上海交通大學(xué)博士論文開題報告吉林大學(xué)

1、 伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，動控制系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的進給指令信號，經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋經(jīng)變換、調(diào)節(jié)和放大后驅(qū)動執(zhí)行件，轉(zhuǎn)化為直線或旋轉(zhuǎn)運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置轉(zhuǎn)運動。伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置( (計算機計算機) )和機床的聯(lián)系和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。環(huán)節(jié)，是數(shù)控機床的重要組成部分。 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系數(shù)控機床伺服系統(tǒng)又稱為位置隨動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、伺服機構(gòu)或伺服單元。統(tǒng)、伺服機構(gòu)或伺服單元。 該系統(tǒng)包括了大量的電力電子

2、器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，該系統(tǒng)包括了大量的電力電子器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合性強綜合性強。 組成：組成：伺服電機伺服電機 驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路 電子電力驅(qū)動放大模塊電子電力驅(qū)動放大模塊 位置調(diào)節(jié)單元位置調(diào)節(jié)單元 速度調(diào)節(jié)單元速度調(diào)節(jié)單元 電流調(diào)節(jié)單元電流調(diào)節(jié)單元 檢測裝置檢測裝置一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)一般閉環(huán)系統(tǒng)為三環(huán)結(jié)構(gòu)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。 位置調(diào)解位置調(diào)解速度調(diào)解速度調(diào)解電流調(diào)解電流調(diào)解轉(zhuǎn)換驅(qū)動轉(zhuǎn)換驅(qū)動工作臺工作臺電流反饋電流反饋速度反饋速度反饋位置反饋位置反饋mg 位置、速度和電流環(huán)均由：位置、速度和電流環(huán)均由：調(diào)節(jié)控制模塊調(diào)節(jié)控制模塊、檢測檢測和和

3、反饋反饋部分組成。電力電子驅(qū)動裝置由部分組成。電力電子驅(qū)動裝置由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和和功率功率放大器放大器組成。組成。 嚴(yán)格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度嚴(yán)格來說：位置控制包括位置、速度和電流控制；速度控制包括速度和電流控制。控制包括速度和電流控制。6.1.2 對伺服系統(tǒng)的基本要求 6.1.2 對伺服系統(tǒng)的基本要求 6.1.2 伺服系統(tǒng)的分類指令指令驅(qū)動電路驅(qū)動電路步進電機步進電機工作臺工作臺脈沖脈沖伺服電機伺服電機速度檢測速度檢測速度控制速度控制位置控制位置控制位置檢測位置檢測伺服電機伺服電機速度控制速度控制位置控制位置控制工作臺工作臺脈沖編碼器脈沖編碼器指令指令

4、6.1.2 伺服系統(tǒng)的分類電機電機機械執(zhí)行部件機械執(zhí)行部件a相、相、b相相c相、相、f、ncnc插補指令插補指令脈沖頻率脈沖頻率f脈沖個數(shù)脈沖個數(shù)n換算換算脈沖環(huán)脈沖環(huán)形分配形分配變換變換功率功率放大放大6.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 6.1.2 伺服系統(tǒng)的分類位置控制調(diào)位置控制調(diào)節(jié)器節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單檢測與反饋單元元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機電機機械執(zhí)行部件機械執(zhí)行部件cnc插補插補指令指令實際實際位置位置反饋反饋實際實際速度速度反饋反饋6.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 6.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 位置控制調(diào)位置控制調(diào)節(jié)器節(jié)器速度控制速度

5、控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋檢測與反饋單元單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機電機機械執(zhí)行部件機械執(zhí)行部件cnc插補插補指令指令實際實際位置位置反饋反饋實際實際速度速度反饋反饋6.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 6.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 步進電機6.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 6.2 伺服電動機 伺服電動機伺服電動機為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是速為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是速 度和軌跡控制的執(zhí)行元件。度和軌跡控制的執(zhí)行元件。 數(shù)控機床中常用的伺服電機數(shù)控機床中常用的伺服電機： 直流伺服電機（調(diào)速性能良好）直流伺服電機（調(diào)速性能良好） 交流伺服電機（主要使用的電機）交

6、流伺服電機（主要使用的電機） 步進電機（適于輕載、負荷變動不大）步進電機（適于輕載、負荷變動不大） 直線電機（高速、高精度）直線電機（高速、高精度） 6.2.1 直流伺服電機及工作特性 極靴極靴機殼機殼瓦狀永磁材料（定子）瓦狀永磁材料（定子）電樞（轉(zhuǎn)子）電樞（轉(zhuǎn)子）換向極換向極主磁極主磁極定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子線圈線圈圖圖6.5永磁直流伺服電機的結(jié)構(gòu)永磁直流伺服電機的結(jié)構(gòu) 圖圖6.6直流主軸電機結(jié)構(gòu)示意圖直流主軸電機結(jié)構(gòu)示意圖 atmikt aaaaeriu eake m2teaeatkkrku 0aeuktgaskrut l2teatkkr 圖圖6.76.7 直流電機的機械特性直流電機的機械特性（

7、n n） o oo o ts t tl dtdjttlm d% 80 110% 120% 60 130% 140% 40 160% d 180% 20 200% 0 1 3 tr 6 10 30 60 100 tr(min) 圖圖69負載負載-工作周期曲線工作周期曲線m/（n-cm） 轉(zhuǎn)矩極限轉(zhuǎn)矩極限 12000 10000 瞬時換向極限瞬時換向極限 8000 6000 換向極限換向極限 速度極限速度極限 4000 溫度極限溫度極限 2000 0 500 1000 1500 n 圖圖6 68 8永磁直流伺服電機工作曲線永磁直流伺服電機工作曲線 區(qū)為連續(xù)工作區(qū)；區(qū)為連續(xù)工作區(qū)； 區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，

8、由負區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，由負載載- -工作周期曲線決定工作時間；工作周期曲線決定工作時間；區(qū)為瞬時加區(qū)為瞬時加減速減速區(qū)區(qū) o nj nmax np,t1 2圖圖6. .10 直流主軸電機特性曲線直流主軸電機特性曲線 1-1-轉(zhuǎn)矩特性曲線轉(zhuǎn)矩特性曲線 2-2-功率特性曲線功率特性曲線6.2 2 交流伺服電機及工作特性 直流伺服電機的缺點： 它的電刷和換向器易磨損； 電機最高轉(zhuǎn)速的限制，應(yīng)用環(huán)境的限制； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。交流伺服電機的優(yōu)點： 動態(tài)響應(yīng)好； 輸出功率大、電壓和轉(zhuǎn)速提高交流伺服電機形式： 同步型交流伺服電機和 異步型交流感應(yīng)伺服電機。 vsvs1永磁交流同步伺服電機的結(jié)構(gòu)和工

9、作原理 vsvs定定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 脈沖編碼器脈沖編碼器定子三相繞組定子三相繞組 接線盒接線盒圖圖611 永磁交流同步伺服電機結(jié)構(gòu)永磁交流同步伺服電機結(jié)構(gòu) 1永磁交流同步伺服電機的結(jié)構(gòu)和工作原理 n（r/min） vsnns nr s 圖圖61 12 工作原理工作原理 圖圖61 13 特性曲線特性曲線t（n-cm） 120001000080006000400020000100020003000 2交流主軸伺服電機的結(jié)構(gòu)和工作原理 交流主軸電機交流主軸電機 普通交流普通交流 異步感應(yīng)電機異步感應(yīng)電機 通風(fēng)孔通風(fēng)孔 p（kw） 8 6 4 2 02000 4000 6000 8000 12000 n（

10、r/min） 圖615 交流主軸伺服電機 的 特性曲線圖614 交流主軸電機與普通交流異步感應(yīng)電機的比較圖示意圖 3、交流伺服電機的發(fā)展 0m2teaeatkkrkunntccrcun0m2teaea （6.18）（6.19）速度速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器電流電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖發(fā)生器發(fā)生器可控硅可控硅整流器整流器電流反饋電流反饋速度反饋速度反饋電流檢測電流檢測編碼器編碼器電機電機ur+-ufifir+-e1es回路組成：由大功率晶閘 管構(gòu)成的三相全控橋式（三相全波）反并接可逆電路， 分成二大部分（ 和 ），每部分內(nèi)按三相橋式連接，二組反并接， 分別實現(xiàn)正轉(zhuǎn) 和反轉(zhuǎn)。 原理原理 ： 三相整流

11、器，由二個半波整流電路組成。每部分內(nèi)又分成共陰極組 （1、3、5）和共陽極組（2、4、6）。為構(gòu)成回路，這二組中必須各有一 個可控硅同時導(dǎo)通。 1、3、5在正半周導(dǎo)通， 2、4、6在負半周導(dǎo)通。每 組內(nèi)（即二相間）觸發(fā)脈沖相位相差120，每相內(nèi)二個觸發(fā)脈沖相差180。 按管號排列，觸發(fā)脈沖的順序：1-2-3-4-5-6，相鄰之間相位差60。 為保證合閘后兩個串聯(lián)可控硅能同時導(dǎo)通，或已截止的相再次導(dǎo)通， 采用雙脈沖控制。既每個觸發(fā)脈沖在導(dǎo)通60后，在補發(fā)一個輔助脈沖；也 可以采用寬脈沖控制，寬度大于60，小于120。 462791113581210abcmumudkmkm+-e)uacbcaba

12、)b)c)d)135 tub246bcatttt1 1 3 3 5 5 1 1 3 3 6 2 2 4 4 6 6 2 2 4 135246120120180601324606056 只要改變可控只要改變可控硅觸發(fā)角（即改變硅觸發(fā)角（即改變導(dǎo)通角），就能改導(dǎo)通角），就能改變可控硅的整流輸變可控硅的整流輸出電壓，從而改變出電壓，從而改變直流伺服電機的轉(zhuǎn)直流伺服電機的轉(zhuǎn)速。速。 觸發(fā)脈沖提前觸發(fā)脈沖提前來，增大整流輸出來，增大整流輸出電壓；觸發(fā)脈沖延電壓；觸發(fā)脈沖延后來，減小整流輸后來，減小整流輸出電壓。出電壓。主回路波形圖主回路波形圖u1u2r1r2r3c-+同步信號同步信號過零信號過零信號由速

13、度由速度f變換來的變換來的電流調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)器輸出的器輸出的直流信號直流信號,123窄脈沖窄脈沖 ： 即即移相觸發(fā)脈沖移相觸發(fā)脈沖同步信號同步信號方波信號方波信號矩齒波矩齒波矩齒波與直矩齒波與直流電壓疊加流電壓疊加 信號信號尖脈沖尖脈沖直流電壓直流電壓（可控硅導(dǎo)通時間），可調(diào)速。可控硅導(dǎo)通時間），可調(diào)速。 沒反饋是開環(huán)，特性軟。沒反饋是開環(huán)，特性軟。1-同步電路同步電路 2-移向控制電路移向控制電路3-脈沖分配器脈沖分配器 電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器:同上，加快電流的反應(yīng)。同上，加快電流的反應(yīng)。 觸發(fā)脈沖發(fā)生器：正弦波同步鋸齒波觸發(fā)觸發(fā)脈沖發(fā)生器：正弦波同步鋸齒波觸發(fā) 電路，與電路，與f直流信號疊加。

14、直流信號疊加。 速度調(diào)節(jié)器：比例積分速度調(diào)節(jié)器：比例積分pi，高放大（相，高放大（相當(dāng)當(dāng) c短路）短路）緩放大緩放大增放大增放大穩(wěn)定（相當(dāng)穩(wěn)定（相當(dāng)c 開路）無靜差。開路）無靜差。usrus f整流整流速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器脈寬調(diào)節(jié)脈寬調(diào)節(jié)振蕩器振蕩器基極驅(qū)動基極驅(qū)動mg電流反饋電流反饋u功放功放 主回路： 大功率晶體管開關(guān)放大器； 功率整流器。 控制回路： 速度調(diào)節(jié)器； 電流調(diào)節(jié)器； 固定頻率振蕩器及三角波發(fā)生器； 脈寬調(diào)制器和基極驅(qū)動電路。 區(qū)別：與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)比較，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器原理一樣。不同的是脈寬調(diào)制器和功率放大器。 周期不變周期不變周期不變周期不變脈寬脈

15、寬脈寬脈寬脈寬脈寬脈寬脈寬平均直流電壓平均直流電壓ut 功率放大器中的大功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率保持恒定，用調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通時間（即改變基極調(diào)制脈沖寬度）的方法來改變輸出。從而使電機獲得脈寬受調(diào)制脈沖控制的電壓脈沖，由于頻率高及電感的作用則為波動很小的直流電壓（平均電壓）。 脈寬的變化使電機電樞的直流電壓隨著變化。 脈沖寬度正比（代表）速度f值的直流電壓ttu u +u s ru +u s ru s cu s cu s c+u s rooo-u s rtttt同向加法放大器電路圖同向加法放大器電路圖u s r 速度指令轉(zhuǎn)化過速度指令轉(zhuǎn)化過 來的直流電壓來的直流電壓u - -

16、 三角波三角波usc- - 脈寬調(diào)制器的輸脈寬調(diào)制器的輸 出（出（ u s r +u ）調(diào)制波形圖調(diào)制波形圖r1+12vuscr1r3r2+-12vu s ru -us r為為0時時調(diào)制出正負脈寬一樣方波調(diào)制出正負脈寬一樣方波平均電壓為平均電壓為0us r為正時為正時us r為負時為負時調(diào)制出脈寬較寬的波形調(diào)制出脈寬較寬的波形平均電壓為正平均電壓為正調(diào)制出脈寬較窄的波形調(diào)制出脈寬較窄的波形平均電壓為負平均電壓為負主回路：可逆主回路：可逆h型雙極式型雙極式pwm 開關(guān)功率放大器開關(guān)功率放大器電路圖電路圖: 由四個大功率晶體管由四個大功率晶體管 （gtr）t 1 、t 2 、t 3 、t4 及四個

17、續(xù)流二極管組成的橋及四個續(xù)流二極管組成的橋 式電路。式電路。h型：型： 又分為又分為雙極式、單極雙極式、單極式和受限單極式和受限單極式三種。式三種。ub1、 ub2、ub3ub4 為調(diào)制器為調(diào)制器輸出，經(jīng)脈沖輸出，經(jīng)脈沖分配、基極驅(qū)分配、基極驅(qū)動轉(zhuǎn)換過來的動轉(zhuǎn)換過來的脈沖電壓。分脈沖電壓。分別加到別加到t1 、t2、t3 、t4的基極。的基極。ub3ub4ub1ub2usabd1d2d3d4mt1t2t4t3tus -usuduabotub1ub 4ub2ub3oottt1tidid1id2id1id2ooooot1t3tt2t3t1ub1、ub 4ub2、ub 3uduabidttttid1

18、id1id4id2id3id4id2 s1pf60n1 異步電機異步電機 變頻變頻 用于籠型電機用于籠型電機 調(diào)壓（定子電壓）調(diào)壓（定子電壓） 電磁轉(zhuǎn)差離合器電磁轉(zhuǎn)差離合器 調(diào)阻（轉(zhuǎn)子電組）調(diào)阻（轉(zhuǎn)子電組） 串級調(diào)速串級調(diào)速 交交直直交交 交交交交 交交直直交交 交交交交變轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)差率差率變頻變頻變頻變頻同步電機同步電機交流電動機交流電動機ssnnns由此可知調(diào)速方法：由此可知調(diào)速方法：（6.20） 對于進給系統(tǒng)常使用交流同步電機，該電機沒有轉(zhuǎn)差率，電機對于進給系統(tǒng)常使用交流同步電機，該電機沒有轉(zhuǎn)差率，電機轉(zhuǎn)速公式變?yōu)椋恨D(zhuǎn)速公式變?yōu)椋簆fn160 從式中可以看出：只能用變頻調(diào)速，并且是有效方法。

19、從式中可以看出：只能用變頻調(diào)速，并且是有效方法。 變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是為交流電機提供變頻、變壓電源的變頻變頻調(diào)速的主要環(huán)節(jié)是為交流電機提供變頻、變壓電源的變頻器，變頻器分為：器，變頻器分為： 交交直直交變頻器交變頻器 分電壓型和電流型。電壓型先將電網(wǎng)的交分電壓型和電流型。電壓型先將電網(wǎng)的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷鳎俳?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓都可變的流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，再?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓都可變的交流電壓。電流型是切換一串方波，方波電流供電，用于大功交流電壓。電流型是切換一串方波，方波電流供電，用于大功率。率。 交交交變頻器交變頻器 該變頻器沒有中間環(huán)節(jié)，直接將電網(wǎng)的交流該變頻器沒有中間環(huán)節(jié)，直

20、接將電網(wǎng)的交流電變?yōu)轭l率和電壓都可變的交流電。電變?yōu)轭l率和電壓都可變的交流電。 目前對于中小功率電機，用得最多的是電壓型交目前對于中小功率電機，用得最多的是電壓型交直直交變頻器。交變頻器。 （6.21）異步電機異步電機 變頻變頻 用于籠型電機用于籠型電機 調(diào)壓（定子電壓）調(diào)壓（定子電壓） 電磁轉(zhuǎn)差離合器電磁轉(zhuǎn)差離合器 調(diào)阻（轉(zhuǎn)子電組）調(diào)阻（轉(zhuǎn)子電組） 串級調(diào)速串級調(diào)速 交交直直交交 交交交交 交交直直交交 交交交交變轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)差率差率變頻變頻變頻變頻同步電機同步電機交流電動機交流電動機交流電機的調(diào)速方法交流電機的調(diào)速方法 s1pf60n1 2.正弦脈寬調(diào)制（正弦脈寬調(diào)制（spwm）變壓變頻器）變壓

21、變頻器 基本概念基本概念 脈寬調(diào)制變頻思想，是把通訊系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于交流變脈寬調(diào)制變頻思想，是把通訊系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于交流變頻器。調(diào)制方法很多，目前用得最多的是正弦脈寬調(diào)制。還有空間電頻器。調(diào)制方法很多，目前用得最多的是正弦脈寬調(diào)制。還有空間電壓矢量壓矢量pwm、最優(yōu)、最優(yōu)pwm、預(yù)測、預(yù)測pwm、隨機、隨機pwm、規(guī)則采樣數(shù)字、規(guī)則采樣數(shù)字化化pwm等等。等等。 spwm交交直直交變壓變頻器的原理框圖如下：交變壓變頻器的原理框圖如下：m3uiurur整流器整流器 固定電壓不可控整流器，常采用六個二級管橋式整流器固定電壓不可控整流器，常采用六個二級管橋式整流器 結(jié)構(gòu)將交流變?yōu)橹绷?，?/p>

22、壓幅值不變。結(jié)構(gòu)將交流變?yōu)橹绷?，電壓幅值不變?為逆變器的供電。為逆變器的供電。ui 逆變器逆變器 由六個功率開關(guān)器件組成，常采用大功率晶體管。其控由六個功率開關(guān)器件組成，常采用大功率晶體管。其控 制極（大功率晶體管制極（大功率晶體管gtr為基極為基極 ）輸入由基準(zhǔn)正弦波（由速度指）輸入由基準(zhǔn)正弦波（由速度指 令轉(zhuǎn)化過來的）和三角波疊加出來的令轉(zhuǎn)化過來的）和三角波疊加出來的spwm調(diào)制波（等幅、不等調(diào)制波（等幅、不等 寬的矩形脈沖波）寬的矩形脈沖波） ，使這些大功率晶體管按一定規(guī)律導(dǎo)通、截止，使這些大功率晶體管按一定規(guī)律導(dǎo)通、截止， 輸出一系列功率級等效于正弦交流電的可變頻變壓的等幅、不等輸出

23、一系列功率級等效于正弦交流電的可變頻變壓的等幅、不等 寬的矩形脈沖電壓波，即功率級寬的矩形脈沖電壓波，即功率級spwm電壓，使電機轉(zhuǎn)動。電壓，使電機轉(zhuǎn)動。 正弦脈寬調(diào)制原理正弦脈寬調(diào)制原理（以單相為例）（以單相為例） 正弦脈寬調(diào)制正弦脈寬調(diào)制 （spwm）波形）波形: 與正弦波等效的一系列等幅不等與正弦波等效的一系列等幅不等 寬的矩形脈沖波，如右下圖所示。寬的矩形脈沖波，如右下圖所示。uttuooa)b) 等效原理等效原理：把：把正弦分正弦分成成 n 等分，每一區(qū)間的面等分，每一區(qū)間的面積用與其相等的等幅不等積用與其相等的等幅不等寬的矩形面積代替。寬的矩形面積代替。 正弦的正負半周均如此正弦的

24、正負半周均如此處理。處理。 spwm控制波的生成控制波的生成:正弦波正弦波三角波調(diào)制三角波調(diào)制、方波、方波三角波調(diào)制。三角波調(diào)制。方波發(fā)生器方波發(fā)生器（帶正反饋比較（帶正反饋比較 又有又有rc積分）積分）三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器（積分器）（積分器）三角波與基準(zhǔn)三角波與基準(zhǔn)正弦波疊加正弦波疊加（比較器）（比較器）spwm調(diào)制波調(diào)制波基準(zhǔn)正弦波基準(zhǔn)正弦波(由速度指令由速度指令轉(zhuǎn)化過來的轉(zhuǎn)化過來的)vd1調(diào)制波調(diào)制波載波載波uutu1:utu1u0oootttrfrr1r2r3r4r5r6r7vd2vd3vd4c 1c 2u0 (ua、ub、 uc )to-+ut:uab50hzspwmd1d2d3

25、d4d5d6d7d8d9d10d11d12t1t2t3t4t5t6uauaububucucu1u2u3utu1utudua1t1t1t1t1t1tua0ub0uc0逆變器輸出逆變器輸出a相等效正弦相等效正弦脈寬電壓波脈寬電壓波逆變器輸出逆變器輸出b相等效正弦相等效正弦脈寬電壓波脈寬電壓波逆變器輸出逆變器輸出c相等效正弦相等效正弦脈寬電壓波脈寬電壓波逆變器輸出線逆變器輸出線電壓等效正弦電壓等效正弦脈寬電壓波脈寬電壓波u1:由由f轉(zhuǎn)換來的轉(zhuǎn)換來的ut改變調(diào)制波的頻改變調(diào)制波的頻率、幅值，就可率、幅值，就可改變最終輸出改變最終輸出 ：變頻變壓的交流變頻變壓的交流電壓電壓主回路：主回路：左半部：整流器

26、左半部：整流器右半部：逆變器右半部：逆變器6.3.4 交流進給伺服電機的速度控制系統(tǒng) 校正校正補償補償乘法器乘法器spwm功率功率放大放大速度反速度反饋信號饋信號轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)子位置檢測電路檢測電路電流信號電流信號處理電路處理電路傳感器信號處理電路傳感器信號處理電路傳感器傳感器ms3電流電流比較比較速度速度比較比較電流電流傳感傳感+-u(t)2. spwm電路原理電路原理spwm的控制方法：的控制方法：模擬控制模擬控制 原始的控制方法；原始的控制方法；數(shù)字控制數(shù)字控制微機存儲事先算好的微機存儲事先算好的spwm數(shù)據(jù)表格，由指令調(diào)出，或通過軟數(shù)據(jù)表格，由指令調(diào)出，或通過軟 件實時生成。件實時生成。專

27、用集成芯片專用集成芯片單片機微處理器直接帶有單片機微處理器直接帶有spwm信號產(chǎn)生功能，并有其輸出端信號產(chǎn)生功能，并有其輸出端 口，如口，如8098、8xc196mc。 去主回路三極管基極 u/f 分頻分頻 u/f 分頻分頻 基準(zhǔn)正弦波基準(zhǔn)正弦波 產(chǎn)生產(chǎn)生三角波三角波發(fā)生器發(fā)生器比較器比較器 spwm比較疊加ui 壓/頻變換、 分頻器 正弦邏輯三角波邏輯指令比較器比較器 比較器比較器 脈沖脈沖分配分配 spwm變壓變頻調(diào)速的優(yōu)點：變壓變頻調(diào)速的優(yōu)點：1.主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了結(jié)構(gòu)；主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了結(jié)構(gòu)；2.采用了不可控整流器。使電網(wǎng)功率因數(shù)提高；采用了不可控整

28、流器。使電網(wǎng)功率因數(shù)提高；3.逆變器同時調(diào)頻調(diào)壓，動態(tài)相應(yīng)不受中間環(huán)節(jié)影響；逆變器同時調(diào)頻調(diào)壓，動態(tài)相應(yīng)不受中間環(huán)節(jié)影響；4.可獲得更接近于正弦波的輸出電壓波形可獲得更接近于正弦波的輸出電壓波形。交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)：交流感應(yīng)異步電機調(diào)速方法很多，變頻調(diào)速是最適用交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)：交流感應(yīng)異步電機調(diào)速方法很多，變頻調(diào)速是最適用的方法，主要有：的方法，主要有： 壓頻（壓頻（u/f）調(diào)速）調(diào)速 矢量變換控制調(diào)速矢量變換控制調(diào)速三相異步電機定子每相電動勢的有效值為：三相異步電機定子每相電動勢的有效值為： e1 = 4.44f1n1kn1m u1 式中：式中： f1 定子頻率（定子頻率（h hz z）；）

29、； n1 定子電動繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子電動繞組串聯(lián)匝數(shù)； kn1 基波繞組系數(shù)；基波繞組系數(shù)； m 每每極氣隙磁通量極氣隙磁通量由上式可知由上式可知 m u1 / 4.44f1n1kn11.1.變壓變頻調(diào)速的基本控制方式變壓變頻調(diào)速的基本控制方式 在電機調(diào)速時，希望保持每極磁通為額定值。在電機調(diào)速時，希望保持每極磁通為額定值。 磁通過弱磁通過弱 沒有充分利用鐵心，是一種浪費。沒有充分利用鐵心，是一種浪費。 磁通過強磁通過強 使鐵心飽和，產(chǎn)生過大的勵磁電流，嚴(yán)重時因繞組過熱使鐵心飽和，產(chǎn)生過大的勵磁電流，嚴(yán)重時因繞組過熱燒毀電機。燒毀電機。 交流異步電機中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動勢合成產(chǎn)生的，所以不

30、能單交流異步電機中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動勢合成產(chǎn)生的，所以不能單獨調(diào)頻。獨調(diào)頻。nt10203040100020003000恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性曲線恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性曲線tn10203040100020003000恒恒tm調(diào)速特性曲線調(diào)速特性曲線恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速t不變，則需u1/f1為常數(shù)若低速時tm不變，則需e1/f1為常數(shù)恒最大轉(zhuǎn)矩tm調(diào)速22cosictmt（1）基頻以下調(diào)速10203040506010002000nt（2）基頻以上調(diào)速恒p 1.交流感應(yīng)伺服電機的矢量控制 在伺服系統(tǒng)中，直流伺服電機能獲得優(yōu)良的動態(tài)與靜態(tài)性能，其根本原因是被控制只有電機磁通和電樞電流ia，且這兩個量是獨立的。此外，電磁轉(zhuǎn)

31、矩（tm=kt ia）與磁通和電樞電流ia分別成正比關(guān)系。因此，控制簡單，性能為線性。如果能夠模擬直流電機，求出交流電機與之對應(yīng)的磁場與電樞電流，分別而獨立地加以控制，就會使交流電機具有與直流電機近似的優(yōu)良特性。為此，必須將三相交變量（矢量）轉(zhuǎn)換為與之等效的直流量（標(biāo)量），建立起交流電機的等效模型，然后按直流電機的控制方法對其進行控制。 圖6-44a所示三相異步交流電機在空間上產(chǎn)生一個角速度為0的旋轉(zhuǎn)磁場。如果用圖6-44b中的兩套空間相差900的繞組和來代替，并通以兩相在時間上相差900的交流電流，使其也產(chǎn)生角速度為0的旋轉(zhuǎn)磁場,則可以認(rèn)為圖6-44a和圖6-44b中的兩套繞組是等效的。若給圖6-44c所示模型上兩個互相垂直繞組d 和 q，分別通以直流電流id 和iq ，則將產(chǎn)生位置固定的磁場,如果再使繞組以角速度0旋轉(zhuǎn)，則所建立的磁場也是旋轉(zhuǎn)磁場，其幅值和轉(zhuǎn)速也與圖6-44a一樣。 aabc0ddqq00圖6.4 交流機三相-二相直流機變換1) 三相a、b、c系統(tǒng)變換到兩相、系統(tǒng) 這種變換是將三相交流電機變?yōu)榈刃У亩嘟涣麟姍C。圖6-44a所示的三相異步電機的定子三相繞組，彼此相差1200空間角度，當(dāng)通以三相平衡交流電流 ia, ib, ic 時，在定子上產(chǎn)生以同步角速度0旋轉(zhuǎn)的磁場矢量。三相繞組的作用，完全可以用在空間上互相垂直