数控技术(伺服3).ppt

,2.比例积分(PI)调节器由于运放内阻无穷大为“”地，故，输出电压为：当输出阶跃电压信号时，有分析：PI调节器的输出电压Uex由P、I两部分组成，在输出阶跃信号的瞬间，电容C相当于短路，输出相当于一个放大系数为Kp的比例环节，输出电压立即为KpUin；之后，随电容充电，输出电压开始积分，其数值不断增长，直到稳态，在稳态，Uin0，Uex仍维持稳定值。P调节的放大作用加快了系统的调节过程，I调节保持叠加实现稳态无静差。,调节过程如下：1）突然启动：启动前，Un*=0,Un=0，在突然加了Un*后的瞬间，电机的n=0。此时，达到最大值；由于采用的限幅的PI调节器，Un使ASR的输出i快速达到饱和值im，直到UnUn*为止（即Un为负值）。刚启动的瞬间，电动机电流电流的反馈值i0，ACR输入信号|i|=|im*i|最大值，在该信号作用下，ACR的输出Uc增大PWM输出的脉宽发生变化，Ia增大，电动机启动。当启动电流达到最大值，反馈值i与给定值im*近似值相等，i=0,输出达到最大稳定值，Ia达到最大稳定值，T最大，给定转速。由于电磁常数dj(机械常数)，电枢电流达到最大启动电流时间比转子达到给定转速时间小许多，故启动动态响应短。,小结：外载变化使n变化，由ASR调节起主要作用；电网电压波动，使Ia变化,ACR起主要作用。,6.4交流伺服电动机调速系统,6.4.1交流伺服电动机调速主电路由电机学知识可知，交流电动机的转速公式为：(617)（f定子供电电压频率；P磁极对数；s转差率）从上式可知，若均匀改变电动机定子供电电压的频率，则可以平滑地改变电动机的同步转速。异步电机中，定子绕组的反电势为：E4.44fk，若忽略定子阻抗压降，则端电压UE4.44fk(k为感应系数)。上式说明，在感应系数kc，端电压U不变；当频率f，同步角速度升高时，气隙磁通减小，从转距公式，T=CmI2cos，当减小，则导致T减小，使电动机利用率恶化，严重时电动机会堵转。另外，UC，当f减小，增大，会使磁路饱和，激励电流上升，导致缺损急剧增加。所以，为使TC，需要保持C，即要求变频的同时改变定子电压U，即变频调速关键问题是要获得调频调压的交流电源。,双极性SPWM波调制原理将右图正弦正半周分成N等分，每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都一个与此面积相等的等幅矩形脉冲所代替，即N个等幅而步等宽的矩形脉冲组成的波形与正弦正半周等效。,任何一个平滑的曲线与三角波相交时，都会得到一组等幅的脉宽正比于该函数值的矩形脉冲。图中看出，幅值为Um脉宽按正弦规律变化的矩形脉冲。如果这一组矩形脉冲作为逆变器多开关元件的控制信号，则在逆变器输出端获得一组类似的矩形脉冲，其幅值为逆变器的直流电压Ud，宽度按正弦规律变化。这一组矩形脉冲可用正弦波等效，正弦波的负半波，用负值三角波调制。当逆变器输出端升高电压时，加大正弦波的幅值，逆变器输出UdUm不变，脉宽加大，达到调压目的，当逆变器要变频时，改变正弦波频率亦可。,2.三相SPWM波的调制在三相SPWM调制中，波发生器Ut是共用的，每一相有一个输入正弦信号和一个SPWM调制器输入Ua、Ub、Uc信号相差120的正弦交流信号，幅值频率均可调。在三相桥式逆变器中，有180导通型换向方式和120导通性换向方式(在某一瞬间，控制一个开关器关断，同时使另一个开关器导通，就实现了两个之间的换向)。同一个桥臂上，下两管之间互相换向的逆变器为180导通型逆变器，例：T1()后T4()，当T4()后T1()。即每个开关在一个周期内导通的区间为180，其他相亦如此。,120导通型逆变器的换向在同一不同桥臂的左右两管之间进行的。例：T3()后T5()，T4()后T6().每个开关器件一次连续导通120，在同一时刻只有两个器件导通。若负载由动机绕组是Y联结，则只有两相导电，另一相悬空。,4.SPWM调制的制约条件1）开关频率功率器件的开关频率决定了调制三角波的频率。普通晶闸管开关频率300500HZ；大功率晶体管开关频率：15KHZ；可关断晶闸管开关频率：12KHZ；功率场效应管开关频率：20KHZ。绝缘栅式双极晶体管IGBT高速开关特性好，时间0.15s，饱电压2.2V，是非常好的功率电子器件。IGBT耐压300V，电流达1500A。2）调制由于功率器件开关频率的限制，所调制的脉冲波有最小的脉宽与最小的间隙限制，以保证脉宽大于器件导通和关断时间即满足：（M调制系数；U1正弦控制电压的峰值；Ut三角波载波的峰值电压）,5.SPWM的同步异步调制（N载波比；ft三角波载波的峰值电压；ft正弦控制电压的峰值）为保证调制波的对称性N是3的倍数，如N15，18，21，30，36，42，60，72，84，120，144，168等。,3）分段同步调制把整个频率范围分成n段，结合同异步调制的优点，同同步各段之间N值不同。即fr减小，N取大值；fr增大，N取小值。,1）同步调制即载波比N=C（常数），变频时ft、fn同步变化。故一个正弦控制波周期内输出的矩形脉冲数量是不变的。若N是3的倍数保证逆变器输出的波形正负对称，三相波形互差120相位角。缺点：低频段，相邻两脉冲的间距加大，谐波增大，使转矩脉动产生噪声。,2）异步调制载波比N变化，ft不变化，fn变化，在低频段，SPWM输出波的每一个正弦控制波周期内有较多的脉冲数，fr减小，脉冲个数增大，既减小了多次谐波的电机转矩的波动、噪音。优点：改变了低频工作特性；缺点：输出波形变化时，引起波形的不对称性和相反变化，难保证三相输出的对称关系，电机工作不平稳。,6.软件SPWM的实现SPWM调制的实质：根据三角载波与正弦控制波的交点来确定功率开关管的通断时刻。数字方式SPWM控制，可实现硬件SPWM的波形，有n种方法。,1）自然采样法方法：以正弦波三角波的交点采样，从而生成SPWM波形方式。三角波变化一周期T，与正弦波有两个交点；A发生脉冲时刻，B脉冲结束时刻。功率管导通工作区是t2关断区：脉冲的间隙时间t1、t3、t1、t2、t3在正弦波的不同频段是不一样的。设三角波的幅值为1，正弦控制波为UMsint,根据相似三角形几何关系及整理得：交点相对于三角形不对称，t1t3