小功率直流伺服系统控制电路设计
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外文翻译---步进电机和伺服电机的系统控制.doc
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目 录
1 引言 2
1.1 伺服系统的发展简况 2
1.2 伺服系统的发展趋势 3
2 伺服系统的组成原理及基本特征 4
2.1 伺服系统的组成原理 4
2.2 伺服系统的分类 4
3 直流电机概述 5
3.1直流电机的结构 5
3.1.1.定子 5
3.1.2. 转子(电枢) 7
3.2直流电动机的工作原理 9
3.3 直流电机与交流电机区别 10
4 直流电机调速原理 11
4.1直流电机正反转调速 12
4.2 H桥驱动电路 13
4.3 使能控制和方向逻辑 15
5 双闭环直流晶闸管调速系统设计 17
5.1总体方案设计 17
5.1.1 方案比较 17
5.1.2 方案论证 18
5.1.3 方案选择 19
5.1.4 设计要求 19
5.2单元模块设计 19
5.2.1 转速给定电路设计 19
5.2.2 转速检测电路设计 20
5.2.3 电流检测电路设计 20
5.2.4 整流及晶闸管保护电路设计 21
5.2.4 .1 过电压保护和du/dt限制 22
5.2.4 .2过电流保护和di/dt限制 22
5.2.4 .3 整流电路参数计算 22
5.2.5电源设计 24
5.2.6 控制电路设计 25
5.3系统调试 30
参 考 文 献 33
附A：总电路图 34
1 引言
本次毕业设计是小功率直流伺服系统控制电路的硬件设计。根据任务书的要求，设计的控制电路要能控制系统工作，使伺服系统能驱动电机在正反两个方向的正常运行，满足自动位置跟随的性能要求。
1.1 伺服系统的发展简况
伺服系统是自动控制系统中的一类。它是伴随着电的应用而发展起来的，最早出现于本世纪初。1934年第一次提出了伺服机构这个词，随着自动控制理论的发展，到本世纪中期，伺服系统的理论与实践均趋于成熟，并得到广泛应用。
近几十年来在新技术革命的推动下，特别是伴随着微电子技术和计算机技术的飞速进步，伺服系统更是如虎添翼突飞猛进，它的应用几乎遍及社会的各个领域，下面简单地列举几个例子。
伺服系统在机械制造行业中用得最多最广，各种机床运动部分的速度控制、运动轨迹控制、位置控制等，都是依靠各种伺服系统控制的。它们不仅能完成转动控制、直线运动控制，而且能依靠多套伺服系统的配合，完成复杂的空间曲线运动的控制，如仿型机床的控制、机器人手臂关节的运动控制等。它们可以完成的运动控制精度高，速度快，远非一般人工操作所能达到[1]。
在冶金工业中，电弧炼钢炉、粉末冶金炉等的电极位置控制，水平连铸机的拉坯运动控制，轧钢机轧辊压下运动的位置控制等，都是依靠伺服系统来实现的，这些更是无法用人工操作来代替。
在运输行业中，电气机车的自动调速、高层建筑中电梯的升降控制、船舶的自动操舵、飞机的自动驾驶等，都有各种伺服系统为之效力，从而减缓操作人员的疲劳，同时也大大提高了工作效率。
在军事上，伺服系统用得更为普遍，如雷达天线的自动瞄准跟踪控制，高射炮、战术导弹发射架的瞄准运动控制，坦克炮塔的防摇稳定控制，防空导弹的制导控制，鱼雷的自动控制等。
在计算机外围设备中，也采用了不少伺服系统，如自动绘图仪的画笔控制系统、磁盘驱动系统等。
如今，我国已成为世界上少有的几个能产生激光电视放像系统的国家，用激光将信息录制在光盘上。许多信息在电视机上构成一幅画面，放像过程是用很细的激光束沿信息道读取信息，各种信息道之间的间隔已达微米级，因此控制激光束的位置伺服系统也具有相应的控制精度，以保证获取清晰稳定的画面。这种具有高精度伺服系统的激光电视放像机，已开始进入我国人民的家庭生活。
伺服系统的应用越来越广泛，大至控制上吨重的巨型雷达天线，可及时准确地跟踪人造卫星的发射，小至用音圈电机来控制电视放像机的激光头，从国防、工业生产、交通运输到家庭生活，而且必将发展应用到更新的领域。
1.2 伺服系统的发展趋势
进入20世纪80年代后，因为微电子技术的快速发展，电路的集成度越来越高，对伺服系统产生了很重要的影响。新的伺服系统产品改变了将伺服系统划分为速度伺服单元与位置伺服单元两个模块的做法，代之以单一的、高度集成化、多功能的控制单元。同一个控制单元，只要通过软件设置系统参数，就可以改变其性能，既可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环调节系统，又可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度的全闭环调节系统。高度的集成化还显著地缩小了整个控制系统的体积，使得伺服系统的安装与调试工作都得到了简化。
同时，伺服系统的控制方式迅速向微机控制方向发展，并由硬件伺服系统转向软件伺服系统，智能化的软件伺服系统将成为伺服控制的一个发展趋势。
就目前而言，伺服系统将向两个方向发展。一个是满足一般工业应用要求，对性能指标要求不高的应用场合，追求低成本、少维护、使用简单等特点的驱动产品，如变频电机、变频器等。另一个就是代表着伺服系统发展水平的主导产品—伺服电机、伺服控制器，追求高性能、高速度、数字化、智能型、网络化的驱动控制，以满足用户较高的应用要求。
2 伺服系统的组成原理及基本特征
2.1 伺服系统的组成原理
伺服系统亦称随动系统，属于自动控制系统中的一种，它用来控制被控对象的转角(或位移)，使其能自动地、连续地、精确地复现输入指令的变化规律。伺服系统由伺服驱动装置和驱动元件(或称执行元件)组成，高性能的伺服系统还有检测装置，反馈实际的输出状态。它通常是具有负反馈的闭环控制系统，有的场合也可以用开环控制来实现其功能。
伺服系统的种类很多，构成状况和工作状况也是多种多样的，它有检测装置，用来检测输入信号和系统的输出，有放大装置和执行部件，为使各部件之间有效地组配和使系统具有良好的工作品质，一般还有信号转换电路和补偿装置。此外，以上各部分都离不开相应的能源设备、相应的保护装置、控制设备和其它辅助设备。
2.2 伺服系统的分类
图上部为转速曲线，下部为电流曲线。因为开环系统中没有反馈信号，而电机在带载的一瞬间要有一个做功的过程，也就是建立系统带载状态下的稳定状态的过程，这部分功需要增大电机的电流来补偿，同时也会牺牲一部分动能，也就是电机的转速，所以产生了静态速降。
参 考 文 献
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[4] 李清新.伺服系统与机床电器控制[M].北京：机械工业出版社，1994.
[5] 王松武.常用电路模块分析与设计指导[M].北京：清华大学出版社，2007.
[6] 陈林.电子电路测试与实验[M].北京：清华大学出版社，2004.
[7] 董在望.高等模拟集成电路[M].北京：清华大学出版社，2006.
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