作用使速度误差增大，电流回路产生更大的电流（力矩）使电机回复到原来的转速； D1,D2的作用是限制电流回路输入，即限制电机电流。 AA’是没有速度反馈时电机的机械特性曲线 AB是有速度反馈时电机的机械特性曲线。 速度反馈对扰动的抑制作用：使机械特性“变硬” 速度回路为比例控制 C1=0；R3/R1=Kvp 速度回路对输入指令的响应 静态特性： 建立了速度对指令的跟随关系 当Uω的幅值及极性改变时，ω按比例随之改变。 动态特性：动态响应速度由时间常数决定； 没有速度回路时： 有速度回路时： 由于 ，动态响应比没有速度回路时快，这有利于电机速度的迅速建立； KVP越高，Tω越小，速度的响应越快。 速度回路对扰动的抑制作用 当没有速度回路时，负载力矩变化将直接产生速度变化； 当有速度回路且采用比例控制，扰动作用被抑制。 稳态时： 存在静态误差。 KVP越高，这种抑制作用越强。 由于 ，快速的动态响应有利于扰动的快速抑制； 速度回路的作用 建立了电机速度与速度指令之间稳定的跟随关系。 能有效抑制负载变化造成的速度变化。 反馈作用减小了机械时间常数的影响，加快了速度对指令的响应速度。 降低了回路内参数变化对电机速度的影响。 电机力矩—速度曲线 特性曲线有两个区域：连续工作区和短时工作区。 在连续工作区内电机可以在最大转速之内连续工作。在短时工作区内，电机仅能断续地工作 连续输出力矩 Tr 也称作额定力矩。指当不超过电机绕组绝缘的热限制时，电机所能连续输出的力矩。单位为 Nm。 峰值力矩Tp 电机能输出的最大转矩，单位为 Nm。这是一个很临界的参数 额定转速n 电机正常工作时允许的最高转速,单位为rpm。 速度—力矩曲线是选用伺服电机的一个重要依据。 思考题 用电机统一理论说明直流伺服电机工作原理。 什么是伺服电机的四象限运行？它对电机驱动器提出什么要求？ 画出直流伺服电机的控制特性和机械特性曲线，并说明这两个特性对电机速度控制的作用。 直流伺服电机的动态特性由哪两个重要参数表示，这两个参数各说明什么道理？ 线性功率放大器和PWM功率放大器哪个效率更高些？为什么？ H桥PWM功率放大器如何实现直流伺服电机的四象限运行？ 在什么情况下电机会运行在制动状态，它对功率放大器产生什么影响？ 为什么需要速度回路和力矩回路？它们在电机速度和力矩控制中各有什么作用。 线性功率放大器 线性功率放大可使电机在四象限下工作。 但因调速时两只晶体管工作在放大状态，管压降总是存在的，电源功率有相当一部分变成了晶体管发出的热量，效率较低。 晶体管是电流放大器件，驱动电路较复杂。 需要双电源供电。 T1、T2是一对互补晶体管。 双电源供电。 当Ub为正时，T1导通，T2截止，加到电机电枢绕组上的电压为正， 电流ia产生正向力矩使电机正向旋转。 当Ub为负电压时，T1截止，T2导通，加到电枢绕组上的电压为为。电流ia产生反向力矩使电机反向旋转 电机在正向运行过程中需要减速时，可降低Ub电压值，这时由于电机转速不能突变，初始瞬时Ua维持原电压，并出现Ua﹥ Ub的情况，这使T1截止，T2导通，产生反向电枢电流使电机工作在制动状态，电机开始减速，Ua逐渐下降，直到再次出现T2截止，T1导通的状态。 PWM功率放大器 PWM : Pulse-Width Modulation 脉宽调制 脉宽调制电路 H桥PWM功放电路 驱动电路 泵升电压限制电路 脉宽调制电路 实现电压控制信号到脉宽调制信号的转换。 占空比:(t2—t1)/(T—t1) 脉宽调制信号的占空比由控制信号Uc的幅值决定。 三角波发生器输出一固定频率的三角波电压信号Ut，并与控制信号Uc在比较器IC5中相比较。 当Uc﹥Ut时，其输出为正，当Uc﹤Ut时