直流伺服系統(tǒng)PWM控制裝置電氣設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書一 設(shè)計題目 直流伺服系統(tǒng) PWM 控制裝置電氣設(shè)計二 設(shè)計目的1) 掌握數(shù)控機床直流 PWM 前置放大裝置的功能。2) 掌握直流 PWM 控制裝置電路組成3) 掌握前置 PWM 硬件設(shè)計要求。三 設(shè)計要求一臺 CW6132 的普通車床，利用半閉環(huán)直流驅(qū)動進(jìn)行 X 軸1) 半閉環(huán)直流 PWM 控制裝置原理框圖設(shè)計2) 選擇控制裝置元器件3) 安裝調(diào)試說明四 完成的技術(shù)資料要求說明詳細(xì)，字跡工整，原理正確，元件選擇有理.圖紙規(guī)范，圖形清晰，符號標(biāo)準(zhǔn)，線條均勻，用計算機畫圖。1) 設(shè)計圖紙 裝置原理圖，元件安裝布置圖 ,接線圖2) 畢業(yè)設(shè)計說明書 (15000 ，文字不少于 6000

2、 字)1) 設(shè)計題目2) 設(shè)計方案論證3) 控制原理說明4) 元件明細(xì)表5) 設(shè)計總結(jié)及改進(jìn)意見6) 主要參考資料五 參考文獻(xiàn)機床數(shù)控術(shù)基礎(chǔ)數(shù)控技術(shù)電氣自動控制原理與原理 伺服系統(tǒng)與機床電氣控制 現(xiàn)代數(shù)控機床伺服系統(tǒng)及檢測技術(shù) 半導(dǎo)體器件手冊目錄第一章 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理 41.1 數(shù)字控制技術(shù) 41.2 數(shù)控機床的組成及工作原理 41。3 數(shù)控機床的工作原理 6第二章 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的概念 62。1 什么是伺服驅(qū)動系統(tǒng) 62.2 數(shù)控系統(tǒng)對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的要求 72。3。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的組成和工作原理 82。4 直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)裝置 9第三章 直流伺服系統(tǒng) PWM 控制裝置 103.1 PW

3、M 技術(shù)的基本原理 103.2 PWM 控制的基本原理 123。3 PWM 調(diào)速裝置 143.4 PWM功率驅(qū)動裝置系統(tǒng)設(shè)計 153。5 直流電機 PWM閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 193。6 直流電機 PWM控制原理223.7 PWM 控制器在直流伺服位置系統(tǒng)中的運用 233.8 電機驅(qū)到部分 273。9 裝置原理圖及元件安裝布置圖 29第四章 PWM 控制裝置的安裝與調(diào)試 314.1 PWM 控制裝置的安裝環(huán)境 314。2 PWM控制裝置的安裝與布線 324。3 PWM控制裝置的調(diào)試 334。3 全速停機試驗 344.4 高速運行試驗 34總結(jié) 錯誤!未定義書簽?？偨Y(jié) 錯誤!未定義書簽。摘要直流伺服技術(shù)

4、是一個正在發(fā)展中的新技術(shù)領(lǐng)域， 具有很好的發(fā)展前景。 近半個世紀(jì)以來， 伺服控制技術(shù)及其系統(tǒng)在精密數(shù)控機床、加工中心、機人和工廠自動化等各個領(lǐng)域都有廣 泛的應(yīng)用。伺服控制經(jīng)歷了發(fā)電機一電動機系統(tǒng)、交磁電機、擴大機、晶閘管、集成電路 和計算機等階段的發(fā)展過程， 至今已進(jìn)入一個全新的時期 . 其主要標(biāo)志在（、電氣時代 2003 年第2期-）于全控型的電力電子器件組成的脈沖寬度調(diào)制 （PWM技術(shù)在伺服驅(qū)動中得到了廣 泛的應(yīng)用；智能功率集成電路和數(shù)字信號處理器 （DSP的出現(xiàn)使得伺服系統(tǒng)模塊化和數(shù)字 化容易實現(xiàn)，把過去許多認(rèn)為只能在理論上成立， 而在實際中無法應(yīng)用的控制理論實用化。 當(dāng)今高性能的伺服系

5、統(tǒng)幾乎都有計算機參與控制。隨著微電子和電力電子技術(shù)的發(fā)展，促 使各種伺服電機控制的智能化功率集成電路得到應(yīng)用，使得這類系統(tǒng)正朝著數(shù)字化、模塊 化的方向發(fā)展 .隨著電力電子技術(shù)、 單片機和微型計算機的高速發(fā)展， 外圍電路元件專用集 成電路的不斷出現(xiàn)，使得直流伺服電動機控制技術(shù)有了顯著進(jìn)步. 這些技術(shù)領(lǐng)域的高速發(fā)展，可以很容易地構(gòu)成高精度、快響應(yīng)的直流伺服系統(tǒng)，因而近年來世界各國在高精度、 速度和位置控制場合 （比如機床進(jìn)給伺服系統(tǒng)、 軍用伺服 個人收集整理 ,勿做商業(yè)用途文檔為個人收集整理 , 來源于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)），都已由電力半導(dǎo)體驅(qū)動裝置取代了電液驅(qū)動。 特別是被人們譽為 “未來伺服驅(qū)動裝 置”的

6、晶體管脈沖寬度調(diào)制（PWM直流伺服控制系統(tǒng),受到了人們的普遍重視，從而得到迅 速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用 . 總而言之，微電子學(xué)的突飛猛進(jìn)、 大規(guī)模集成電路的成批生產(chǎn)和微 型計算機的廣泛使用，使得伺服控制技術(shù)獲得迅速發(fā)展。其中微處理器使現(xiàn)代控制理論在 伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用得到有力的支持，架起了現(xiàn)代控制理論通向伺服系統(tǒng)領(lǐng)域的橋梁，大大 改善了控制性能。而電力電子學(xué)的最新成就，又促進(jìn)了伺服系統(tǒng)的不斷發(fā)展。展望未來， 新器件、新理論和新技術(shù)必將促使伺服系統(tǒng)朝著智能化的方向發(fā)展，賦予人工智能特性的 伺服系統(tǒng)以及智能控制器在近幾年內(nèi)必將獲得廣泛應(yīng)用 .第一章 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作原理1.1 數(shù)字控制技術(shù)數(shù)字控制（

7、numerical control ）.簡稱NC是近代發(fā)展起來的用數(shù)字化信息進(jìn)行控制 的自動控制技術(shù)。數(shù)字控制系統(tǒng)有如下特點：1）可用不同的字長表示不同的精度的信息，表達(dá)信息準(zhǔn)確。2）可進(jìn)行邏輯，算術(shù)運算，也可以進(jìn)行復(fù)雜產(chǎn)信息處理。3） 可不用改動電路或機械機構(gòu)，通過改變軟件來改變信息處理的方式過程, 具有柔性 化.由于數(shù)字控制系統(tǒng)具有上述特點， 故被廣泛應(yīng)用于機械運動的軌跡控制。 例如數(shù)控機床、 工業(yè)機器人、數(shù)控線切割機、數(shù)控火花切割機、坐標(biāo)測量機、繪圖儀、編織機和剪裁機等。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)是數(shù)字邏輯電中 . 最初的數(shù)控系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的， 因而被稱 之國硬件數(shù)控系統(tǒng)。硬件數(shù)控系

8、統(tǒng)經(jīng)歷了采用電子管、 晶體管集成電路的過程 .隨著計算機。 特別是微型計算機的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)中引入了微型計算機。采用了計算機或微型機計算機 的數(shù)控系統(tǒng)稱之為計算機數(shù)控系統(tǒng) （computer numerical control ）,簡稱CNC.CN柔性好, 功能強、可靠性高經(jīng)濟性高、經(jīng)濟性好及易于實現(xiàn)機電一體化。使數(shù)控系統(tǒng)取而代之當(dāng)前 微機技術(shù)發(fā)展很快。性能提高，價格降低，所以微機在數(shù)字控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。1。2 數(shù)控機床的組成及工作原理數(shù)控機床的組成 采用數(shù)控技術(shù)控制的機床， 或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床， 稱之為 數(shù)控機床?，F(xiàn)代數(shù)控機床都有采用計算機（微型計算機）作為控制系統(tǒng) , 其組成

9、如圖所示。加工程序輸入裝置數(shù)控系統(tǒng)伺服系統(tǒng)*輔助控制裝置»控系竦反饋系統(tǒng)（1） 程序載體數(shù)控機床是按照輸入的工件加工程序運行的。工件加工程序中包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡，工藝參數(shù)（進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速等）和輔助運動等加工所需的 全部信息。程序載體就是存儲工件加工程序的媒介物。數(shù)控機床中，常用的程序載體有穿 孔紙帶、穿孔卡片、磁帶各磁盤等。（2） 輸入裝置的作用是將程序載體內(nèi)有關(guān)加工的信息讀入 CNC單元。根據(jù)程序載體的不同， 相應(yīng)有不同的輸入裝置。例如，對于穿孔紙帶，配用光電閱讀機；對于盒式磁帶，配用錄放 機；對于軟磁盤，配用軟盤驅(qū)動器和驅(qū)動卡等。有時為了用戶方便，數(shù)控機床可以同

10、時具備幾種輸入裝置現(xiàn)代數(shù)控機床。還可以通過手動方式（MDI方式），將工件加工程序，用數(shù)控系統(tǒng)的操作面板上的按鍵，直接鍵入 CNC單元；或者用與上級機通信方式直接將加工程序輸入CNC單元。（3）CNC單元CNC單元是數(shù)控機床的核心，它包括微型計算機（CPU存儲器、各種I/O接口）、通用輸入輸出（I/O ）外圍設(shè)備（如CRT/LED顯示器、鍵盤、操作控制面板等）以 及相應(yīng)的軟件。它具備的主要功能有；多坐標(biāo)控制和多種函數(shù)的插補（如直線、圓弧等）；多種程序輸入功能以及編輯和修改功能； 信息轉(zhuǎn)換功能；補嘗功能多各加工方法選擇；顯示 功能,用數(shù)碼顯示器LED可顯示刀具在各坐標(biāo)軸上的位置，用 CRT（陰極射

11、線管）顯示器可 顯示字符、軌跡平面圖形和動態(tài)三維圖形；自診斷功能；通迅和聯(lián)網(wǎng)功能。（4 ）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。它接受來自CNC單元的指令信息，經(jīng)功率 放大后,嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動機床的運動部件， 完成指令規(guī)定的運動。伺服系統(tǒng)由 伺服電動機以驅(qū)動控制單元組成。它與數(shù)控機床的進(jìn)給機械部件構(gòu)成進(jìn)給伺服系統(tǒng)，一般 來說數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)，要求有好的快速響應(yīng)性能和靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤指令功能。（5）位置測量反饋系統(tǒng) 位置測量反饋分為數(shù)控機床執(zhí)行部件的轉(zhuǎn)角位移反饋和直線位移 反饋兩種。運動部分通過傳感器將上述角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號， 輸送給CNC單元， 與指令位置進(jìn)行比較，并由

12、CNC單元發(fā)出指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。（6）輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接收 CNC單元輸出的主運動換向、變速、 啟停、刀具的選擇和交換 , 以及其它輔助裝置動作等指令信號， 經(jīng)過必要的編譯、 邏輯判別、 運算和功率放大后直接驅(qū)動相應(yīng)的電器， 帶動機床機械部件 , 液壓氣功等輔助裝置完成指令 規(guī)定的動作。而機床上的限位開關(guān)等開關(guān)信號經(jīng)輔助控制裝置處理后送 CNC單元進(jìn)行處理。由于可編程控制器（PLQ具有響應(yīng)快、性能可靠、易于使用、編程和修改 ，并可直接紅 驅(qū)動機床電器，現(xiàn)已廣泛作為數(shù)控機床的輔助控制裝置。（7）機床的機械部件 數(shù)件機床的機式結(jié)構(gòu)， 除了主運動系統(tǒng)、 進(jìn)給系統(tǒng)以及輔助部分

13、。 如液壓、氣動、冷卻和潤滑部分等一般部件外 , 尚有些特殊部件 , 如儲備刀具的刀庫、自動 換刀裝置ATC自動托盤交換裝置等，與普通機床相比，數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)更為簡單，但 機床的靜態(tài)和動態(tài)剛度要求更高，傳動裝置的間隙要求盡可能小 , 滑動面的磨擦因數(shù)小 , 并 要有恰當(dāng)?shù)淖枘幔赃m應(yīng)對數(shù)控機床定位精度和良好的控制性能的要求 .1。3 數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床與普通機床相比 , 工作原理不同處在于數(shù)控機床是按數(shù)字形式給出的指令進(jìn) 行加工的。第二章 伺服驅(qū)動系統(tǒng)的概念2.1 什么是伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)是CNC裝置和機床的連接環(huán)節(jié)。CNC裝置發(fā)出的控制信息，通過伺服驅(qū) 動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸

14、的運動，完成程序所規(guī)定的操作。伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重 要組成部分。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的作用歸納如下：1） 伺服驅(qū)動系統(tǒng)能放大控制信號，具有輸出功率的能力；2） 伺服驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)CNC裝置發(fā)出的控制信息對機床移動部件的位置和速度進(jìn) 行控制。2.2 數(shù)控系統(tǒng)對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的要求數(shù)控機床的 性能在很大程度上取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能 , 對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的主要 要求如下 :（1）進(jìn)給調(diào)速范圍要寬 調(diào)速范圍 Rn 是指機床要求伺服電動機提供的最高轉(zhuǎn)速 Nmax 和最低轉(zhuǎn)速 Nmin之比，即Rn=Nmax/Nmin在各種數(shù)控機床中，由于加工用刀具，被加工材料及零件加工要求的不同，為保證在任何 情況下都能得到最

15、佳切削條件，就要求進(jìn)給驅(qū)動必須具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。（2）位置精度要高 使用數(shù)控機床主要 是為里解決：1.保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性、 一致性， 減少廢品率 ;2。解決復(fù)雜曲面零件的加工問題 ;3 。解決復(fù)雜零件的精度加工問題， 縮短制造周期等 . 為了滿足這些要求 ,關(guān)鍵之一是保證數(shù)控機床的定位精度和加工精 度。數(shù)控機床在加工時免除了操作者的人為誤差， 他是按預(yù)定的程序進(jìn)行自動加工， 不可能應(yīng)付事先沒有預(yù)料到的情況。就是說，數(shù)控機床不能像數(shù)控機床那樣，可隨 時用手動操作來調(diào)整和補償各種因素對加工精度的影響。因此，要求定位精度和輪 廓切削精度能達(dá)到數(shù)控機床要求的指標(biāo) . 為此，在位置控制中要求高的定

16、位精度。 在 速度控制中，要求具有很高的調(diào)速精度和很強的抗干擾能力，即要求工作穩(wěn)定性要好。（3）速度響應(yīng)要快 為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有較 高的定位精度外， 還要求有良好的快速響應(yīng)特性， 即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。 一方面要求過度過程時間要短，一般在200ms以內(nèi),甚至小于幾十毫秒；另一方面， 要使過度過程的前沿陡，亦即上升率要大。（4）低速大轉(zhuǎn)距 根據(jù)數(shù)控機床的加工特點，大都是在低速進(jìn)行大切削，即在低速時進(jìn) 給驅(qū)動要有大的轉(zhuǎn)矩輸出 .這種可使動力源盡量靠近機床的執(zhí)行機構(gòu) , 使傳動裝置機 械部分結(jié)構(gòu)簡化，系統(tǒng)剛性增加，使動精度提高 .為了滿足上述四點要求，

17、進(jìn)給伺服驅(qū)動系統(tǒng)對執(zhí)行元件 伺服電動機也相應(yīng)提出了很高 的要求：高精度、快反應(yīng)、寬調(diào)速和大轉(zhuǎn)矩等。2。3.伺服驅(qū)動系統(tǒng)的組成和工作原理比較驅(qū)動魏,L轉(zhuǎn)動4移動電路部件速度反僮環(huán)節(jié)禱圖1.伺服驅(qū)動系統(tǒng)框圖圖1所示開環(huán)伺服系統(tǒng)原理圖。安裝在滾軸絲杠上的位置檢測元件把機械位移不便成 位置數(shù)字量，并有位置反饋電路送到微機內(nèi)部，該位置反饋量與輸入微機的指令位置進(jìn)行 比較，如果不一致，微機送出差值信號，經(jīng)驅(qū)動電路將差值信號進(jìn)行變換、放大后驅(qū)動電 動機，經(jīng)減速裝置帶動工作臺。當(dāng)比較后的差值信號為零時，電動機停止轉(zhuǎn)動，此時，工 作臺移動到指令所只頂?shù)奈恢谩D1中的測速發(fā)電機和速度反饋電路組成反饋回路可實現(xiàn)速度

18、恒值控制。測速發(fā)電機 和伺服電動機同步旋轉(zhuǎn)。假如因外負(fù)載增大而使電動機的轉(zhuǎn)速下降，貝U測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速 下降，經(jīng)速度反饋電路，把轉(zhuǎn)速變化的信號轉(zhuǎn)變成電信號，送給驅(qū)動電路，與輸入信號進(jìn)行 比較，比較后的差值信號經(jīng)放大后，產(chǎn)生較大的驅(qū)動電壓，從而使電動機轉(zhuǎn)速上升，恢復(fù)到 原來調(diào)定轉(zhuǎn)速，使電動機排除負(fù)載表動的干擾，維持轉(zhuǎn)速恒定不變。該電路中，由速度反饋電路送出的轉(zhuǎn)速信號是在驅(qū)動電路中進(jìn)行比較，而由位置反饋 電路送出的位置信號是在微機中進(jìn)行比較。比較的形式也不同，速度比較是通過硬件電路 完成的，而位置比較是通過微機軟件實現(xiàn)的。圖1伺服驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖表示.有上圖原理圖及框圖可知，半閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)主

19、 要由以下幾個部分組成：(1) 驅(qū)動電路 接受微機發(fā)出的指令，并將輸入信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過功率放大后，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速的大小由指令控制。若要實現(xiàn)恒速控制功能，驅(qū)動電路應(yīng)能接受速度反饋信號，將反饋信號與微機的輸入信號進(jìn)行比較，將差值信 號作為控制信號，使電動機保持恒速轉(zhuǎn)動。（2）執(zhí)行元件 可以是直流電動機。交流電動機，也可以是步進(jìn)電動機。（3）傳動裝置包括減速箱和滾珠絲杠。（4） 位置檢測元件及反饋電路位置檢測元件有直線感應(yīng)同步器、光柵和磁尺等。位置檢測元件檢測的位置信號由反饋電路轉(zhuǎn)變成計算機能識別的反饋信號送入 計算機，由計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)比較后送出差值信號。測速發(fā)電機及反饋電路測速發(fā)電機

20、實際上是小型發(fā)電機，發(fā)電機兩端的電壓值和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速成正比，故可以將轉(zhuǎn)速的變化量轉(zhuǎn)化為電壓的變化量2。4直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)裝置伺服驅(qū)動系統(tǒng)的主要作用是把來自CNC裝置的信號進(jìn)行功率放大，圖1伺服驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖以驅(qū)動伺服電動機轉(zhuǎn)動，并根據(jù)來自CNC裝置的信號指令，調(diào)節(jié)伺服電動機的速度。一般機 構(gòu)如圖1所示.直流伺服驅(qū)動裝置一般采用調(diào)壓調(diào)速方式，按功率放大電路元件的不同，可 分為晶閘管（SCR直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制 （PWM直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)兩大類 圖1伺服驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第三章 直流伺服系統(tǒng)PWM控制裝置3。1 PWM技術(shù)的基本原理隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWI技術(shù)，其中包括：相電

21、壓控制PWM脈寬PWM 法、隨機PWMSPW法、線電壓控制PWM等，而本文介紹的是在鎳氫電池智能充 電器中采用的脈寬PWM。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為 PWM波形， 通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控 制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整 PW啲周期、PW啲占空比而 達(dá)到控制充電電流的目的（一）PWM技術(shù)的具體應(yīng)用PWM軟件法控制充電電流 本方法的基本思想就是利用單片機具有的 PWM端口 , 在不改變pwM?波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機的 PWMI制寄存器 來調(diào)整PWM勺占空比,從而控制充電電流.本方法所要求的單片機必須具有

22、ADC端 口和PW端口這兩個必須條件，另外ADC勺位數(shù)盡量高,單片機的工作速度盡量快。 在調(diào)整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流 與實際讀取到的充電電流進(jìn)行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào) 整PW啲占空比；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整 PW啲占空比。 在軟件PWM勺調(diào)整過程中要注意ADC勺讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的紋波干 擾，合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。軟件 PWMI具有以下優(yōu)缺點.優(yōu)點：簡化了 PWM勺硬件電路，降低了硬件的成本.利用軟件PWMP用外部的硬件 PWM 口電壓比較器，只需要功率 MOSFET續(xù)流磁芯、儲能電容等元器

23、件，大大簡 化了外圍電路可控制涓流大小在PWMI制充電的過程中，單片機可實時檢測ADC端口上充 電電流的大小，并根據(jù)充電電流大小與設(shè)定的涓流進(jìn)行比較，以決定PW占空比的 調(diào)整方向。電池喚醒充電。單片機利用 ADC端口與PW啲寄存器可以任意設(shè)定充電電流的大 小，所以，對于電池電壓比較低的電池，在上電后，可以采取小電流充一段時間的 方式進(jìn)行充電喚醒，并且在小電流的情況下可以近似認(rèn)為恒流，對電池的沖擊破 壞也較小。缺點：電流控制精度低。充電電流的大小的感知是通過電流采樣電阻來實現(xiàn)的，采 樣電阻上的壓降傳到單片機的 ADC俞入端口，單片機讀取本端口的電壓就可以知 道充電電流的大小。若設(shè)定采樣電阻為 R

24、sample（單位為Q）,采樣電阻的壓降為 Vsample （單位為mV，10位ADC的參考電壓為5。0V。則ADC勺1 LSB對應(yīng)的電壓值為5000mV/1024- 5mV一個5mV的數(shù)值轉(zhuǎn)換成電流值就是 50mA所以軟件 PW電流控制精度最大為50mA若想增加軟件PWM勺電流控制精度，可以設(shè)法降 低ADC勺參考電壓或采用10位以上ADC勺單片機.PWM采用軟啟動的方式。在進(jìn)行大電流快速充電的過程中，充電從停止到重 新啟動的過程中，由于磁芯上的反電動勢的存在，所以在重新充電時必須降低 PWM 的有效占空比，以克服由于軟件調(diào)整PW啲速度比較慢而帶來的無法控制充電電 流的問題。充電效率不是很高。

25、在快速充電時，因為采用了充電軟啟動，再加上單片機的PWM 調(diào)整速度比較慢，所以實際上停止充電或小電流慢速上升充電的時間是比較大的。為了克服2和3缺點帶來的充電效率低的問題，我們可以采用充電時間比較長，而停止充電時間比較短的充電方式，例如充 2s停50ms,再加上軟啟動時的電流慢 速啟動折合成的停止充電時間，設(shè)定為50ms則實際充電效率為（2000ms- 100ms /2000ms= 95%,這樣也可以保證充電效率在 90%以上.（二）純硬件PWMI控制充電電流由于單片機的工作頻率一般都在 4MHz左右,由單片機產(chǎn)生的PWM勺工作頻率是很 低的，再加上單片機用ADC方式讀取充電電流需要的時間，因

26、此用軟件 PW啲方 式調(diào)整充電電流的頻率是比較低的，為了克服以上的缺陷，可以采用外部高速 PWM 的方法來控制充電電流。現(xiàn)在智能充電器中采用的PW控制芯片主要有TL494等, 本PWMI制芯片的工作頻率可以達(dá)到 300kHz以上，外加阻容元件就可以實現(xiàn)對電 池充電過程中的恒流限壓作用，單片機只須用一個普通的I/O端口控制TL494使 能即可。另外也可以采用電壓比較器替代 TL494,如LM393和LM358等.采用純硬 件PWW有以下優(yōu)缺點。優(yōu)點：電流精度高。充電電流的控制精度只與電流采樣電阻的精度有關(guān)，與單片機沒有關(guān)系。不受軟件PW啲調(diào)整速度和ADC勺精度限制。充電效率高。不存在軟件PW啲慢

27、啟動問題，所以在相同的恒流充電和相同的充電時間內(nèi)，充到電池中的能量高對電池?fù)p害小.由于充電時的電流比較穩(wěn)定，波動幅度很小，所以對電池的沖擊很 小，另外TL494還具有限壓作用，可以很好地保護(hù)電池。缺點：硬件的價格比較貴。TL494的使用在帶來以上優(yōu)點的同時，增加了產(chǎn)品的成本，可以采用LM358或 LM393的方式進(jìn)行克服。涓流控制簡單，并且是脈動的。電池充電結(jié)束后，一般采用涓流充電的方式對電池 維護(hù)充電，以克服電池的自放電效應(yīng)帶來的容量損耗。單片機的普通I/O控制端口無法實現(xiàn)PWM端口的功能，即使可以用軟件模擬的方法實現(xiàn)簡單的 PWM功能，但 由于單片機工作的實時性要求，其軟件模擬的PWM&#

28、174;率也比較低，所以最終采用的還是脈沖充電的方式，例如在10%勺時間是充電的，在另外90%時間內(nèi)不進(jìn)行充 電。這樣對充滿電的電池的沖擊較小.（三）單片機PWM空制端口與硬件PWM融合對于單純硬件PW啲涓流充電的脈動問題，可以采用具有 PWM端口的單片機，再 結(jié)合外部PWM5片即可解決涓流的脈動性。 在充電過程中可以這樣控制充電電流 采用恒流大電流快速充電時，可以把單片機的PWM&出全部為高電平（PW控制芯片高電平使能）或低電平（PWM空制芯片低電平使能）；當(dāng)進(jìn)行涓流充電時，可 以把單片機的pw控制端口輸出PWI信號，然后通過測試電流采樣電阻上的壓降來 調(diào)整個人收集整理，勿做商業(yè)用途

29、文檔為個人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)3.2 PWM控制的基本原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 低頻段非常接近，僅在高 頻段略有差異.圖1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖分別將如圖1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)(R-L電路)上，如圖2a所示。其輸出 電流i(t )對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形如圖 2b所示。從波形可以看出，在i (t)的上升段, i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i (t)響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t )也是周期性的。用傅里

30、葉級數(shù)分解后將可看出,各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。b)a)圖2沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波， 正弦半波N等分,看成N個相連的脈 沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積(沖量) 相等,寬度按正弦規(guī)律變化。SPWI波形一一脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形a)圖3用PWM波代替正弦半波要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。PWNfe流波：電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制，得到的就是PW電流波.PWM波形可等效的各種波形：直流斬波電路：等效直流波形PWM波:等效正弦

31、波形,還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和spwM控制相同，也基于等效面積原3。3 PWM調(diào)速裝置PWM驅(qū)動裝置與一般晶閘管驅(qū)動裝置像比較具有下列特點(1) 需用的大功率可控器件少，線路簡單.例如，在不可逆無制動PWMg動裝置中僅用一個大功率晶體管，而在晶閘管驅(qū)動裝置中至少要用三個晶閘管(指三相)，在可逆橋式(H)型PWMg動裝置中僅用四個大功率晶體管，而晶閘管驅(qū)動裝置哦中則至少要 用六個，從而簡化了系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換電路極其驅(qū)動電路，使得晶體管PWMg動裝置的線路較晶閘管驅(qū)動裝置的簡單。(2) 調(diào)速范圍寬。PWM驅(qū)動裝置與寬調(diào)速直流伺服電動機配合，可獲得600010

32、000r/mi n的調(diào)速范圍，而一般晶閘管驅(qū)動裝置的調(diào)速范圍僅能達(dá)到100150r/min 如果采取低速自適應(yīng)控制或鎖相環(huán)控制等措施，也能達(dá)到600010000r/min，但其線路要比PWM統(tǒng)復(fù)雜的多。(3) 快速性好。在快速性上，PWM系統(tǒng)也優(yōu)化晶閘管系統(tǒng)。主要是調(diào)制頻率高(1-10kHz), 失控時間小，可減小系統(tǒng)的時間常數(shù)，是系統(tǒng)的頻帶加寬，動態(tài)速降小，恢復(fù)時間短，動態(tài)硬度好。PWMg動裝置的電壓增益不隨輸出電壓變化而變化，故系統(tǒng)的線性 度好.(4) 電流波形系數(shù)好，附加損耗小。由于 PW碉制頻率高，不需平波電抗器就能獲得脈 動很小的直流電流，波形系數(shù)約等于 1。因而電樞電流脈動分量對電

33、動機轉(zhuǎn)速的影 響以及由它引起的附加損耗都小。(5) 功率因數(shù)高，對用戶使用有利。PWM驅(qū)動裝置是把交流電經(jīng)全波整流成一個固定的 直流電壓 , 在對它進(jìn)行脈寬調(diào)制，因而交流電源測的功率因數(shù)高，系統(tǒng) 工作在電網(wǎng) 干擾小。在一個多軸機床上，可將幾套PWMg動裝置組合為一個單元，其公共組件、 電源供給及某些控制線路可以公用。表1列出了 PWMS統(tǒng)與晶閘管系統(tǒng)的比較此外，PWM驅(qū)動裝置還具有下列優(yōu)點：同晶體管線性功率放大 像比,效率 高功耗小，同同 交磁電機擴大機驅(qū)動相比 , 體積小, 重量輕， 壽命長， 頻帶寬， 滯后小;同電液驅(qū)動相比， 維 護(hù)方便，性能價格比優(yōu)良 , 非線性小，受環(huán)境影響的敏感度低

34、 .總而言之，PWM驅(qū)動裝置集優(yōu)點與一身，可以說它是目前一種頗為理想的伺服功率驅(qū)動裝PWM 功率驅(qū)動裝置系統(tǒng)設(shè)計(一)。脈沖寬度調(diào)制器脈沖寬度調(diào)制器是產(chǎn)生PWN脈沖的環(huán)節(jié)，是PWM控制方式的核心，其作用是將電壓量 轉(zhuǎn)化成脈沖寬度可由控制信號調(diào)節(jié)的脈沖電壓 . 經(jīng)基極驅(qū)動電路放大后 , 驅(qū)動直流斬波其中的大功率晶體管。脈寬調(diào)制器的種類很多，從基本構(gòu)成來看，都是由兩部分構(gòu)成，一是調(diào) 制信號發(fā)生器，二是比較放大器，而調(diào)制信號發(fā)生器都是采用三角波發(fā)生器或鋸齒波發(fā)生 器。圖1為實際的控制單元中經(jīng)常采用的倍頻式脈寬調(diào)制器的組成原理示意圖倍頻式脈寬調(diào)制器工作原理圖2倍頻脈寬調(diào)制工作波形控制電平Uc自電流調(diào)節(jié)

35、器.三角波發(fā)生器產(chǎn)生出正負(fù)對稱的三角形波信號匕如圖2a所示）?？刂齐娖経c與三角波信號U在B點疊加。疊加后的A點波形UA與B點波形UB如 圖2b和c所示.UA和UB經(jīng)過后面的4只比較器與基準(zhǔn)電壓（零電位）相比較。4只比較器 的輸出信號P1、P2、P3、P4就是PWM脈沖（如圖d所示）P1、P2、P3 P4的4路PWM&號 經(jīng)延時處理和驅(qū)動電路放大后，分別驅(qū)動主回路中的4個大功率晶體管VT1、VT2 VT3VT4.為此，我們得到兩點結(jié)論： 控制電平Uc的大小與電動機電樞兩端的脈沖電壓的寬度成正比，因而在穩(wěn)態(tài)，控 制電平Uc與電動機的轉(zhuǎn)速也是成正比的。 大功率晶體管的開關(guān)頻率等于三角波發(fā)生

36、器產(chǎn)生的三角波的頻，而電動機兩端的脈沖電壓的頻率是三角波頻率的二倍。故稱這種斬波器為倍頻式斬波器，而稱這種脈沖寬度調(diào)制器為倍頻式脈寬調(diào)制器。確定三角波的頻率是一個很重要的問題，在確定這一頻率的時候，應(yīng)先考慮兩方面的因 素。若從希望電動機電樞電流連續(xù)并平穩(wěn)的角度出發(fā)，三角波的頻率應(yīng)取的高一些，但是 頻率高了，功率晶體管的功耗也增大。在實際中，綜合考慮這兩個方面的因素 ，功率晶體管的開關(guān)頻率一般取1kHZ到2kH乙1.三角波發(fā)生器圖1三角波發(fā)生器圖a)電路圖b)波形圖圖1a所示電路是一種三角波發(fā)生器，其中運算放大器 Q構(gòu)成方波發(fā)生器，既一個多 諧振蕩器，在它的輸出端接上一個由運算放大器 Q2構(gòu)成的

37、反相積分器。它們共同組成正反 饋電路，形成自激振蕩。設(shè)在電源接通瞬間Q的輸出電壓UB為-Vd (運算放大器的電源電壓)，被送到Q2的輸入端。 由于Q2反相作用，電容C2被正向充電,輸出電壓U逐漸升高，同時UA又被反饋到Q的輸入 端與UB進(jìn)行比較。因為Q與R接成正反饋電路，所以當(dāng)比較之后的 LA> 0時，比較器Q就 立即翻轉(zhuǎn),Lb電位由一Vd變?yōu)?Vd.此時,t=t i，而U=(R"R2)Vd。而在t1<t<T區(qū)間Q的輸出 電壓LA線性下降。當(dāng)t=T時，LA略小于零時,Qi再次翻轉(zhuǎn)到原態(tài).此時，LB=-Vd而LA=( R/R2)Vd.如此周而復(fù)始,形成自激振蕩,在Q2

38、的輸出端得到一串三角波電壓,各點波形見圖1b所示。其三焦波的頻率為圖2比較放大器電路Bd ubl圖2比較放大器電路圖2所示是比較放大器電路.三焦波電壓U與控制電壓Uer比較后送入運算放大器的 輸入端.當(dāng)Uer=0時，運算放大器Q輸出電壓的正負(fù)半波相等,輸出平均電壓為零。當(dāng)Uer 0時，比較放大器輸出脈沖的正半波寬度小于負(fù)半波寬度.而當(dāng)Uer <0時，比較放大器輸出脈沖的正半波寬度大于負(fù)半波寬度。如果三角波的線性度很好，貝U輸出脈沖的寬度正 比于控制電壓Uer，從而實現(xiàn)模擬電壓脈沖轉(zhuǎn)換.圖中的晶體管VT是為了增加脈寬調(diào)制器 的驅(qū)動功率并保證在正脈沖時輸出.晶體管應(yīng)工作在開關(guān)狀態(tài).3。5直流

39、電機PWM閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)推出一種使用單片機的pw直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉,在實 際應(yīng)用中效果良好。采用硬件電路實現(xiàn)直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)已在實踐中應(yīng)用多年 ，其硬件 組成復(fù)雜,調(diào)整困難，缺乏控制的靈活性。本文介紹的直流電機 pw閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，使用低 價位的單片微機89C205偽核心，實現(xiàn)閉環(huán)控制，并可進(jìn)行數(shù)字顯示和速度預(yù)置,方便了使 用。電機調(diào)速采用脈寬調(diào)制方式，與晶閘管調(diào)速相比技術(shù)先進(jìn)，可減少對電源的污染。本系 統(tǒng)已用于健身跑步機調(diào)速，工作可靠，使用效果良好。圖1是本系統(tǒng)的線路圖，主要有PW信號發(fā)生、閉環(huán)調(diào)速微機控制、直流電機驅(qū)動等幾部分組成.（ 一） PWM 信號發(fā)生電路

40、PW波可由具有PWM出的單片機（如80C198等）通過編程產(chǎn)生，也可采用PW專用芯片 來實現(xiàn).PWM波的頻率太高時，對直流電機驅(qū)動的功率管要求太高，太低時產(chǎn)生電磁噪聲較 大。實踐應(yīng)用中PW波的頻率在18kHz左右效果最好。經(jīng)綜合分析，本系統(tǒng)采用兩片4位數(shù)值 比較器4585和一片12位串行計數(shù)器4040組成了 PW信號發(fā)生電路。兩片比較器U3 U2勺A組 接4040計數(shù)輸出Q2-Q9端,B組接單片微機的P1端口。改變P1端口的輸出值,可使PW信號的 占空比產(chǎn)生變化，進(jìn)行調(diào)速控制計數(shù)器4040的計數(shù)輸入端CLK接單片機2051晶振的振蕩輸 出XTAL2晶振選用18MH時，經(jīng)QOQ®8分頻

41、，QA Q9勺256分頻，產(chǎn)生的PW波形的頻率 為17. 6kHz,適合光耦及功率開關(guān)管的合理工作范圍。 計數(shù)器4040每來8個脈沖，其輸出QA Q9加1,當(dāng)計數(shù)值小于或等于單片機P1端口輸出值X寸,U2的（A B）輸出端保持為低電平， 當(dāng)計數(shù)值大于X時U2的（A>B）輸出端為高電平.隨著計數(shù)值的增加，Q2Qft全“ 1”變?yōu)槿?“O'時，（AB）輸出端又變?yōu)榈碗娖?這樣，在U2£（ A>B端得到PWI的信號，其占空比 為（255X/255） X 100% ,改變X值可改變PW信號的占空比，進(jìn)行直流電機的轉(zhuǎn)速控制。使 用此方法單片機只需根據(jù)調(diào)整量輸出X值,PWM!

42、號由三片通用數(shù)字電路生成，使軟件大大簡 化，有利于單片機系統(tǒng)正常工作由于單片機上電復(fù)位時P1端口輸出全“ 1” ,使用4585的B 組與P1端口相連,升速時PO端口輸出X®定規(guī)律減少，降速時按一定規(guī)律增大。本文為互聯(lián) 網(wǎng)收集 ,請勿用作商業(yè)用途本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途q 1 點甌屯機 fwm（二）單片微機閉環(huán)速度控制電路本系統(tǒng)的閉環(huán)控制選用低價位的單片機 89C2051,與帶PWI輸出的80C552及80C198相 比，無需外擴EPROI且價格低的多。2051單片機片內(nèi)有2K勺flash程序存儲器，15個I/O 口， 兩路16位的定時/計數(shù)器，指令及中斷系統(tǒng)與8031兼容，

43、給閉環(huán)速度控制帶來很大的靈活性。 閉環(huán)速度控制中傳感器選用霍爾傳感器，小磁鋼固定在被測轉(zhuǎn)軸上，每轉(zhuǎn)一周輸出一個脈 沖信號。轉(zhuǎn)速脈沖信號經(jīng)施密特觸發(fā)器U6- 1,U6-2整形后，輸入到2051單片機的INTO中斷口 P3. 2端口上.軟件設(shè)置INTC為下降沿中斷,進(jìn)入中斷服務(wù)程序后開啟定時/計數(shù)器O進(jìn)行定 時，測出每轉(zhuǎn)的周期，再由軟件計算出控制值 X,由P1端口輸出PW波占空比的控制數(shù)。軟 件中還可進(jìn)行顯示線速度或角速度的轉(zhuǎn)換計算 ，由八位驅(qū)碼驅(qū)動器帶動LED碼管進(jìn)行顯 示。預(yù)置速度由按S1、S2輸入，進(jìn)行“ +" “ 一"控制，預(yù)置數(shù)也由LED碼管顯示.顯示使 用了高集成度

44、的MAX721串行LEE顯示驅(qū)動器，帶動八位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，前四位顯示當(dāng) 前運行速度，后四位顯示預(yù)置速度.MAX7219是24腳窄封裝芯片，串行口工作頻率最高10MHz, 八位LEE顯示，通過對譯碼模式寄存編程，可控制各位顯示方式（BCI碼或非譯碼），顯示是 片內(nèi)動態(tài)掃描模式，通過一個電阻和編程可控制亮度，并可多個芯片串聯(lián)顯示多達(dá)64位共陰 極LED數(shù)碼管.MAX7219勺數(shù)據(jù)輸入端DIN、時鐘端CLK數(shù)據(jù)鎖定端L分別與2051單片機的P3o 0、P3o 1、P3.5端口相接.改變電阻R6的阻值可調(diào)整顯示亮度，R6取值在3.910kC之間。使 用MAX721不僅可減少硬件電路，由于是片內(nèi)

45、動態(tài)掃描顯示，并可降低功耗和簡化軟件設(shè)計。2051單片微機的上電復(fù)位使用了 MAX81電壓監(jiān)控器，上電時約有200 ms的延遲，以保證復(fù) 位正常進(jìn)行。為了防止掉電后預(yù)置數(shù)丟失，使用了使用備用電池保護(hù)2051單片機片內(nèi)RAM數(shù)值。電源經(jīng)變壓整流后，一路經(jīng) DC-A（開關(guān)電源輸出5V直流電壓給單片機系統(tǒng)供電,一路 經(jīng)三端穩(wěn)壓元件7812穩(wěn)壓輸出12V電壓供驅(qū)動大功率開關(guān)管使用。單片機系統(tǒng)電源與驅(qū)動電 路部分電源隔離，以提高系統(tǒng)工作的可靠性和安全性.本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途文檔為個人收集 整理，來源于網(wǎng)絡(luò)（三）直流電機驅(qū)動系統(tǒng)電路U2生成的PW信號經(jīng)施密特反相器U6-3驅(qū)動光電耦合器01,

46、送至直流電機驅(qū)動電路.大 功率開關(guān)管選用N溝道VMO功率場效應(yīng)管，它為壓控元件，具有很高的輸入阻抗，因而驅(qū)動 功率很小，對驅(qū)動電路要求也較低。經(jīng)光電耦合器傳送的PW信號，經(jīng)并聯(lián)使用的六施密特 反相器,接到VMO功率管丫1的柵極上,直接驅(qū)動即可。穩(wěn)壓管D4和電阻R8起保護(hù)作用。VMOS 功率管的源極接直流電機繞組，經(jīng)感抗器接電機直流電源負(fù)端。漏極接電機直流電源正端。 快速關(guān)斷二極管D3起保護(hù)作用，消除VMO功率管開關(guān)過程由電機繞組產(chǎn)生的 感生電勢。電源是交流電壓經(jīng)C7、ZL、C8組成的濾波器后，由高壓橋整流器件Z2整流，高壓 電解電容濾波后供VMO功率管.VMO功率管，快速關(guān)斷二極管及高壓電解電

47、容器及整流橋等 根據(jù)選用直流電機的電壓、功率等要求確定相應(yīng)型號和參數(shù)。3.6 直流電機PWM控制原理PW控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制 電壓脈沖的寬度或周期以達(dá)到變壓目的，或控制電壓脈沖的寬度和周期以達(dá)到變壓變頻目 的的一種控制技術(shù)。圖2。1給出PWM斬波器的工作原理電路及其輸出波形。圖1.1 PWM斬波器的工作原理電路及其輸出波形假設(shè)V1先導(dǎo)通T1秒，然后又關(guān)斷T2秒，如此反復(fù)進(jìn)行，可得到圖2。1（b）的波形 圖.電機電樞端的平均電壓Ua如公式2。1U a TU dV）設(shè) ¥，可定義為占空比。設(shè)定輸入電壓 Ud不變， 越大，電機電樞端的平均

48、電壓Ua 越大，反之也成立。固改變值就可以達(dá)到調(diào)壓的目的。改變 有三種方法：第一種就是T1保持不變，使T2在0到 之間變化，這叫定寬調(diào)頻； 第二種就是T2不變，使T1在0到 之間變化，這叫調(diào)寬調(diào)頻；第三種就是 T保持一定, 使T1在0到T間變化，這叫定頻調(diào)寬.3.7 PWM控制器在直流伺服位置系統(tǒng)中的運用介紹一種基于專用PWM脈寬調(diào)制）控制器UC1637的直流位置伺服控制系統(tǒng)，對其中 的系統(tǒng)原理、UC1637功率轉(zhuǎn)換電路、保護(hù)電路、位置檢測、電磁兼容性設(shè)計等內(nèi)容進(jìn)行 了詳細(xì)的討論該系統(tǒng)可靠性高、成本低、廣闊的應(yīng)用前景。近年來，現(xiàn)代直流PWM空制技術(shù)得到了顯著的發(fā)展，而且發(fā)展?jié)摿θ匀幌喈?dāng)大，尤其

49、在低 功耗、高精度、快速響應(yīng)伺服控制領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，特別適合在涉及感性負(fù)載的地方。 通常來說PWM空制信號的產(chǎn)生有四種方法，即：分力電子元件組合產(chǎn)生PWM言號、軟件模擬法獲得PWMfc、專用PWM集成電路和單片機提供的PWM口 ,其中方法一是最早期的方法， 現(xiàn)已基本被淘汰；方法二需要占用CPU大量時間，資源耗費量大，因此也逐漸被淘汰；方法 三與方法四為當(dāng)前應(yīng)用的主流，各有特色，滿足用戶不同需求。目前，許多國外知名廠商開發(fā)生產(chǎn)了針對不同應(yīng)用場合的專用 PWM集成電路，如美國TI 公司的UC1637該芯片為一款比較成熟的直流電動機雙 PWM開關(guān)型控制器，適用于開環(huán)或閉 環(huán)直流電動機控制，包括速度

50、控制、位置控制及步進(jìn)電動機電流細(xì)分控制等。 在本文設(shè)計的 直流伺服位置控制系統(tǒng)中，采用TI公司的UC1637芯片作為PWM空制器，從結(jié)構(gòu)設(shè)計角度 來講,UC1637提供了低成本、低功耗、高性能的處理能力。（一） 系統(tǒng)原理概述系統(tǒng)主要由以下幾部分組成，其中PWM空制器UC1637模塊為總控制中心，接收指令 輸入電路的指令信號、電流檢測電路和位置檢測電路的反饋信號，指令信號與位置反饋信號 比較生成相應(yīng)的PWM言號，輸出到H型功率轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換放大后控制直流電動機旋轉(zhuǎn)， 帶動減速器，實現(xiàn)低速、大力矩的輸出，作用到負(fù)載 ，完成特定任務(wù)另外，電流檢測電路 一方面檢測過流信號，保護(hù)控制系統(tǒng)；另一方面與位置

51、環(huán)組合形成雙閉環(huán)，改善系統(tǒng)動態(tài)特性。如圖1所示.指令攵電路一£一控制 OUCSI37圖1:位置伺服系統(tǒng)的基本組成框圖(二) 專用PWM空制器UC1637UC1637可由單電源或雙電源供電，范圍為土 2.5 ±20V,輸出雙路PWM言號，驅(qū)動電 流能力為100mA最大電流高達(dá)500mA具有限流保護(hù)、欠電壓鎖定、溫度補償2。5V閾值的 關(guān)機控制等特點。UC1637基本原理框圖如圖2所示，它主要由三角波發(fā)生器、PWMt匕較器、 輸出控制門、限流電路、誤差放大器、關(guān)機比較器及欠電壓鎖定電路七部分組成，下面分 別扼要給予介紹。(1) 三角波發(fā)生器：包括兩個比較器CP和CN一個切換開關(guān)

52、S1及一個觸發(fā)器SR1.只需外圍 接幾個電阻和電容，通過對電容的充放電來選擇 CP和CN二者中哪個起作用，不同的比較 器輸出導(dǎo)致觸發(fā)器SR1不同的狀態(tài)，復(fù)位或置位，從而控制開關(guān) S1開通或關(guān)斷，產(chǎn)生三角 波，三角波電壓信號峰一峰值及頻率僅取決于外部所選電阻和電容；(2) PWM比較器：包括兩個比較器CA和CB兩比較器可被設(shè)置輸出相關(guān)于三角波的雙 PWM信號,PWM&號互為反相，并且在二者前后沿均可設(shè)置死區(qū)時間；(3 )輸出控制門：包括兩個具有使能端的與非門NA和NB內(nèi)部各種保護(hù)均通過這兩個與非 門來控制PWM言號的輸出；(4) 限流電路：包括一個比較器CL、兩個觸發(fā)器SRA和SRB其中

53、比較器CL設(shè)有200mV的 閾值，采集到的信號與此閾值比較確定 SRA和SRB的狀態(tài)，去控制輸出控制門；(5) 誤差放大器：該放大器EA完全獨立于內(nèi)部電路，為一個高速運算放大器，典型帶寬 為2MHz輸出阻抗低；(6) 關(guān)機比較器：該比較器CS設(shè)有2.5V閾值，可用來延時起動及保護(hù)控制；(7 )欠電壓鎖定電路：欠電壓鎖定電路UVL在電源電壓低于4V時起作用，鎖定輸出信號為 低電平。輸IfH控制門關(guān)機比較器 c3. H橋型圖2: UC1637原S!框圖雙極模式功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路設(shè)計與實現(xiàn)為本系統(tǒng)的關(guān)鍵難點， 原因在于：一方面功率轉(zhuǎn)換電路是伺服系統(tǒng) 的核心部分之一，其元器件選型、質(zhì)量、工作條件

54、直接影響著整個系統(tǒng)的技術(shù)性能和工作 可靠性;另一方面工作在低電壓大電流狀態(tài)下，而且功率器件功率場效應(yīng)管（MOSFE）和功率晶體管（GTR均工作在開關(guān)模式下，即飽和和截止?fàn)顟B(tài)，必須協(xié)調(diào)開通截止時間,來避免H橋同側(cè)直通。圖3： H橋咽雙極模戌功率轉(zhuǎn)換電路當(dāng)前H橋型功率轉(zhuǎn)換電路具有直通自保護(hù)功能； 工作頻率可達(dá)30kHz;而且工作電壓可以為 單電源，也可以為雙電源，僅需要改變幾個器件便可實現(xiàn)。另外,如上所述功率器件工作在 開關(guān)狀態(tài)，因此功耗小。另外，值得強調(diào)的是在盡量選擇開關(guān)時間小的高速管同時 ，需要十 分注意各管的飽和深度，這直接影響著開關(guān)時間及死區(qū)保護(hù)時間。功率電路中四個MOSFET管漏-源極間

55、續(xù)流二極管不可缺少，本系統(tǒng)中選擇內(nèi)置有續(xù)流二極管的MOSFET的同時，增加外部續(xù)流二極管，來進(jìn)一步減小續(xù)流時間；而且四個GTR管極電極-發(fā)射極間穩(wěn)壓二極 管在供電電源較大的情況下必須考慮，目的是避免 MOSFETt柵-源間壓降超限.（四）系統(tǒng)保護(hù)電路（1）H型雙極模式功率轉(zhuǎn)換電路直通保護(hù)上述 H型雙極模式功率轉(zhuǎn)換電路特點決定了， 避 免同側(cè)橋臂直通保護(hù)不可或缺，系統(tǒng)中主要通過死區(qū)設(shè)定來實現(xiàn)，而且可通過兩種簡易的 方法來改變死區(qū)，但是死區(qū)存在又會降低效率 ,在滿足保護(hù)要求的前提下，應(yīng)盡量縮短死區(qū) . （ 2）過電流保護(hù)PWM系統(tǒng)實現(xiàn)電流保護(hù)對電流檢測元件的實時性要求較高，必須具有良好的頻響特性和

56、極 小的延遲時間。通常有標(biāo)準(zhǔn)電阻實時取樣和霍爾效應(yīng)電流檢測兩種方法 , 考慮到前者簡單可 靠、阻值穩(wěn)定、精度高、頻響好、輸出電壓與流過的電流直接成比例、完全勝任本系統(tǒng)， 而后者往往較貴、體積大 , 故采用前者 .（3）欠電壓 /過電壓保護(hù)直流位置伺服系統(tǒng)中許多環(huán)節(jié)要求欠電壓/過電壓保護(hù)，如PWM空制器UC1637工作電壓為 一個范圍，電壓必須在范圍內(nèi)。欠電壓保護(hù)通過 PWM控制器欠電壓封鎖電路和關(guān)機比較器 來實現(xiàn)。電機高速制動引起的泵升電壓或控制電源過電壓，均可能引起故障，系統(tǒng)針對此 采用了相應(yīng)的抑制電路。 而對于由感性負(fù)載或電源導(dǎo)致的浪涌電壓利用壓敏電阻加以解決。（4）抑制啟動電流系統(tǒng)中的電機， 電樞電阻較小， 其啟動電流過大， 使電機的過電流保護(hù)裝置動作， 切 斷PWM言號，以致不能啟動。一方面,本系統(tǒng)可提供兩路PWM言號，實現(xiàn)差動控制電機，意 味著即使控制輸入信號為零，電機不轉(zhuǎn)，電樞回路中仍有按一定頻率交變的電流。因此電 機處