测控电路逻辑与数字控制电路

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,10.,逻辑与数字控制电路,精密测试技术及仪器国家重点实验室,电子邮件：,9/20/2024,10.,逻辑与数字控制电路,继电控制电路,可编程逻辑组件,数控机床控制电路,9/20/2024,主要用于机床的起动、停止等基本操作和安全保护上，具有操作方便、安全可靠的特点。,10. 1,继电控制电路,3,三相异步电机控制电路,10. 1,继电控制电路,L,1,L,2,L,3,KM,1-1,。,FU,2,SB,1,SB,2,SW,手动,自动,KM,1-2,KM,1,KA,1-1,FU,1,FR,1,FR,1-1,QS,M,3,三相交流电源,三相交流电机,闸刀开关,起动按钮,停止按钮,热继电器,继电器,继电器,主触点,继电器,自锁触点,熔断器,熔断器,热继电器触点,受外部继电器控制触点,转换开关,主回路,控制回路,（一）工作原理,9/20/2024,(1),开关,转换到新位置后保持在该位置，状态易于识别。,工作安全可靠。,允许的工作电压、电流大，按额定值选用。主回路,工作电压、电流大，采用闸刀开关；控制回路采用转换开关，允许的工作电压、电流大小些，操作轻便。,x,刀,y,掷,:,表示同时可以接通,x,条通路，可以切换到,y,个工作位置。,操作不方便。,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,（二）主要功能器件,9/20/2024,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,(2),按钮,按下按钮后在弹簧作用下回到原位置。,按钮回复原位后靠继电器保持所需工作状态。,操作方便，但不如开关,工作安全可靠，状态也不明显。,允许的工作电压、电流有额定值。比,闸刀开关小。,（二）主要功能器件,9/20/2024,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,(2),按钮,(2),按钮,可以包含多组常开和常闭触点，起动按钮多利用,常开触点，,停止按钮,多利用常闭触点。,停止按钮,易于看到，易于触及。可以有多个，甚至一片。,（二）主要功能器件,常闭触点,常开触点,弹簧,9/20/2024,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,(3),继电器,将电路的通断控制向下传的器件。,继电器在结构上为电磁铁加触点，是电磁铁控制的开关。,具有功率放大作用，线圈中通过电流小、加到线圈上的电压也小，触点允许的电流、电压大。,触点导通电阻小、切断电阻大。,（二）主要功能器件,9/20/2024,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,（二）主要功能器件,1 3,常闭触点,1 2,常开触点,铁心,线圈,线圈引线,弹簧,铁軛,1,2,3,4,5,6,7,8,(3),继电器,9/20/2024,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,(3),继电器,继电器由触点，线圈与磁路系统及反作用弹簧等组成。当在线圈中通入一定数值的电流或施加一定的电压时，可使可动衔铁吸合，因而带动附属机构使活动触点与一固定触点接通，与另一固定触点断开。利用触点的这种闭合或打开，就可以对电路进行通断控制。,继电器,具有以一控多功能。,KM,1-1,表示,KM,1,的第一对触点。,通过自锁触点实现记忆保持功能。,（二）主要功能器件,9/20/2024,L,1,L,2,L,3,KM,1-1,FU,2,SB,1,SB,2,SW,手动,自动,KM,1-2,KM,1,KA,1-1,FU,1,FR,1,FR,1-1,QS,M,3,三相交流电源,三相交流电机,闸刀开关,起动按钮,停止按钮,热继电器,继电器,继电器,主触点,继电器,自锁触点,熔断器,熔断器,热继电器触点,受外部继电器控制触点,转换开关,主回路,控制回路,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,(3),继电器,（二）主要功能器件,11,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,继电器是控制和保护线路中广泛应用的一种自动控制电器。其工作原理是在输入一定的物理量（例如电流、电压、转速、时间、温度等）的作用下，自动接通或者断开触点，完成电路同、断功能。,常用的继电器分为：电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器等。,(3),继电器,（二）主要功能器件,12,当工作器械在长期的小范围（相对与熔断器而言）超载，热继电器内的热敏元件（如双金属片）工件，热继电器动作，切断控制回路，对进行器械起保护作用。,用作保护用的继电器常需要人工干预，才能回到正常状态。,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,(3),继电器,（二）主要功能器件,13,三相异步电机控制电路,(4),熔断器,熔断器俗称保险丝，由易熔金属指成，当,工作器械出现显著超载时，立即切断电路。需要更换,熔断器,工作器械才能继续工作，这样做有利于保障安全。,熔断器的选择要保证,工作器械的安全。,（二）主要功能器件,10. 1,继电控制电路,9/20/2024,(,三,),自动控制模式,由计算机软件或外部信号控制动作,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,U,i,KD,1,KA,1,3,相,保护二极管,/50Hz /380V,A,1,B,1,C,1,+5V,KD,1,-,1,KA,1,U,i,KA,1,-,1,A,2,B,2,C,2,VD,KD,1,R,V,9/20/2024,L,1,L,2,L,3,KM,1-1,FU,2,SB,1,SB,2,SW,手动,自动,KM,1-2,KM,1,KA,1-1,FU,1,FR,1,FR,1-1,QS,M,3,三相交流电源,三相交流电机,闸刀开关,起动按钮,停止按钮,热继电器,继电器,继电器,主触点,继电器,自锁触点,熔断器,熔断器,热继电器触点,受外部继电器控制触点,转换开关,主回路,控制回路,10. 1,继电控制电路,三相异步电机控制电路,16,一般的逻辑器件，如门电路都是不可编程的，或称定制式器件，即它的功能是固定的，连接的输入、输出都通过硬件连接是固定的。,PLD,与定制器件的主要区别是可编程性，其逻辑功能可由用户通过软件编程构造或设置。使设计灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，降低故障率。,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.1,可编程逻辑器件,(PLD),17,10.2.1,可编程逻辑器件,(PLD),10. 2,可编程逻辑组件,PLD,的输入信号,A,通过缓冲器，以其互补信号输至阵列电路。连线交叉处，实心点表示固定连接， “,” 号的为编程连接，无任何符号即为不连接或是擦除单元,输入,输出,输入,缓冲器,B,=,A,A,A,A,B,D,E,F,C,=,A,1,B,0,1,A,B,C,1,0,0,1,1,D,E,F,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,9/20/2024,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.1,可编程逻辑器件,(PLD),）通常与门 ）,PLD,与门,）通常或门 ）,PLD,或门,A,B,C,A,&,B,D,D,C,&,A,B,C,A,1,B,D,D,C,1,9/20/2024,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),还有带反馈、带寄存器和异或门型可编程阵列逻辑,(PAL),可编程，可以通过编程连接；,不可编程，需要通过跨线连接,9/20/2024,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,在一个系统中往往有若干个步进电动机，只有被选中的步进电动机，才受到控制。各个步进电动机有不同的,E,1,E,2,编码，本列中被选中的步进电动机部门为,E,1,E,2,0,+,E,步进电动机,步进时钟,CK,环,功,选中信号,E,1,选中信号,E,2,初态设置,S,配,Q,2,动,C,转向控制,D,电,Q,3,电,D,路,路,行,Q,0,率,A,分,Q,1,驱,B,21,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,为使步进电动机在系统中正确运行，需要设定初始状态。每进一个时钟脉冲,CK,，按照转向控制信号,D,的要求，按确定方向转一步。,+,E,步进电动机,步进时钟,CK,环,功,选中信号,E,1,选中信号,E,2,初态设置,S,配,Q,2,动,C,转向控制,D,电,Q,3,电,D,路,路,行,Q,0,率,A,分,Q,1,驱,B,22,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,在只有四状态情况下，只需要两个独立的,Q,就可以控制，这里 、 。因此只需要正确控制,Q,0,Q,2,就可以了。,23,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,在该步进电动机未被选中情况下，要求它的状态不变，因此,对于其它步进电动机，根据它们的编码，上面公式中的,E,1,和,E,2,需要变为，,E,1,或,E,2,。,本例中初始状态设为,Q,0,Q,2,1,。设置初始状态的逻辑方程为,24,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,电动机驱动步序卡诺图,环行分配器输出信号四序逻辑,卡诺图用来表达某状态变量的,n,+1,态与各个量,n,态状态之间关系,25,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,卡诺图的依据是真值表,1.,根据,n,态选定单元格；,2.,根据,n,+1,态填入状态码,1,n,=1,0,n,=2,0,n,=3,1,n,=4,D,=0,时,Q,0,n,+1,的卡诺图,卡诺图的格数,=2,k,26,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,1,0,n,=1,0,n,=2,n,=3,1,n,=4,D,=0,时,Q,0,n,+1,的卡诺图,1,0,0,1,27,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,1,0,n,=1,0,n,=2,n,=3,1,n,=4,D,=1,时,Q,0,n,+1,的卡诺图,1,0,0,1,28,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,1,0,0,1,1,0,0,1,D,=1,时,Q,0,n,+1,的卡诺图,D,=0,时,Q,0,n,+1,的卡诺图,1,0,0,1,0,0,1,1,Q,0,n,+1,的卡诺图,29,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,0,1,n,=1,0,n,=2,n,=3,1,n,=4,D,=0,时,Q,2,n,+1,的卡诺图,1,0,1,0,30,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,1,0,n,=1,0,n,=2,n,=3,1,n,=4,D,=1,时,Q,2,n,+1,的卡诺图,0,1,0,1,31,0,1,0,1,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,1,0,1,0,D,=1,时,Q,2,n,+1,的卡诺图,D,=0,时,Q,2,n,+1,的卡诺图,1,0,1,0,1,1,0,0,Q,2,n,+1,的卡诺图,32,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,1,0,1,0,1,1,0,0,Q,2,n,+1,的卡诺图,1,0,0,1,0,0,1,1,Q,0,n,+1,的卡诺图,33,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,考虑到,34,PAL16R4 PAL DESIGH SPECIFICATION,SMC 06/22/96,STEPPED MOTOR CONTROLLER,SHANGHAI CONTROL TECHNOLOGY INSTITUTE,CK E1A E2A SA DA E1B E2B SB DB GND,/OC /Q3B /Q1B /Q2B /Q0B /Q2A /Q0A /Q3A /Q1A Ucc,Q0A : = /E1A*/E2A*SA ; SETP 1 IF SET,+ Q0A*E1A ; HOLD IF E1A,+ Q0A*E2A ; HOLD IF E2A,+ /E1A*/E2A*/DA*Q2A ; LOAD Q2A IF /DA,+ /E1A*/E2A*DA*/Q2A ; LOAD /Q2A IF DA,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,35,IF (Ucc) Q1A := /Q0A,Q2A : = /E1A*/E2A*SA ; SETP 1 IF SET,+ Q2A*E1A ; HOLD IF E1A,+ Q2A*E2A ; HOLD IF E2A,+ /E1A*/E2A*/DA*/Q0A ; LOAD Q0A IF /DA,+ /E1A*/E2A*DA*Q0A ; LOAD /Q0A IF DA,IF (Ucc) Q3A := /Q2A,Q0B : = /E1B*/E2B*SB ; SETP 1 IF SET,+ Q0B*E1B ; HOLD IF E1B,+ Q0B*E2B ; HOLD IF E2B,+ /E1B*/E2B*/DB*Q2B ; LOAD Q2B IF /DB,+ /E1B*/E2B*DB*/Q2B ; LOAD /Q2B IF DB,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,36,IF (Ucc) Q1B := /Q0B,Q2B : = /E1B*/E2B*SB ; SETP 1 IF SET,+ Q2B*E1B ; HOLD IF E1B,+ Q2B*E2B ; HOLD IF E2B,+ /E1B*/E2B*/DB*/Q0B ; LOAD Q0B IF /DB,+ /E 1B*/E2B*DB*Q0B ; LOAD /Q0B IF DB,IF (Ucc) Q3B := /Q2B,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.2,可编程阵列逻辑,(PAL),应用举例：步进电动机的控制,37,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.3,现场可编程阵列逻辑,(FPGA),在,PLD,与,PAL,基础上发展了通用阵列逻辑,(GAL),、,复杂,可编程逻辑器件,(CPLD),和现场可编程阵列逻辑,(FPGA),等,。,FPGA,由可编程逻辑模块,(CLB),、,输入,/,输出模块,(IOB),和互联资源,(IR),三部分组成，用户可以通过编程将许多独立的可编程逻辑模块模块连接成所需要的数字系统,。,9/20/2024,10. 2,可编程逻辑组件,10.2.3,现场可编程阵列逻辑,(FPGA),IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IR,IOB,IOB,IOB,IOB,9/20/2024,10.3.1,工作原理,10. 3,数控机床控制电路,位置控制,位置指令,位置检测,这是一根轴的电路，多轴常还需要联动，数控系统已发展到六轴、七轴,全闭环伺服系统,9/20/2024,10.3.1,工作原理,如果位置信号不从工作台位移取出，而从传动丝杠的转角取出，则称为半闭环系统。,如果没有位置反馈，工作台按指令运动，则称为开环系统。,10. 3,数控机床控制电路实例,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.1,工作原理,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,保护电路,速度调节电路,电网电源电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,功率驱动电路,触发脉冲发生器,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,9/20/2024,光电编码器输出相位差,90,的两路方波信号，经细分辨向电路输出加减计数脉冲，可逆计数器记录工作台位移。配合零位信号确定工作台绝对位置。将实际位置与指令位置进行比较确定工作台应当快速运动、慢速运动或停止运动。在多轴联到的场合下，指令位置可能来自其它运动。,根据计数脉冲,的频率可以确定工作台的实际运动速度。,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.1,工作原理,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.1,工作原理,速度调节电路将所要求的给定速度与实测速度进行比较，确定电动机的给定电流。电流调节电路将给定电流与实测的电动机电枢电流进行比较，进行电流调节。电流调节电路的输出送到触发脉冲发生器，控制功率驱动电路中的晶闸管的导通时间，从而改变电动机的电枢电流和转速。电网电源电路给触发脉冲发生器、功率驱动电路和直流稳压电路供电。保护电路测试电动机和晶闸管的温度，在过热情况下进行保护。,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,保护电路,速度调节电路,电网电源电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,功率驱动电路,触发脉冲发生器,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,10.3.2,测量信号形成电路,45,10.3.2,测量信号形成电路,10. 3,数控机床控制电路实例,光电编码器一通道电路,G,D,S,+12V,VLD,1,V,1,N,1,去细分辨向电路,9/20/2024,传感器可以是码盘或光栅。光电二极管,VD,1,将码盘或莫尔条纹光通量的变化转换成电流变化，经场效应晶体管,V,1,构成的跟随器进行阻抗变换和功率放大后，送入由,N,1,构成的电压比较器，整形成为方波信号。,两路相同的测量信号形成电路形成相位差,90,的,A,、,B,两个通道方波信号。,A,、,B,两路方波信号送入细分辨向电路。,零位传感器可以采用零位光栅、狭缝、光电开关等。在光栅零位或狭缝通过时发出零位脉冲信号。,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.2,测量信号形成电路,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,位置比较与,速度给定单元,保护电路,速度调节电路,电网电源电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,功率驱动电路,触发脉冲发生器,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,细分辨向电路,10.3.3,细分辨向电路,48,10.3.3,细分辨向电路,10. 3,数控机床控制电路实例,D,G7,&,&,&,&,&,&,&,&,D,G5,D,G10,R,1,&,&,1,&,&,1,1,A,1,D,G1,C,1,D,G3,R,2,D,G2,C,2,D,G4,D,G8,R,3,C,3,C,4,D,G9,R,4,D,G6,A,A,B,B,B,B,B,A,A,A,A,1,B,B,B,A,A,A,A,B,B,B,1,加法计数脉冲,减法计数脉冲,0,方波信号,90,方波信号,9/20/2024,10.3.4,位置比较与速度给定单元,10. 3,数控机床控制电路实例,保护电路,速度调节电路,电网电源电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,功率驱动电路,触发脉冲发生器,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,50,10.3.4,位置比较与速度给定单元,10. 3,数控机床控制电路实例,远离目标位置时需要快速运动；,接近目标位置时需要慢速运动；,到达目标后需要停止运动；,切削运动与非切削运动速度完全不同；,精加工与粗加工切削运动速度不同；,切削运动速度还与材料等有关；,这一部分工作常以软件为主完成。,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.4,位置比较与速度给定单元,目标位置常是阶段目标；,在多轴联动的情况下，目标位置常取决于另一轴,位置，在联动轴中包含回转轴时，回转轴常是,主导轴；,联动运动时两轴运动间存在线性关系占相当比例，,如螺旋线加工、渐开线齿轮加工；,曲面加工时两轴运动之间存在非线性关系；,有时要求三个以上的轴联动，如螺旋齿轮加工，需,要分别确定各个轴与主导轴间传动关系。,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.4,位置比较与速度给定单元,由于惯性、切削力、摩擦等作用很难通过设定就保,证机床刀具相对于工件按理想轨迹运动；,需要不断对轨迹进行修正，将工件形状误差限制在,许可范围内，这种通过对轨迹进行修正使得刀具相,对于工件按接近理想轨迹运动的方法称为插补；,按直线运动和按线性传动关系运动最为常见，这种,插补称为直线插补，另一种采用插补为圆弧插补；,对于其它传动关系的联动运动，常分段进行直线或,圆弧插补。,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.4,位置比较与速度给定单元,(,一）直线插补,直线插补时，通常将坐标原点设在直线起点上。对于第一象限直线,OA,，其方程可表示为,X,/,Y,-,X,e,/,Y,e,0,偏差函数,F,i,Y,i,X,e,-,X,i,Y,e,若,F,i,0,，,表示加工点位于直线上；,若,F,i,0,，,表示加工点位于直线上方；,若,F,i,0,，,表示加工点位于直线下方。,X,Y,O,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.4,位置比较与速度给定单元,(,一）直线插补,若,F,i,0,，规定在,+,X,方向走一步,若,F,i,0,，规定,+,Y,方向走一步,步长由允许的加工误差确定,A,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.4,位置比较与速度给定单元,(,二）圆弧插补,偏差函数,若,F,i,0,，,表示加工点位于圆上；,若,F,i,0,，,表示加工点位于圆外,；,若,F,i,0,，,表示加工点位于圆内。,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.4,位置比较与速度给定单元,1,）逆圆插补,若,F,i,0,，规定,-,X,方向走一步,若,F,i,0,，,规定,+,Y,方向走一步,(,二）圆弧插补,0,1,1,2,2,3,3,4,4,Y,X,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.4,位置比较与速度给定单元,(,二）圆弧插补,2,）顺圆插补,若,F,i,0,，规定,-,Y,方向走一步,若,F,i,0,，,规定,+,X,方向走一步,0,1,1,2,2,3,3,4,4,Y,X,9/20/2024,速度反馈信号的形成,计数脉冲的频率表示运动速度，但是进入速度调节电路的速度反馈信号需要电压信号,u,SF,。,u,SF,的幅值由脉冲频率决定，极性由脉冲的极性决定。,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.4,位置比较与速度给定单元,频率电压变换电路,加法计数脉冲,u,SF,减法计数脉冲,S,R,Q, 1,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.5,速度调节电路,保护电路,电网电源电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,功率驱动电路,触发脉冲发生器,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,速度调节电路,u,iR,L,k,u,SF,u,SR,60,10.3.5,速度调节电路,10. 3,数控机床控制电路实例,-,+,+,N,1,-,+,+,N,2,-,+,+,N,3,-,+,+,N,4,u,SF,u,iR,u,SR,R,1,R,2,R,P,VS,-,12V,+12V,V,2,锁零信号,信号调理,V,1,电流给定,速度给定,实测速度,L,k,9/20/2024,位置比较单元的输出的速度控制指令电压,u,SR,，经,N,1,集成运放所构成的反相放大器进行反相和阻抗匹配后加于,N,2,的反相输入端。来自测速装置的信号,u,SF,经阻容滤波与微分处理后也加于,N,2,的反相输入端。测速反馈信号经微分处理后，可以获得转速微分负反馈的效果，减少转速超调量。引入速度微分负反馈时，必须对速度信号进行滤波，以免引进新的干扰。,N,2,运放及其外围元件构成,PI,调节器,。,N,2,的输出,u,iR,和,u,SF,与,u,SR,之差成正比，它作为电流调节器的电流给定，改变通过电动机电枢的电流，使,u,SF,接近,u,SR,。,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.5,速度调节电路,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,电路引入调节器增益速度自适应控制。,N,2,的反馈量由电阻,R,1,、可变电阻,R,P,、,R,2,的值决定。,V,2,的控制栅极受,N,4,组成的转速绝对值电路控制。高速时场效应晶体管,V,2,截止，,R,1,、,R,P,断路，,N,2,的反馈量最大，故调节器增益最小；低速时,V,2,工作于放大器状态时，根据其工作点，可以不同程度地改变其等效电阻，使,R,2,、,R,P,接入不同的电阻，并通过,V,2,接地，从而不同程度地减小了,N,2,的反馈量，使调节器增益加大。,10.3.5,速度调节电路,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.5,速度调节电路,-,+,+,N,1,-,+,+,N,2,-,+,+,N,3,-,+,+,N,4,u,SF,u,iR,u,SR,R,1,R,2,R,P,VS,-,12V,+12V,V,2,锁零信号,L,K,滤波与微分,V,1,电流给定,速度给定,实测速度,9/20/2024,N,2,输入端两个反向并联的二极管的作用是将输入信号限幅，以保护集成运放,N,2,，而输出端与地之间所接双向稳压管,VS,的作用是将输出电压,u,iR,正负限幅。,当给定速度,u,SR,为零时，为防止速度控制电路漂移引起的电动机微动，发出锁零信号,L,k,使,V,1,导通，,N,2,的输出信号,U,iR,被钳到锁零信号,L,K,的电位，以避免电动机爬行。,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.5,速度调节电路,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.6,电流测试电路,保护电路,电网电源电路,电流调节电路,功率驱动电路,触发脉冲发生器,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,速度调节电路,电动机电流,测试电路,u,iF,66,L,2,L,1,R,1,R,2,M,L,4,L,3,V,26,V,23,V,24,V,22,V,25,V,11,V,13,V,16,V,15,V,12,C,-,R,1,C,-,R,2,V,14,V,21,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.6,电流测试电路,功率驱动电路,由串接在电动机电枢回路中的电阻上取出反映电枢电流的信号,C,-,R,1,和,C,-,R,2,分别送到两个结构相同的电流测试电路,。,67,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.6,电流测试电路,-,+,+,N,2,-,+,+,N,1,C,-,R,1,+12V,电动机,电流测试,VLC,1,u,iF,68,经过放大、滤波后作为电流反馈信号,u,iR,送入电流调节电路。,由于电动机电枢为高压电路，而后级电流调节电路为低压电路，采用了隔离放大器。,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.6,电流测试电路,69,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.7,电流调节电路,保护电路,电网电源电路,功率驱动电路,触发脉冲发生器,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,速度调节电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,u,iR,u,iF1,u,iF2,u,io1,u,io2,70,10.3.7,电流调节电路,10. 3,数控机床控制电路实例,-,+,+,N,2,-,+,+,N,4,-,+,+,N,3,-,+,+,N,5,-,+,+,N,1,-,12V,-,12V,-,12V,电流给定,电流反馈,+,电流反馈,-,u,I01,u,I02,u,iR,u,iF1,u,iF2,R,1,R,3,R,2,RP,VD,1,VD,2,9/20/2024,电流调节器,(Automatic Current Regulator,，,ACR),包括两组电流调节电路。,N,2,和,N,4,构成正组的,ACR,；,N,3,和,N,5,构成反组的,ACR,。它们分别将电动机的正组和反组驱动电流,u,iF1,、,u,iF2,与来自速度调节器,ASR,的输出信号,u,iR,相比较，输出控制正组触发电路和反组触发电路的控制信号,u,Io1,和,u,Io2,。为极性的匹配，在反组,ACR,前接入了反相器,N,1,。,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.7,电流调节电路,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.7,电流调节电路,来自正组和反组的电流反馈信号,u,iF1,、,u,iF2,经电流微分环节送入正组和反组的,ACR,。,两路电流调节器有输入正负限幅，输出信号送到由,N,4,、,N,5,构成的具有正负限幅的,PI,调节器。,VD,1,和,VD,2,的作用是保证,u,Io1,和,u,Io2,具有确定的极性。,73,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.8,触发脉冲发生器,保护电路,电网电源电路,功率驱动电路,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,速度调节电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,触发脉冲发生器,u,io1,u,io2,74,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.8,触发脉冲发生器,16,TCA-780,5,9,9,14,15,11,10,+12V,+12V,20kHz,+12V,u,Io1,50Hz,u,1,u,1,t,U,1,t,U,1,U,2,U,2,t,V,2,V,1,VD,1,VD,3,VD,2,VD,4,9/20/2024,触发脉冲发生器包括,6,个结构完全相同的单元电路，正组和反组的每一相需要一个单元电路。来自电流调节器的触发控制电压,u,Io1,或,u,Io2,，幅值为,010V,，从引脚,11,接入。与供电电网,50Hz,交变频率同步的电压信号加在,TCA-780,的引脚,5,，在集成组件内产生相应锯齿波信号，锯齿波的斜率由引脚,9,、,10,间的电阻、电容参数决定，可通过,R,进行调整，其峰值为,10V,，波形可在引脚,10,的接点用示波器观察。由于锯齿波是线性上升的信号，故能保证触发控制角,与触发控制电压,u,Io1,或,u,Io2,的线性控制关系。,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.8,触发脉冲发生器,9/20/2024,晶体管,V,1,、,V,2,是脉冲功率放大管。为提高脉冲变压器工作效率，经二极管,VD,3,、,VD,4,引入,20kHz,的高频振荡信号，放大后的触发脉冲为频率为,20kHz,的系列脉冲，触发相位角由触发控制电压,u,Io1,或,u,Io2,决定，触发脉冲经脉冲变压器送到晶闸管组的触发极和阴极之间，使相应的晶闸管导通,。,由于电压,6,组触发电路，在,5,端引入的电压相位不同，它们产生的锯齿波相位也不同。虽然正反组的,3,路触发电路的,u,Io1,或,u,Io2,相同，但是产生的触发脉冲相位不同。,10.3.8,触发脉冲发生器,10. 3,数控机床控制电路实例,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.9,功率驱动电路,保护电路,电网电源电路,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,速度调节电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,触发脉冲发生器,功率驱动电路,78,10.3.9,功率驱动电路,10. 3,数控机床控制电路实例,L,2,L,1,R,1,R,2,M,L,4,L,3,V,26,V,23,V,24,V,22,V,25,V,11,V,13,V,16,V,15,V,12,C,-,R,1,C,-,R,2,V,14,V,21,三相全控桥式反并联电路。共用,12,只晶闸管，“正组”,V,11,V,16,在正转时工作，“反组”,V,21,V,26,在反转时工作。晶闸管导通时间由,触发相位角，从而由触发控制电压,u,Io1,或,u,Io2,决定。,每一时刻,正组或反组接到不同相的晶闸管导通，各相交替工作。,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.9,功率驱动电路,L,2,L,1,R,1,R,2,M,L,4,L,3,V,26,V,23,V,24,V,22,V,25,V,11,V,13,V,16,V,15,V,12,C,-,R,1,C,-,R,2,V,14,V,21,由,R,1,、,R,2,取出与流经电动机的电流成正比的信号，送到电流调节电路。,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.10,电网电源输入电路,保护电路,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,速度调节电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,触发脉冲发生器,功率驱动电路,电网电源电路,81,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.10,电网电源输入电路,FU,KM,1-1,QS,3,相,50Hz,380V,3,相,50Hz,12V,KM,1,KA,1-2,由电网,合上闸,QS,继电器,KM,1,吸合，,KM,1-1,闭合,380V,接通,FU,为熔断丝,KA,1-2,受热继电器控制，进行保护,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.11,热保护电路,可逆计数器,0,方波,90,方波,加计数脉冲,零位信号,实测位移,速度给定,实测速度,锁零信号,电动机,电流给定,实测电流,位移传感器信号,测量信号,形成电路,电枢电流,电枢电流,去直流稳压电源,热保护,温度测试,3,相,/50Hz/380V,3,相,/50Hz/12V,3,相,/50Hz/380V,位置指令,减计数脉冲,细分辨向电路,位置比较与,速度给定单元,速度调节电路,电动机电流,测试电路,电流调节电路,触发脉冲发生器,功率驱动电路,电网电源电路,保护电路,83,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.11,热保护电路,电动机,热保护,12V,-,+,+,N,4,SCR,热保护,KA,1-1,KA,1,V,4,当电动机或晶闸管热过载时，通过,V,4,切断继电器,KA,1,，使,KM,1,失电，触点,KM,1-1,脱开，停止对晶闸管,(,它的后面是电动机,),的,3,相,380V,电源供电。,9/20/2024,10. 3,数控机床控制电路实例,10.3.12,总电路,光电编码器通道,B,+12V,G,D,S,光电编码器通道,C,电动机,热保护,12V,-,+,+,N,4,SCR,热保护,KA,1-1,KA,1,零位信号,1,&,1,&,1,&,1,&,&,&,&,&,1,&,&,&,&,1,可逆计数电路,频率电压变换电路,速度反馈,u,SF,位置比较与控制单元,速度给定,u,SR,锁零信号,L,k,1,单稳四细分辨向电路,G,D,S,光电编码器通道,A,+12V,G,D,S,+12V,VLD,1,VLD,2,VLD,3,V,1,V,2,V,3,N,1,N,2,N,3,G,1,V,4,位置给定,9/20/2024,10.3.12,总电路,-,+,+,N,5,-,+,+,N,7,-,+,+,N,6,-,+,+,N,8,u,SF,u,SR,VS,-,12V,+12V,滤波与微分,D,G,S,锁零信号,速度反馈,速度给定,-,+,+,N,14,-,+,+,N,16,-,+,+,N,15,-,+,+,N,17,-,+,+,N,13,-,+,+,N,11,-,+,+,N,9,-,+,+,N,12,-,+,+,N,10,C,-,R,1,C,-,R,2,-,12V,-,12V,-,12V,+12V,+12V,电流给定,电流反馈,+,电流反馈,-,u,I01,FU,KM,1-1,QS,3,相,50Hz,380V,3,相,50Hz,12V,KM,1,KA,1-2,电流调节器,速度调节器,电网电源引入,电动机,电流测试,VLC,1,VLC,2,u,I02,由电网,V,6,L,k,D,G,S,V,5,U,iR,9/20/2024,10.3.12,总电路,3,相,/50Hz/380V,正组触发电路,16,TCA-780,5,9,8,14,15,11,10,16,TCA-780,5,9,8,14,15,11,10,16,TCA-780,5,9,8,14,15,11,10,反组触发电路,L,2,L,1,R,1,R,2,M,L,4,L,3,V,26,V,24,V,22,V,25,V,11,V,14,V,13,V,16,V,15,V,12,3,相,50Hz,12V,3,相,50Hz,12V,u,I01,u,I02,C,-,R,1,C,-,R,2,+12V,+12V,+12V,+12V,+12V,+12V,20kHz,20kHz,20kHz,V,23,V,21,9/20/2024,10-4,10-6,思考题与习题,9/20/2024,谢谢！,9/20/2024,