数控技术伺服PPT课件

1、.,1,.,2,.,3,2.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。,.,4,.,5,.,6,.,7,.,8,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

2、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Un Un*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。,.,9,小结：外载变化使n变化，由AS

3、R调节起主要作 用；电网电压波动，使Ia变化,ACR起主要 作用。,.,10,6.4 交流伺服电动机调速系统,.,11,6.4.1 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=Cm I2 cos，当减小，则导致T减小，使

4、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。,.,12,.,13,.,14,.,15,.,16,.,17,.,18,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。,.,19,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

5、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Ud Um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。,.,20,2.三相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

6、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。,.,21,.,22,120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。,.,23,.,24,4.SPWM调制的制约条件 1）开关频率

7、 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）,.,25,5.SPWM的同步异步调制 （N载波比；ft 三角波载波的峰值

8、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。,.,26,3）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，f

9、n 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。,.,27,6.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。,.,28,1）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。将事先计算的数据存