连续信号控制电路ppt课件

,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,*,测控电路,COPYRIGHT 2010,天津工大,机电学院,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,*,控制电路 -控制执行机构运动的电路,常用的执行机构驱动器件,（1）电动机；,（2）油（气）缸；,（3）电磁机构（电磁铁、磁致伸缩）；,（4）压电驱动；,（5）热驱动；,（6）其它（化学、生物、核等）。,9.连续信号控制电路,控制电路 -控制执行机构运动的电路9.连续信号控,1,9.连续信号控制电路,电机是最采用的执行机构驱动器件,（1）可以驱动各种执行器件，用于各种场合；,（2）行程大；,（3）变速范围大；,（4）输出力矩大；,（5）控制灵活方便。,9.连续信号控制电路电机是最采用的执行机构驱动器件,2,伺服电动机的类型,（1）直流电机,需要电刷,（2）交流电机,控制相对复杂，目前矢量控制理论和技术已较,成熟,（3）步进电机,运动不连续、不平稳,9.连续信号控制电路,伺服电动机的类型9.连续信号控制电路,3,9.连续信号控制电路,连续控制电路主要指：直流电动机调速、交流电动机调速和功率电源控制中的导电角控制电路、脉宽调制控制电路、变频控制电路等。,2024/11/15,9.连续信号控制电路连续控制电路主要指：直流电动机调速、交,在数控技术高度发展的今天，为什么还要进行连续信号控制？,许多驱动机构还需要连续信号控制，以获得平稳运动。,9.连续信号控制电路,位置控制,位置指令,位置检测,在数控技术高度发展的今天，为什么还要进行连续信号控制？9.,5,速度调节是控制中的一个重要问题,本章首先研究直流电机的速度调节与控制,然后研究交流电机的驱动、速度调节与控制,9.连续信号控制电路,速度调节是控制中的一个重要问题9.连续信号控制电路,6,9.连续信号控制电路,脉宽调制控制电路,导电角控制逆变器,变频控制电路,9.连续信号控制电路脉宽调制控制电路导电角控制逆变器变频控,7,9.1 导电角控制逆变器,逆变器的基本概念,在实际中使用更多的是交流电机,逆变器是一种将直流电能转变为交流电能的设备。,为什么要逆变？,为了控制的需要，例如变频、脉冲调宽。,这里需要大功率交流驱动。,9.1 导电角控制逆变器逆变器的基本概念在实际中使用更多的,8,9.1 导电角控制逆变器,逆变器的基本概念,逆变器的工作原理,U,CD,0,t,K,1,K,2,K,3,K,4,K,1,K,2,K,3,K,4,Z,C,D,C,D,U,d,U,d,Z,9.1 导电角控制逆变器逆变器的基本概念逆变器的工作原理U,9,在逆变器中，要正常工作必须保持晶闸管之间的可靠换流。也就是说，晶闸管的通断，由外加触发电压控制。只要阳极,A,与阴极,K,之间的电流不小于其维持电流,I,H,触发电压撤消后，仍保持导通,9.1 导电角控制逆变器,单向晶闸管,双向晶闸管,阳极,A,门极,G,阴极,K,电极,MT2,门极,G,电极,MT1,在逆变器中，要正常工作必须保持晶闸管之间的可靠换流。也就是说,10,M,V,D3,A,B,C,E,C,1,V,D1,V,D5,V,5,V,3,V,1,V,4,V,D4,V,6,V,D6,V,2,V,D2,120,导电角控制逆变器,9.1 导电角控制逆变器,接通顺序：每隔60,，接通,123456每管导通120,，同相的两个管子不能同时导通,MVD3 A BCEC1VD1 VD5 V5V3 V1,11,9.1 导电角控制逆变器,120,导电角控制逆变器,断,通,断,通,断,V,1,断,通,120,断,断,通,通,断,通,通,通,断,断,断,通,断,断,断,通,通,t,t,t,t,t,O,O,O,O,O,V,4,V,3,V,6,V,5,V,2,240,480,360,600,O,t,t,t,t,t,t,t,E,/2,O,O,O,O,O,O,U,C,U,B,U,A,U,A-B,U,C-A,U,B-C,E,E,E,-E,-E,/2,-E,-E,/2,E,/2,-E,-E,/2,E,/2,-E,/2,E,/2,E,/2,E,/2,-E,/2,-E,/2,9.1 导电角控制逆变器120导电角控制逆变器断通断通断,12,U,b5,U,b4,U,b1,U,b2,U,b6,D,D,Q,S,D,1,D,Q,Q,D,S,D,2,S,D,3,D,Q,D,4,S,Q,D,Q,R,D,5,R,D,6,光电耦合驱动电路,START,LD,U,b,1,1,U,b3,9.1 导电角控制逆变器,120,导电角控制逆变器,111100,011110,001111,111001,110011,100111,Ub5Ub4Ub1Ub2Ub6DDQSD1DQQDSD2SD,13,脉宽调制,(Pulse Width Modulation),控制电路，通常称为,PWM,控制电路，是利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和关断，把直流电压变成一系列幅值相等的电压脉冲，通过控制电压脉冲的宽度以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种变换电路。,9.2,脉宽调制(PWM)控制电路,脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制,14,为什么采用脉宽调制,而不用电压调速?,(1),脉宽调制可以用于直流和交流电机调速,还可以与调,频相结合，通用性强;,(2)在电机驱动中,功率放大器工作在非线性状态，脉,宽调制让功率放大器工作在开关状态，可以减小有,功功率消耗，获得较高的效率与较好的线性;,(3),让电机始终处在有电状态,对于电机动态特性有利。,9.2,脉宽调制(PWM)控制电路,为什么采用脉宽调制,而不用电压调速?9.2 脉宽调制(P,15,脉宽调制控制电路包括电压-脉宽变换器和开关式功率放大器两部分。运算放大器,N,工作在开环或正反馈状态，实现把连续电压信号变成脉冲电压信号。二极管,VD,在,V,关断时为感性负载,R,L,提供释放电感储能、形成续流回路。,9.2,脉宽调制(PWM)控制电路,9.2.1,脉宽调制控制电路的工作原理,电压-脉宽,功率放大,+,+,N,-,R,2,R,3,R,P,R,1,R,L,u,P,u,0,u,c,u,b,E,C,u,L,V,脉宽调制控制电路包括电压-脉宽变换器和开关式功率放大,16,N,的反相端输入三个信号：锯齿波或三角波调制信号,u,p,控制电压,u,c,，负偏置电压,u,0,，其作用是在,u,c,=0,时通过,R,P,的调节使比较器的输出电压,u,b,为宽度相等的正负方波。,9.2,脉宽调制(PWM)控制电路,9.2.1,脉宽调制控制电路的工作原理,电压-脉宽,功率放大,+,+,N,-,R,2,R,3,R,P,R,1,R,L,u,P,u,0,u,c,u,b,E,C,u,L,V,N的反相端输入三个信号：锯齿波或三角波调制信号up,17,u,c,0:,锯齿波过零提前，正半波比负半波窄,u,c,0,t,O,u,P,u,b,u,P,+,u,c,+,u,0,c),u,c,0:锯齿波过零提前，正半波比负半波窄9.2,18,（一）锯齿波脉宽调制器,9.2,脉宽调制(PWM)控制电路,9.2.2,典型脉宽调制电路,锯齿波发生器,5,1,V,2,6,TR,TH,NE555,4,R,7,CT,8,V,+,N,-,+,R,1,E,c,R,2,R,3,R,4,R,5,R,10,R,7,R,6,R,8,R,9,C,1,C,2,C,3,u,0,u,c,u,b,+,电压比较器,改善线性,一定电压放电，形成锯齿波,（一）锯齿波脉宽调制器 9.2 脉宽调制(PWM)控制电,19,+,_,+,_,Q,5 k,5 k,5 k,8,+,U,CC,4,5,2,7,1,3,C,1,C,2,6,T,+,+,电路图,+_+_Q5 k5 k5 k8+UCC45271,20,9.2,脉宽调制(PWM)控制电路,9.2.2,典型脉宽调制电路,三角波发生器,+,-,N,1,+,N,2,-,+,+,R,3,R,1,R,2,C,RP,R,5,R,6,R,7,R,9,R,8,R,10,R,13,R,11,R,14,R,12,R,15,R,16,R,17,R,18,VS,1,VS,2,VD,1,VD,2,b,a,V,1,V,2,V,3,V,4,V,5,u,c,+,E,c,u,o1,-,E,c,u,o2,u,P,R,4,（二）三角波脉宽调制器,迟滞比较器,积分器,形成一定死区,9.2 脉宽调制(PWM)控制电路 9.2.2 典型,21,9.2,脉宽调制(PWM)控制电路,9.2.2,典型脉宽调制电路,（二）三角波脉宽调制器,+1.2V,-1.2V,t,t,t,t,t,t,t,t,t,0,0,0,0,0,0,0,0,0,u,o1,u,o1,u,o1,u,o2,u,o2,u,o2,u,c,-,u,P,u,c,-,u,P,u,c,-,u,P,u,c,u,c,a),u,c,=0,b),u,c,0,c),u,c,13,14,PWM,输出,D,7,D,0,D,0,A,0,A,0,A,1,A,1,PA,6,PA,5,PA,4,PA,3,PA,2,PA,1,PA,0,PC,7,A,B,E,c,E,c,E,c,计数器,比较器,数据输入接口,A,B,输出高电平,脉宽调制,频率变换,（三）数字式脉宽调制器,9.2 脉宽调制(PWM)控制电路 9.2.2 典型,23,功用,（1）电机驱动；,（2）调速,9.2.3,PWM,功率转换电路,9.2,脉宽调制,(PWM),控制电路,功用9.2.3 PWM功率转换电路 9.2 脉宽调制,24,9.2,脉宽调制(PWM)控制电路,9.2.3,PWM,功率转换电路,几个概念：,可逆和不可逆,：,可逆就是电机,既,可正转也可反转；不可逆就是电机只能一个方向转动。,反电动势,：,是电机转动产生的，与转速有关。,自感电动势,：,流过电枢电流变化产生的感应电势。,电动,：,电机转动方向与流过电枢的电流方向相同。,制动,：,电机转动方向与流过电枢的电流方向相反。,回馈制动：,流过电枢的电流与电机转动方向相反且流入电源，即将能量回馈给电源。,9.2 脉宽调制(PWM)控制电路 9.2.3 PW,25,工作原理,9.2.3,PWM,功率转换电路,（一）简单的不可逆,PWM,控制电路,E,加到电动机电枢两端,b,）电流和电压波形,a,）电路原理图,t,O,T,VD,1,M,-,u,b,VD,2,V,+,i,a,E,D,+,E,C,i,a,u,a,E,u,a,U,a,E,D,i,a,靠,VD,1,续流,工作原理9.2.3 PWM功率转换电路（一）简单的不可,26,9.2.3,PWM,功率转换电路,（一）简单的不可逆,PWM,控制电路,占空比；,U,a,平均电压；,E,D,转动反电势在重载（负载力矩大、,i,a,大）情况下，仅是,i,a,减小，感应电势 维持,i,a,0,9.2.3 PWM功率转换电路（一）简单的不可逆PWM,27,在轻载情况下可能断流,不能反转、不能制动（电流不能反向通过电枢）,9.2.3,PWM,功率转换电路,（一）简单的不可逆,PWM,控制电路,在轻载情况下可能断流9.2.3 PWM功率转换电路（一,28,(,二,),制动不可逆,PWM,控制电路,+,-,E,a),B,M,V,1,V,2,V,D1,V,D2,A,C,E,D,u,b1,u,b2,1,2,3,4,b),u,b1,=-,u,b2,u,b1,u,b2,T,t,O,V,1,V,1,V,D2,t,T,E,E,D,U,a,i,a,i,a,u,1,1,2,O,i,a,a),电路原理图,b),电动状态电压和电流波形,测控电路,COPYRIGHT 2010,天津工大,机电学院,(二)制动不可逆PWM控制电路+-Ea)BMV1V2VD1,29,c),t,T,O,t,T,u,b2,u,b1,u,b1,=-