测控电路--连续信号控制电路

1、测量与控制电路2021-12-12 测控电路n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9. 连续信号控制电路电机是最采用的执行机构驱动器件电机是最采用的执行机构驱动器件（1 1）可以驱动各种执行器件，用于各种场合；）可以驱动各种执行器件，用于各种场合；（2 2）行程大；）行程大；（3 3）变速范围大；）变速范围大；（4 4）输出力矩大；）输出力矩大；（5 5）控制灵活方便。）控制灵活方便。n伺服电动机的类型伺服电动机的类型（1

2、 1）直流电机）直流电机 需要电刷需要电刷（2 2）交流电机）交流电机 控制相对复杂，目前矢量控制理论和技术已较控制相对复杂，目前矢量控制理论和技术已较 成熟成熟（3 3）步进电机）步进电机 运动不连续、不平稳运动不连续、不平稳9. 连续信号控制电路 测量与控制电路52021-12-129. 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。n在数控技术高度发展的今天，为什么还要进行连续信号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？控制？ 许多驱动机构还需要连续信号控制，以获得平稳运动。许多驱动机构

3、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控制位置指令位置检测n速度调节是控制中的一个重要问题速度调节是控制中的一个重要问题n本章首先研究直流电机的速度调节与控制本章首先研究直流电机的速度调节与控制n然后研究交流电机的驱动、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n脉宽调制脉宽调制(Pulse Width Modulation)控制电路，控制电路，通常称为通常称为PWM控制电路，是利用半导体功率控制电路，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，晶体管或晶

4、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，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，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。到变压变频目的的一种变换电路。 9.2 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 n为什么采用脉宽调制为什么采用脉宽调制, ,而不用电压调速而不用电压调速? ?(1) 脉宽调制可以用于直流和交流电机调速脉宽调制可以用于直流和交流电机调速, ,还可以与调还可以与调 频相结合，通用性强频相结合，通用性强; ;(

5、2) 在电机驱动中在电机驱动中功率放大器工作在非线性状态，脉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让电机始终处在有电状态, ,对于电机动态特性有利。对于电机动态特性有利。9.2 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 脉宽调制控制电路包括电压脉宽调制控制电路包括电压- -脉宽变换器和开关式功率脉宽变换器和开关式功率放大器两部分。运算放大器放大器两部分。运算放大器N工作在开环或正反馈状态，工作在开环

6、或正反馈状态，实现把连续电压信号变成脉实现把连续电压信号变成脉冲电压信号。二极管冲电压信号。二极管VD在在V关断时为感性负载关断时为感性负载RL提供提供释放电感储能、形成续流回释放电感储能、形成续流回路。路。9.2 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 9.2.1 脉宽调制控制电路的工作原理脉宽调制控制电路的工作原理 电压-脉宽功率放大+ + +N- -R2R3RPR1RLuPu0ucubECuLV N的反相端输入三个信号：锯齿波或三角波调制信号up,控制电压uc，负偏置电压u0，其作用是在uc=0时通过RP的调节使比较器的输出电压ub为宽度相等的正负方波。 9.2 脉宽调制脉宽调制(P

7、WM)控制电路控制电路 9.2.1 脉宽调制控制电路的工作原理脉宽调制控制电路的工作原理 电压-脉宽功率放大+ + +N- -R2R3RPR1RLuPu0ucubECuLV uc0: 锯齿波过零提前，正半波比负半波窄 uc0tOuPubuP+uc+u0c)uc0 c)uc1314PWM输出输出D7D0D0A0A0A1A1PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0PC7ABEcEcEc计数器计数器比较器比较器数据输入接口数据输入接口AB输出高电平输出高电平脉宽调制脉宽调制频率变换频率变换（三）数字式脉宽调制器 n功用功用（1）电机驱动；）电机驱动；（2）调速）调速9.2.3 PWM功率转换电路功

8、率转换电路 9.2 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 9.2 脉宽调制脉宽调制(PWM)控制电路控制电路 9.2.3 PWM功率转换电路功率转换电路 几个概念：几个概念：可逆和不可逆可逆和不可逆：可逆就是电机即可正转也可反转；不可逆就是电机即可正转也可反转；不可逆就是电机只能一个方向转动。可逆就是电机只能一个方向转动。反电动势反电动势：是电机转动产生的，与转速有关。是电机转动产生的，与转速有关。自感电动势自感电动势：流过电枢电流变化产生的感应电势。流过电枢电流变化产生的感应电势。电动电动：电机转动方向与流过电枢的电流方向相同。电机转动方向与流过电枢的电流方向相同。制动制动：电机转动方

9、向与流过电枢的电流方向相反。电机转动方向与流过电枢的电流方向相反。回馈制动：回馈制动：流过电枢的电流与电机转动方向相反且流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。入电源，即将能量回馈给电源。 n工作原理工作原理9.2.3 PWM功率转换电路功率转换电路 （一）简单的不可逆（一）简单的不可逆PWM控制电路控制电路 E加到电动机电枢两端加到电动机电枢两端 b） 电流和电压波形电流和电压波形a） 电路原理图电路原理图tOTVD1M- -ubVD2V+ +iaED+ +ECiaua,EuaUaEDia靠靠VD1续流续流9.2.3 PWM功率转换电路功率转换电路 （一）简单的不可

10、逆（一）简单的不可逆PWM控制电路控制电路 EETUaDaaddEtiLRiEDaadd0EtiLRitT 0t 占空比；占空比；Ua 平均电压；平均电压； ED 转动反电势转动反电势在重载（负载力矩大、在重载（负载力矩大、 ia大）情况下，仅是大）情况下，仅是ia减小，减小，感应电势感应电势 维持维持ia0addiLtn在轻载情况下可能断流在轻载情况下可能断流n不能反转、不能制动（电流不能反向通不能反转、不能制动（电流不能反向通过电枢）过电枢）9.2.3 PWM功率转换电路功率转换电路 （一）简单的不可逆（一）简单的不可逆PWM控制电路控制电路 (二二) 制动不可逆制动不可逆PWM控制电路控

11、制电路b)ub1=-ub2ub1ub2TtOV1V1VD2tTEEDUaiaia,u112O+-Ea)BMV1V2VD1VD2ACEDub1ub21234iaa)电路原理图b) 电动状态电压和电流波形c)tTOtTub2ub1ub1=-ub2VD1VD1V2V2OEEDUaia3344ia,ud)tOia34121Tt1t24图9-16 制动不可逆PWM控制电路及其波形c) 制动状态电压和电流波形d) 电动和制动交替状态电流波形+-Ea)BMV1V2VD1VD2ACEDub1ub21234ia制动不可逆的含义：制动不可逆的含义： 电路能提供电动机电枢的反相电流，电路能提供电动机电枢的反相电流，

12、但不能提供反相电压。但不能提供反相电压。 9.2.3 PWM功率转换电路功率转换电路 （三）（三） H型型双极式可逆双极式可逆PWM控制电路控制电路 b) 电压电流波形电压电流波形a) 电路原理图电路原理图ub1,ub4411-E2211tttttOOOOOub2,ub3TEiauABia3（重载）（重载）（轻载）（轻载）4ub2ub44M2V1V3V4V2VD3VD2VD1VD4ub1ub3EiaAB13 0t期间，期间，V1、V4饱和导通，饱和导通，V2、V3截止，截止，E加在电枢加在电枢AB两端，两端，UAB=+E； tT时，时，ub1、ub4变正，但由于电枢反电动势的作变正，但由于电枢反电动势的作用，用，V1、V4不能立即导通，不能立即导通，ia沿回路经沿回路经VD4、VD1续流。反向电流续流。反向电流ia降至零后，降至零后，VD4、VD1切断，切断，V1、V4导通。电流导通。电流ia流经流经1、2、3、4四支回路。四支回路。9.2.3 PWM功率转换电路功率转换电路 （三）（三） H型型双极式可逆双极式可逆PWM控制电路控制电路 tEiRtiLED0ddaaaaTtEiRtiLEDaaaaddn双极式可逆双极式可逆PWM控制电路的可逆性由正、控制电路的可逆性由正、负脉冲电压的宽窄而定。当正脉冲宽度负脉冲电压的宽窄