數(shù)控機(jī)床 課件 閉環(huán)伺服系統(tǒng)

1、第三節(jié)第三節(jié) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)一、概述一、概述1位置檢測單元位置檢測單元將檢測元件檢測到的位置信號(hào)進(jìn)行處理，將檢測元件檢測到的位置信號(hào)進(jìn)行處理， 以形成位置反饋信號(hào)。以形成位置反饋信號(hào)。2比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)完成指令信號(hào)與反饋信號(hào)的比較等。完成指令信號(hào)與反饋信號(hào)的比較等。3伺服驅(qū)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)功率放大，以驅(qū)動(dòng)伺服元件。功率放大，以驅(qū)動(dòng)伺服元件。4伺服電機(jī)伺服電機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)。將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 (一一) 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成指令信號(hào)指令信號(hào)比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)伺服電機(jī) 位置檢測單元位置檢測單元 反饋信號(hào)反饋信號(hào) 全閉環(huán)全閉環(huán) 精度高精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，調(diào)

2、試維修困難，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，調(diào)試維修困難，適于大型精密數(shù)控系統(tǒng)。適于大型精密數(shù)控系統(tǒng)。半閉環(huán)半閉環(huán) 精度較全閉環(huán)差些，但精度較全閉環(huán)差些，但結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低且且 便于調(diào)整。便于調(diào)整。交流伺服交流伺服 直流伺服直流伺服 數(shù)字伺服數(shù)字伺服 (二二) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)分類閉環(huán)伺服系統(tǒng)分類具有較高精度、速度、和動(dòng)態(tài)特性具有較高精度、速度、和動(dòng)態(tài)特性定位與控制精度高，速度快，穩(wěn)定性好，有故定位與控制精度高，速度快，穩(wěn)定性好，有故障自診斷和報(bào)警功能障自診斷和報(bào)警功能 (一一) 對(duì)驅(qū)動(dòng)元件的要求對(duì)驅(qū)動(dòng)元件的要求 1 1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小以提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)以提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)3 3低速運(yùn)行

3、的穩(wěn)定性、均勻性好低速運(yùn)行的穩(wěn)定性、均勻性好以保證低速時(shí)的精度以保證低速時(shí)的精度2 2過載能力強(qiáng)過載能力強(qiáng)以適應(yīng)經(jīng)常出現(xiàn)的過沖現(xiàn)象以適應(yīng)經(jīng)常出現(xiàn)的過沖現(xiàn)象 1 1小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子細(xì)而長轉(zhuǎn)子細(xì)而長大大減小了電動(dòng)機(jī)的大大減小了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, , 快速響應(yīng)性能好?？焖夙憫?yīng)性能好。2) 氣隙較大氣隙較大換向性好換向性好，時(shí)間常數(shù)，時(shí)間常數(shù)5-10ms5-10ms。 3) 轉(zhuǎn)子上無槽轉(zhuǎn)子上無槽電感小，時(shí)間常數(shù)小電感小，時(shí)間常數(shù)小，動(dòng)態(tài)特性，動(dòng)態(tài)特性 好，響應(yīng)快，低速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定而均勻。好，響應(yīng)快，低速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定而均勻。 4) 氣隙磁密度大氣隙磁密度大過載能力強(qiáng)過載能力

4、強(qiáng)。 輸出功率幾輸出功率幾+ +瓦瓦+ +千瓦，轉(zhuǎn)速千瓦，轉(zhuǎn)速1-3000r/min1-3000r/min 最大轉(zhuǎn)矩約最大轉(zhuǎn)矩約20N.m,20N.m,但輸出需加齒輪減速但輸出需加齒輪減速 1) 轉(zhuǎn)矩大轉(zhuǎn)矩大2) 調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬 10001500r/min3) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 設(shè)計(jì)時(shí)可設(shè)計(jì)時(shí)可忽略忽略其它傳動(dòng)件的其它傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 4) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 最大峰值轉(zhuǎn)矩最大峰值轉(zhuǎn)矩可達(dá)可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩的的1010倍，可在倍，可在3 3倍額定倍額定轉(zhuǎn)矩的過載條件下工作轉(zhuǎn)矩的過載條件下工作30min30min，但，但快速響應(yīng)性能快速響應(yīng)性能不如小不如小慣量電機(jī)。慣量電機(jī)

5、。 5) 過載能力強(qiáng)過載能力強(qiáng)v特點(diǎn)：特點(diǎn)：2 2大慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)大慣量直流伺服電動(dòng)機(jī) 小慣量 中慣量 大慣量 型 號(hào) 參數(shù) OL 5L 10LH OM 20M 30M 0 10 20H 40 50 70H 輸出功率(kw) 0.3 0.6 6.0 0.4 1.8 2.8 0.4 1.1 3.1 5 10 22 暫定轉(zhuǎn)矩(N.m) 2.5 1.9 19 2.7 22.5 37.2 2.7 11.8 39.2 32.3 65.7 23.5 最大轉(zhuǎn)矩(N.m) 12.3 21.5 147 14.7 112 186 24 114 241 245 510 520 最大轉(zhuǎn)速(r/min) 2000

6、2000 2000 2000 1500 1200 2000 1500 1500 2000 2000 2000 電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (9.8N.m2) 0.00019 0.00088 0.015 0.002 0.013 0.036 0.0028 0.02 0.038 0.12 0.19 0.60 機(jī)械時(shí)間常數(shù)(ms) 7 5 7 10 10 8 25 19 17 24 15 18 熱 時(shí) 間 常 數(shù)(min) 15 20 10 10 70 85 50 100 35 120 120 35 重量(kg) 10 15 66 12 30 53 12 25 45 90 125 220 1 1籠型異步型伺服電動(dòng)機(jī)

7、籠型異步型伺服電動(dòng)機(jī)定子定子 對(duì)稱三相繞組對(duì)稱三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子繞組（導(dǎo)體）轉(zhuǎn)子繞組（導(dǎo)體） 切割磁通切割磁通產(chǎn)生感應(yīng)電勢產(chǎn)生感應(yīng)電勢 感應(yīng)電流感應(yīng)電流 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向不同不同異步異步 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)動(dòng)速度小于小于旋轉(zhuǎn)磁場速度旋轉(zhuǎn)磁場速度n n0 0 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 ( (三三) ) 交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)2 2永磁同步型伺服電動(dòng)機(jī)永磁同步型伺服電動(dòng)機(jī) v 定子定子 三相電樞繞組三相電樞繞組產(chǎn)生產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場 v 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 永磁體永磁體 產(chǎn)生恒定產(chǎn)生恒定勵(lì)磁磁場勵(lì)磁磁場 v 通

8、電的電樞繞組及載流導(dǎo)體切割磁力線通電的電樞繞組及載流導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生電磁力產(chǎn)生電磁力 以反作用力方式以反作用力方式驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子永磁體永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) v 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同相同同步同步 ( (三三) )交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)機(jī) 種種 比比 較較 內(nèi)內(nèi) 容容 永永 磁磁 同同 步步 型型 A C 伺伺 服服 電電 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 異異 步步 型型 A C 伺伺 服服 電電 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) D C 伺伺 服服 電電 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 電電 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) 造造 比比 較較 簡簡 單單 簡簡 單單 因因 有有 電電 刷刷 和和 換換 向向 器器 ，結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 復(fù)復(fù)

9、 雜雜 變變 流流 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) C TR 或或 P-MO SFET 逆逆 變變 器器 或或 P-MO SFET 逆逆 變變 器器 大大 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩矩 約約 束束 永永 磁磁 體體 去去 磁磁 無無 特特 殊殊 要要 求求 整整 流流 火火 花花 ， 永永 磁磁 體體 退退 磁磁 發(fā)發(fā) 熱熱 情情 況況 只只 有有 定定 子子 線線 圈圈 發(fā)發(fā) 熱熱 ， 有有 利利 定定 、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子 均均 發(fā)發(fā) 熱熱 ，需需采采 取取 措措 施施 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子 發(fā)發(fā) 熱熱 ， 不不 利利 高高 速速 化化 比比 較較 容容 易易 容容 易易 稍稍 有有 困困 難難 大大 容容 量量 化化 稍稍 微微 困困 難難

10、容容 易易 難難 制制 動(dòng)動(dòng) 容容 易易 困困 難難 容容 易易 控控 制制 方方 法法 稍稍 復(fù)復(fù) 雜雜 復(fù)復(fù) 雜雜 (矢矢 量量 控控 制制 ) 簡簡 單單 磁磁 通通 產(chǎn)產(chǎn) 生生 永永 磁磁 體體 二二 次次 感感 應(yīng)應(yīng) 磁磁 通通 永永 磁磁 體體 感感 應(yīng)應(yīng) 電電 壓壓 電電 樞樞 感感 應(yīng)應(yīng) 電電 壓壓 二二 次次 阻阻 抗抗 電電 壓壓 電電 樞樞 感感 應(yīng)應(yīng) 電電 壓壓 環(huán)環(huán) 境境 適適 應(yīng)應(yīng) 性性 好好 好好 受受 火火 花花 限限 制制 維維 護(hù)護(hù) 性性 無無 無無 較較 麻麻 煩煩 1 1DCDC電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式 ( (一一) ) 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流伺服

11、電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 n= U UD D /Ce - RI/ Ce U UD D 電樞電壓電樞電壓 C Ce e與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) 勵(lì)磁磁通勵(lì)磁磁通 I I 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 R R電樞回路電阻電樞回路電阻 改變改變 U UD D 調(diào)速調(diào)速的方法的方法 可控硅調(diào)速可控硅調(diào)速PWM調(diào)速調(diào)速1 ) 可控硅可控硅電力半導(dǎo)體電力半導(dǎo)體器件，是器件，是弱電弱電控制到控制到強(qiáng)電強(qiáng)電輸出的橋梁作用。輸出的橋梁作用。包括：包括：陽極陽極（A）、）、陰極陰極（K）、）、控制級(jí)控制級(jí)（G） 導(dǎo)通條件：導(dǎo)通條件：）陽極陽極A： 陰極陰極K： ）控制級(jí)控制級(jí)G 加正向電壓。加正向電壓。 2 2可控硅調(diào)速

12、可控硅調(diào)速（SCR-M）( (一一) ) 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 KAG( (一一) ) 直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 2) SCR-M調(diào)速系統(tǒng) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作工作頻頻率率低低，輸出輸出電壓波形電壓波形差差，電流脈動(dòng)電流脈動(dòng)分量大分量大， 這不但這不但使電機(jī)發(fā)熱，工作條件惡化，也影響電網(wǎng)電壓使電機(jī)發(fā)熱，工作條件惡化，也影響電網(wǎng)電壓 波動(dòng)。波動(dòng)。位置檢測及反饋位置檢測及反饋 速度檢測及反饋速度檢測及反饋 位置位置 位置位置 速度速度 速度速度 電流電流 uk 指令指令 偏差偏差 指令指令 偏差偏差 指令指令 MM電流檢測反饋電流檢測反饋 UDM1) 脈寬調(diào)速原理脈

13、寬調(diào)速原理PWM Pulse Width Modulation 直流電源電壓直流電源電壓U U經(jīng)經(jīng)開關(guān)開關(guān)S S轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為一定頻率一定頻率的的方波電壓方波電壓加到加到直流電機(jī)直流電機(jī)電樞電樞上，通過對(duì)方波上，通過對(duì)方波脈沖寬度脈沖寬度的控制，就可改變電樞的控制，就可改變電樞的的平均電壓平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速。 SUuDMMM設(shè)開關(guān)設(shè)開關(guān)S S開閉周期為開閉周期為T，每次每次閉合時(shí)間為閉合時(shí)間為 則電樞兩端平均電壓則電樞兩端平均電壓Ud為為： Ud = U/T=rU r :導(dǎo)通率導(dǎo)通率( (脈寬系數(shù)脈寬系數(shù)) ) T一定一定 Ud =0 Ud=0 電機(jī)停止電機(jī)停止 =T

14、 Ud=U 最高轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速 SUuDMMMPWM Pulse Width Modulation 1) 脈寬調(diào)速原理脈寬調(diào)速原理uDuDUd1Ud2TT T T：500 500 2500Hz2500Hz， 大大小于電動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)，故無轉(zhuǎn)速脈動(dòng)。大大小于電動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)，故無轉(zhuǎn)速脈動(dòng)。 輸入輸入：電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器輸出的直流電壓輸出的直流電壓U Uc c輸出輸出：幅值恒定幅值恒定，寬度可變寬度可變的的矩形脈沖電壓矩形脈沖電壓方法方法：高頻載波法高頻載波法、數(shù)字脈寬調(diào)制數(shù)字脈寬調(diào)制、高頻極限環(huán)法高頻極限環(huán)法等等比較器比較器 調(diào)制信號(hào)發(fā)生器調(diào)制信號(hào)發(fā)生器 Uc Uc+D(t) e(t)D(t)

15、+ 調(diào)制信號(hào)發(fā)生器調(diào)制信號(hào)發(fā)生器 產(chǎn)生頻率、幅值都固定的高頻載波信號(hào)產(chǎn)生頻率、幅值都固定的高頻載波信號(hào)D D（t t）, ,D(t)D(t)可以是三角波、鋸齒波、正弦波可以是三角波、鋸齒波、正弦波 高頻載波法的原理高頻載波法的原理直流直流輸入信號(hào)輸入信號(hào)Uc 疊加疊加在在載波信號(hào)載波信號(hào)D(t)D(t)上，上，再進(jìn)入再進(jìn)入比較器比較器。比較器比較器是一個(gè)具有繼電器特性的電子元件，其輸出信號(hào)是一是一個(gè)具有繼電器特性的電子元件，其輸出信號(hào)是一個(gè)個(gè)與與D(t)D(t)同頻率同頻率的矩形脈沖，脈沖的矩形脈沖，脈沖占空比占空比取決于取決于Uc的大小。的大小。 2) 脈寬調(diào)制器脈寬調(diào)制器 PWM比較器比較

16、器 調(diào)制信號(hào)發(fā)生器調(diào)制信號(hào)發(fā)生器 Uc Uc+D(t) e(t)D(t) +2) 脈寬調(diào)制器脈寬調(diào)制器 PWMVcD(t)e(t)e(t)Vc=0VcD(t)e(t)e(t)Vc0VcD(t)e(t)e(t)Vc0e(t)e(t)+VVc-VD(t) 3) 功率放大器功率放大器tttUb1Ub2UabMVD2VD1VD3VD4abV1V2V3V4EdUb3ttUb4H型單極型型單極型PWM放大器原理器放大器原理器3) 功率放大器功率放大器雙極型雙極型PWM放大器原理器放大器原理器UabtttUb1Ub2MVD2VD1VD3VD4abV1V2V3V4EdUb3ttUb4電壓電壓脈寬調(diào)制器脈寬調(diào)制

17、器 比較器比較器 功率放大器功率放大器 伺服伺服電機(jī)電機(jī) 調(diào)制信號(hào)發(fā)生器調(diào)制信號(hào)發(fā)生器 Uc Uc+D(t) e(t) u4 D(t) + PWM-M PWM-M 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 開關(guān)頻率高，僅靠電樞的電感作用，開關(guān)頻率高，僅靠電樞的電感作用，即可獲得滿意的濾波作用，近似直流。無論高速或即可獲得滿意的濾波作用，近似直流。無論高速或低速電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩平滑均勻，調(diào)速比可以做得很低速電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩平滑均勻，調(diào)速比可以做得很大，且發(fā)熱小，壽命長。大，且發(fā)熱小，壽命長。1.1.交流調(diào)速方法交流調(diào)速方法 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速公式：交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速公式： n = 60 f1(1-S)/Pf f1:1: 定子電源頻率定

18、子電源頻率 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 高效率、高效率、寬范圍、寬范圍、 高精度高精度P:P: 磁極對(duì)數(shù)磁極對(duì)數(shù) 變變 P P調(diào)速調(diào)速S:S: 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 變變 S S調(diào)速調(diào)速 (二二) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2. 2. PWMPWM型變頻器型變頻器 v 構(gòu)成構(gòu)成 二極管整流器：二極管整流器：交交直變換直變換，經(jīng)電容器濾波平滑經(jīng)電容器濾波平滑， 產(chǎn)生恒定的產(chǎn)生恒定的直流電壓直流電壓，輸出給逆變器。，輸出給逆變器。 PWM逆變器：逆變器：直直交變換交變換、調(diào)頻、調(diào)壓，調(diào)頻、調(diào)壓，產(chǎn)生產(chǎn)生電壓電壓、 頻率頻率可調(diào)可調(diào)交流電壓交流電壓, ,輸出給伺服電動(dòng)機(jī)的電樞繞組輸出給伺服電動(dòng)機(jī)的電樞繞

19、組。M(二二) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2. S2. SPWMPWM型變頻器型變頻器 Oab負(fù)負(fù) 載載E d / 2E d / 2V D 1V D 2V T 1V T 4V T 3V T 2V D 3V D 4U a bU a b+ E d- E d+ E d- E dV T 1 、 V T 4 導(dǎo) 通V T 2 、 V T 3 導(dǎo) 通2 a )b )逆 變 器 輸 出 波 形a ) 1 8 0o通 電 輸 出 波 形b ) 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 輸 出 波 形(二二) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2. 2. PWMPWM型變頻器型變頻器 EDED：二極管整流器輸

20、出的直流電壓二極管整流器輸出的直流電壓 VT1-VT4VT1-VT4：大功率晶體管，工作于開關(guān)壯態(tài)大功率晶體管，工作于開關(guān)壯態(tài)控制信號(hào)：控制信號(hào)：加在加在VT1-VT4VT1-VT4基極上的一組等副、不等寬的矩基極上的一組等副、不等寬的矩形脈沖形脈沖( (調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)) )，由控制電路產(chǎn)生，由控制電路產(chǎn)生。輸出信號(hào)：輸出信號(hào)：逆變器輸出端逆變器輸出端UabUab一組與控制信號(hào)頻率相同、但一組與控制信號(hào)頻率相同、但幅值放大的矩行脈沖幅值放大的矩行脈沖。改變改變VT1 、VY4和和VT2 、VT3交替導(dǎo)通的時(shí)間交替導(dǎo)通的時(shí)間改變改變輸出波輸出波形的頻率形的頻率； (二二) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

21、交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2. 2. PWMPWM型變頻器型變頻器 改變半周期內(nèi)改變半周期內(nèi)VT1 、VY4（或（或VT2 、VT3）的通斷比）的通斷比改變改變脈沖寬度脈沖寬度改變改變輸出電壓幅值輸出電壓幅值。六只大功率六只大功率晶體晶體管管組成全橋式電組成全橋式電路，電動(dòng)機(jī)定子路，電動(dòng)機(jī)定子采用采用“Y”連接。連接。 (二二) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2. 2. PWMPWM型變頻器型變頻器 逆變器逆變器與與電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)定子三相繞組定子三相繞組的的連接如圖所示連接如圖所示 ABz電動(dòng)機(jī)定子連接xyVT1VT4VT5VT2VT6VT3 方波方波 三角波三角波調(diào)制：輸出波形的平均值按方

22、波形式變化調(diào)制：輸出波形的平均值按方波形式變化 三角波三角波 載波信號(hào)載波信號(hào)，決定逆變器的開關(guān)頻率。，決定逆變器的開關(guān)頻率。 方方波波控控制制信信號(hào)號(hào)三三角角波波控控制制信信號(hào)號(hào)O OA A*正弦波正弦波三角波三角波調(diào)制：輸出波形的平均值按正弦波形式變化調(diào)制：輸出波形的平均值按正弦波形式變化 *方波、正弦波方波、正弦波 控制信號(hào)控制信號(hào)，頻率、幅值均可調(diào)，決定逆變器，頻率、幅值均可調(diào)，決定逆變器的輸出頻率和幅值，可以由矢量變換控制獲得。的輸出頻率和幅值，可以由矢量變換控制獲得。*兩信號(hào)交叉點(diǎn)兩信號(hào)交叉點(diǎn)調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)，即逆變器功率晶體管基極的控制，即逆變器功率晶體管基極的控制信號(hào)信號(hào) 三三

23、角角波波控控制制信信號(hào)號(hào)正正弦弦波波控控制制信信號(hào)號(hào)O OA A失量控制由德國學(xué)者于失量控制由德國學(xué)者于1972年提出年提出,首先應(yīng)用于首先應(yīng)用于感應(yīng)感應(yīng)(IM)電動(dòng)電動(dòng)機(jī)機(jī)中中,目前也應(yīng)用于目前也應(yīng)用于永磁電動(dòng)機(jī)永磁電動(dòng)機(jī) (PM)中中,且更易實(shí)現(xiàn)且更易實(shí)現(xiàn),在在高性能高性能伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。中得以廣泛應(yīng)用。失量控制失量控制是是模仿模仿直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的的控制控制得出的。得出的。v直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī) 定子定子繞組繞組通以電流通以電流If產(chǎn)生勵(lì)磁磁通產(chǎn)生勵(lì)磁磁通 電樞電樞繞組繞組通以電流通以電流Ia產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 If, Ia彼此獨(dú)立，彼此獨(dú)立，分

24、別調(diào)節(jié)分別調(diào)節(jié)可以控制可以控制 、T此外此外，勵(lì)磁磁場勵(lì)磁磁場和和電樞電流空間角度電樞電流空間角度是由電刷和機(jī)械換向所是由電刷和機(jī)械換向所固定，且是正交的，從而使電樞電流產(chǎn)生的固定，且是正交的，從而使電樞電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩最大。最大。同步同步：兩磁場：兩磁場相互作用，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁常相同相互作用，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁常相同v永磁同步交流伺服電動(dòng)永磁同步交流伺服電動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子永磁體永磁體產(chǎn)生恒定的勵(lì)磁磁場產(chǎn)生恒定的勵(lì)磁磁場定子定子三相電樞繞組三相電樞繞組電樞電流電樞電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場勵(lì)磁磁場勵(lì)磁磁場與與電樞電流電樞電流的的空間角度空間角度不是固定的，不是固定的，

25、隨負(fù)載隨負(fù)載而變化，而變化，故不能簡單地通過調(diào)節(jié)故不能簡單地通過調(diào)節(jié)電樞電流電樞電流來直接控制來直接控制電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩。設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)一控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)，對(duì)電樞電流相對(duì)勵(lì)磁磁場進(jìn)行，對(duì)電樞電流相對(duì)勵(lì)磁磁場進(jìn)行空間定向空間定向控控制制角度控制角度控制；同時(shí)也控制電樞電流幅值；同時(shí)也控制電樞電流幅值幅值控制幅值控制，統(tǒng)稱統(tǒng)稱失量控制失量控制。在在角度控制角度控制中，選擇使電樞磁場與勵(lì)磁磁場中，選擇使電樞磁場與勵(lì)磁磁場空間角度正交空間角度正交磁場定向磁場定向，使電樞電流產(chǎn)生的，使電樞電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁轉(zhuǎn)矩最大，以實(shí)現(xiàn)直流伺服，以實(shí)現(xiàn)直流伺服電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)格模擬。電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)格模擬。v永磁同步交流伺服

26、電動(dòng)永磁同步交流伺服電動(dòng)晶晶 體體 管管 橋橋基基 級(jí)級(jí) 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng)基基 級(jí)級(jí) 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng)基基 級(jí)級(jí) 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng)基基 級(jí)級(jí) 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng)基基 級(jí)級(jí) 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng)基基 級(jí)級(jí) 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng)比比 較較器器比比 較較器器比比 較較器器U Uu uU Uv vU Uw wA A C C R R電電 流流 反反 饋饋正正 弦弦 波波P P W W M M 回回 路路三三 角角 波波產(chǎn)產(chǎn) 生生 回回 路路S S M M3 3 - -B B R R轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子 位位 置置 檢檢 測測回回 路路正正 弦弦 波波 產(chǎn)產(chǎn) 生生 回回路路速速 度度 檢檢 測測 回回 路路D D C CS S I I N N變變換換回回路路A

27、 A S S R RU UU UA A C C 伺伺 服服 電電 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 框框 圖圖1)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測電路轉(zhuǎn)子磁極位置檢測電路為了使為了使電流電流與與永磁體磁通永磁體磁通在空間角度在空間角度正交正交,必須必須正確檢測出磁極位置正確檢測出磁極位置. 檢測位置檢測位置:旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器2)正弦波產(chǎn)生電路正弦波產(chǎn)生電路 產(chǎn)生以轉(zhuǎn)子位置為相位的產(chǎn)生以轉(zhuǎn)子位置為相位的正弦波正弦波B BR R轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子位位置置檢檢測測回回路路正正弦弦波波產(chǎn)產(chǎn)生生回回路路速速度度檢檢測測回回路路3) DC-SIN (直流正弦直流正弦)變換回路變換回路由于在由于在交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)中

28、需向中需向電繞組電繞組通以通以三相交流正弦電壓三相交流正弦電壓,故故需將需將速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器輸出的輸出的直流電流參考信號(hào)直流電流參考信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為交流正弦信號(hào)交流正弦信號(hào) DC-SIN變換回路原理變換回路原理:正弦波正弦波發(fā)生電路輸出的發(fā)生電路輸出的數(shù)字化正弦波信號(hào)數(shù)字化正弦波信號(hào)與速度調(diào)節(jié)器輸出的直與速度調(diào)節(jié)器輸出的直流信號(hào)在流信號(hào)在乘法器中相乘乘法器中相乘,其輸出信號(hào)作為其輸出信號(hào)作為交流正弦電流指令交流正弦電流指令.D D0 0D D1 1D D3 3D D5 5D D7 7D D2 2D D4 4D D8 8電電流流反反饋饋O O電電流流指指令令( (速速度度調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器輸輸出出) )O O電電流流指指令令電電流流指指令令乘乘法法器器速速度度調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器數(shù)數(shù)字字的的正正弦弦波波信信號(hào)號(hào)4)正弦波正弦波PWMPWM電路電路 以以一定頻率一定頻率和和一定振幅一定振幅的三角波與電流調(diào)節(jié)器輸出的的三角波與電流調(diào)節(jié)器輸出的正弦波正弦波在在比比較器中較器中進(jìn)行比較，若只取出正弦波超出進(jìn)行比較，若只取出正弦波超出三角波的部分三角波的部分，即可輸出，即可輸出不等寬不等寬的的脈沖列脈沖列。當(dāng)脈沖的占空比為。當(dāng)脈沖的占空比為50%50%時(shí)時(shí), , 逆變器的輸出電壓逆變器的輸出電壓為為零零。由于正弦波以