第4章 后向通道設(shè)計(jì)

1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR4.1 概述概述后向通道是信號經(jīng)過數(shù)字系統(tǒng)的控制運(yùn)算處理后，對受控對象實(shí)現(xiàn)操作的輸出通道接口。第第4章章 后向通道設(shè)計(jì)后向通道設(shè)計(jì)一、一、 后向通道結(jié)構(gòu)形式后向通道結(jié)構(gòu)形式根據(jù)輸出信號的形式和控制對象的特點(diǎn)，后向通道有三種典型結(jié)構(gòu)。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 主控電路總是以數(shù)字形式輸出信號，主要有開關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，這些信號經(jīng)過驅(qū)動(dòng)或調(diào)制后，可直接用于開關(guān)量控制裝置、數(shù)字控制裝置或頻率調(diào)制系統(tǒng)； 對于模擬量控制系統(tǒng)，應(yīng)將數(shù)字量通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器變換成模擬量信號，然后經(jīng)直流驅(qū)動(dòng)功放，才能用于直流伺服裝置的控制。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 是一個(gè)輸出通

2、道，輸出的控制信號用于驅(qū)動(dòng)受控對象； 小信號輸出、大功率控制，要求控制信號具有一定的功率驅(qū)動(dòng)能力； 接近控制對象，環(huán)境惡劣，產(chǎn)生的電磁、機(jī)械干擾較為嚴(yán)重。二、二、 后向通道設(shè)計(jì)內(nèi)容后向通道設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 后向通道的特點(diǎn)后向通道的特點(diǎn)2. 后向通道的設(shè)計(jì)內(nèi)容后向通道的設(shè)計(jì)內(nèi)容 數(shù)/模轉(zhuǎn)換，將二進(jìn)制數(shù)字量或頻率量轉(zhuǎn)換為模擬量； 功率驅(qū)動(dòng)，滿足受控對象的功率要求； 干擾防治，消除干擾造成的影響，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR4.2 信號的數(shù)信號的數(shù)/模轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換完成數(shù)/模轉(zhuǎn)換的電路大多采用D/A轉(zhuǎn)換器，它可以將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量；也有采用F/V轉(zhuǎn)換器的情況，它可以將頻率量轉(zhuǎn)換

3、成模擬量。一、一、 D/A轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（DAC）D/A轉(zhuǎn)換器是一種把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成為模擬電信號的器件。1. D/A轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)分辨率u 是指DAC的輸入數(shù)字量變化一個(gè)LSB時(shí)，其輸出模擬量的相應(yīng)變化量；u 分辨率常用滿度值的百分比來表示，也可用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來給出。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR線性度u 通常用非線性誤差的大小來表示，它是在DAC的零點(diǎn)和增益調(diào)整好后，實(shí)際轉(zhuǎn)換曲線與理想曲線之間的最大偏差；u 一般要求非線性誤差不大于1/2LSB。轉(zhuǎn)換精度u 以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出，包含非線性誤差、增益誤差以及零位誤差等綜合誤差；u 精度和分辨率是兩個(gè)不同

4、的概念，分辨率很高的D/A轉(zhuǎn)換器并不一定具有很高的精度。建立時(shí)間u 是指D/A轉(zhuǎn)換器中的輸入代碼有滿度值的變化時(shí)，其輸出模擬信號達(dá)到終值附近一定誤差范圍內(nèi)（如1/2LSB）所需的時(shí)間；u 建立時(shí)間一般從幾個(gè)納秒到幾個(gè)微秒。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 主要技術(shù)指標(biāo)選擇：u 根據(jù)后向通道精度或分辨率的要求選擇D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)；u 根據(jù)輸出信號的變化速率選擇D/A轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間。 結(jié)構(gòu)特性選擇：u 數(shù)字量輸入特性：包括接收數(shù)的碼制、數(shù)據(jù)格式以及邏輯電平等；u 模擬量輸出特性：目前多數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器件屬電流輸出型，也有些D/A轉(zhuǎn)換器直接輸出電壓量；u 鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制：數(shù)字量輸入是否具有鎖存功

5、能將直接影響與CPU的接口設(shè)計(jì)；有轉(zhuǎn)換控制功能的D/A轉(zhuǎn)換器可以做到多路D/A轉(zhuǎn)換的同步輸出；u 參考源：D/A轉(zhuǎn)換中參考電壓源是唯一影響輸出結(jié)果的模擬參量，使用內(nèi)部帶有低漂移精密參考電壓源的D/A轉(zhuǎn)換器不僅能保證有較好的轉(zhuǎn)換精度，而且可以簡化接口電路。2. D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇原則轉(zhuǎn)換芯片的選擇原則電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 早期的D/A轉(zhuǎn)換芯片只有從數(shù)字量到模擬電流輸出量的轉(zhuǎn)換功能，使用時(shí)必須外加輸入鎖存器、參考電壓源及輸出電壓轉(zhuǎn)換電路。這類D/A轉(zhuǎn)換芯片有DAC0800系列、DAC1020/AD7520和DAC1220/AD7521系列； 中期的D/A轉(zhuǎn)換芯片在內(nèi)部增加了一些計(jì)算機(jī)接

6、口相關(guān)電路及引腳，可直接和單片機(jī)數(shù)據(jù)總線相連，由CPU控制轉(zhuǎn)換操作。這類芯片主要有DAC0830系列、DAC1208和DAC1230系列； 近期的D/A轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部帶有參考電壓源，有輸出放大器，可實(shí)現(xiàn)模擬電壓的單極性或雙極性輸出。這類芯片主要有DAC7611/7612，MAX538/539，TLC5618等。3. 常用常用D/A轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR DAC0832是與微處理器全兼容的8位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換芯片，具有價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)； DAC0832時(shí)序要求：當(dāng)ILE為高、/CS與/WR1為低時(shí)，輸入數(shù)字量暫存在輸入寄存器中，當(dāng)/WR2與/XFER

7、為低時(shí)，輸入寄存器中的數(shù)據(jù)存入DAC寄存器，并改變DAC的輸出結(jié)果；3. D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口電路轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口電路電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 實(shí)現(xiàn)兩路D/A轉(zhuǎn)換同步輸出的指令：MOV A,#DATA1 MOV DPTR,#0DFFFH MOVX DPTR,A MOV A,#DATA2 MOV DPTR,#0BFFFH MOVX DPTR,A MOV DPTR,#7FFFH MOVX DPTR,A電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR4.3 功率器件及驅(qū)動(dòng)電路功率器件及驅(qū)動(dòng)電路后向通道的一個(gè)重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容就是對輸出信號進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)。一、一、 開關(guān)功率器件及開關(guān)量驅(qū)動(dòng)電路開關(guān)功率器件及開關(guān)量

8、驅(qū)動(dòng)電路常用的開關(guān)功率器件有集成驅(qū)動(dòng)芯片、功率三極管、場效應(yīng)管、可控硅、繼電器和固態(tài)繼電器等。1. 集成驅(qū)動(dòng)芯片集成驅(qū)動(dòng)芯片在數(shù)字系統(tǒng)中，輸出信號的驅(qū)動(dòng)能力是非常有限的；對于一些小型功率負(fù)載，有時(shí)采用集成驅(qū)動(dòng)芯片增加信號的驅(qū)動(dòng)能力；電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR常用的集成驅(qū)動(dòng)芯片有：u 線驅(qū)動(dòng)器74LS240、74LS241、74LS244、74LS245等，輸出高電平時(shí)的拉電流可以達(dá)到15mA，輸出低電平時(shí)的灌電流可以達(dá)到24mA；u 集電極開路輸出的高壓驅(qū)動(dòng)器7406、7407等，輸出低電平時(shí)可以吸收40mA的灌電流；u 雙外圍驅(qū)動(dòng)器75451、75452、75453和75454等的輸出也

9、是集電極開路型式，輸出低電平時(shí)可以吸收400mA的灌電流；u 達(dá)林頓型三極管陣列ULN2003、ULN2803等，輸出低電平電流可達(dá)500mA。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR2. 功率三極管功率三極管三極管用作開關(guān)元件時(shí)，其輸出電流為輸入電流乘以三極管的增益；三極管驅(qū)動(dòng)電路中，三極管應(yīng)工作在截止或飽和導(dǎo)通狀態(tài)，如果三極管的驅(qū)動(dòng)電流太小，就會(huì)使三極管陷入開關(guān)過渡的危險(xiǎn)區(qū)；常用的三極管有：u 小功率三極管，如SS9012、SS9013、SS8050、SS8550等；u 中功率三極管，如2SC2073、2SA940 、2SC3902、2SA1507等。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR3. 達(dá)林頓管達(dá)林

10、頓管三極管放大電路中，要保證有足夠大的輸出電流必須增大輸入驅(qū)動(dòng)電流；達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路就是采用多級放大提高三極管電流增益的方法，可以避免加大輸入驅(qū)動(dòng)電流；常用的三極管有：u NPN型：TIP120/P121/122等，具有60V、80V和100V的耐壓，連續(xù)工作電流均為5A ，電流增益可達(dá)1000以上；u PNP型：TIP125/126/127等，主要參數(shù)同上。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR4. 場效應(yīng)管場效應(yīng)管場效應(yīng)管（FET）是電壓控制型器件，只在開關(guān)的過程中才需要輸入電流，而控制的輸出電流可以很大；常用的三極管有：u 例如：IRF640增強(qiáng)型N溝道場效應(yīng)管，耐壓為200V、導(dǎo)通電阻為0.18

11、，連續(xù)工作電流為11A，等效輸入電容為1275pF；u IRF540增強(qiáng)型N溝道場效應(yīng)管，耐壓為100V、導(dǎo)通電阻為0.04，連續(xù)工作電流為23A，等效輸入電容為1220pF。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR5. 可控硅（可控硅（SCR）使可控硅導(dǎo)通只需要極小的驅(qū)動(dòng)電流，一般輸出負(fù)載電流和輸入驅(qū)動(dòng)電流之比大于1000，是比較理想的大功率開關(guān)器件；可控硅一旦導(dǎo)通，即使去掉門控電流也不會(huì)截止，只有當(dāng)負(fù)載電流為零時(shí)才變?yōu)榻刂?；因此在交流功率開關(guān)電路中得到了廣泛的應(yīng)用；SCR通常用來控制交流大電壓開關(guān)負(fù)載，故不宜直接與數(shù)字邏輯電路相連，應(yīng)采取隔離措施，如光電耦合隔離；常用的雙向可控硅有：u BT136

12、：耐壓600V、連續(xù)導(dǎo)通電流為4A ；u BTA12-400/-600/-700/-800 ，耐壓分別為400V、600V、700V和800V，連續(xù)導(dǎo)通電流為12A 。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR6. 繼電器繼電器當(dāng)電磁繼電器的線圈通以電流時(shí)產(chǎn)生磁場，銜鐵在電磁力的作用下帶動(dòng)兩個(gè)觸點(diǎn)相接觸而導(dǎo)通；直流電磁繼電器控制電流很小，而觸點(diǎn)可通斷較大的電流；u 例如，繼電器JQC-3F由12V直流驅(qū)動(dòng)時(shí)，控制線圈為400，驅(qū)動(dòng)電流約為30mA，而繼電器觸點(diǎn)可以通過7A的電流。繼電器的觸點(diǎn)形式一般分為三種：u 常開觸點(diǎn)，用字母A表示；u 常閉觸點(diǎn)，用字母B表示;u 包含常開、常閉一對觸點(diǎn)，類似于單刀雙擲

13、的開關(guān)，用字母C表示。繼電器的缺點(diǎn)是壽命短、開關(guān)響應(yīng)時(shí)間較長。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR7. 固態(tài)繼電器（固態(tài)繼電器（SSR）固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)通斷的功率型電子開關(guān)，又稱固態(tài)開關(guān)；固態(tài)繼電器通常是一個(gè)四端的組件，兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，內(nèi)部還包含了電氣隔離電路；固態(tài)繼電器沒有任何可動(dòng)部件或觸點(diǎn)，卻實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于電磁繼電器一樣的功能；固態(tài)繼電器工作可靠，壽命長，對外界干擾小，能與邏輯電路兼容，抗干擾能力強(qiáng)，開關(guān)速度快和使用方便的特點(diǎn)，但價(jià)格較高；固態(tài)繼電器可分為直流型和交流型兩種，交流型固態(tài)繼電器又分為過零型和非過零型兩種。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR二、二、 線性功率器件及線性驅(qū)動(dòng)電路

14、線性功率器件及線性驅(qū)動(dòng)電路直流伺服控制系統(tǒng)中經(jīng)常要用到線性功率驅(qū)功；通常線性功率驅(qū)動(dòng)電路可以有三種實(shí)現(xiàn)方案：u 由分立器件構(gòu)成：電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy，目前已較少采用；u 集成運(yùn)算放大器加上功率擴(kuò)展電路：電路較簡單、性能有保障，且器件選擇余地大，是一種常見的實(shí)現(xiàn)方案；u 集成功率運(yùn)算放大器：可大大簡化電路，并提高系統(tǒng)的可靠性，價(jià)格較貴。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR擴(kuò)展的方法是：在集成運(yùn)放的輸出端再加一級互補(bǔ)對稱功放，利用三極管的電流放大作用，達(dá)到擴(kuò)大輸出電流的目的；電流流過R1、D1、D2、R2和T1、T2的基極回路，給T1和T2提供靜態(tài)偏置電流，使其工作在甲乙類放大狀態(tài)；二極管D1、D2的作用

15、是補(bǔ)償VBE1、VBE2造成的交越失真，使電路輸出vO與原運(yùn)放的輸出vO一致。v集成運(yùn)放的功率擴(kuò)展電路電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR圖（a）為同相放大電路；圖（b）為反相放大電路；負(fù)反饋的引入既可穩(wěn)定靜態(tài)時(shí)的輸出零電位，又可穩(wěn)定動(dòng)態(tài)時(shí)的閉環(huán)增益和改善非線性失真。v引入負(fù)反饋以改善性能電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR4.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 在控制類電子系統(tǒng)中，總有相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指令所要求的動(dòng)作和功能。 所謂執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是指把動(dòng)力源獲得的能量變換成機(jī)械能，使機(jī)械工作的一種裝置。它包括電氣元件和機(jī)械裝置兩大部分。一、一、 電氣元件電氣元件 在機(jī)電一體化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，最常使用的電氣元件有

16、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)和交流電機(jī)等； 除此之外，螺線管和電磁鐵可獲得微小行程，也在一些小型、快速響應(yīng)系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR1. 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種能將輸入脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它很容易與微處理器系統(tǒng)相連接，是機(jī)電一體化產(chǎn)品中重要的電氣元件之一。 步進(jìn)電機(jī)按其結(jié)構(gòu)與工作原理，可分為反應(yīng)式、永磁式和混合式三種主要形式。u 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角小，但動(dòng)態(tài)性能差；u 永磁式步進(jìn)電機(jī)出力大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角大；u 混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。電

17、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 定子上有三對電極，每對電極上都繞有一相控制繞組； 轉(zhuǎn)子是四個(gè)均勻分布的齒，上面沒有繞組。v反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTRv工作原理 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的； 當(dāng)A相繞組通電時(shí)，因磁通要沿著磁阻最小的路徑閉合，將使轉(zhuǎn)子齒1，3和定子A，A極對齊； 當(dāng)A相斷電，B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將在空間上轉(zhuǎn)過30，使轉(zhuǎn)子與定子B,B極對齊； 如果再使B相斷電，C相通電，轉(zhuǎn)子又在空間上轉(zhuǎn)過30； 如此循環(huán)往復(fù)，并按ABCA順序通電，電機(jī)將按一定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，若電機(jī)按ACBA的順序通電，則電機(jī)將反向運(yùn)轉(zhuǎn)； 電機(jī)的轉(zhuǎn)向取決于繞組通電順序，電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于控制

18、信號的通斷變化頻率。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTRv主要技術(shù)參數(shù) 步距角：是指對應(yīng)激磁脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)角度的理論值。步距角越小，控制精度越高； 靜態(tài)力矩：是指電機(jī)轉(zhuǎn)子靜態(tài)情況下的電磁轉(zhuǎn)矩，即電機(jī)能夠產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，它主要影響電機(jī)的定位精度； 空載啟動(dòng)頻率：是指電機(jī)能不失步地起動(dòng)的極限頻率； 失步轉(zhuǎn)矩：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)出現(xiàn)失步現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)的失步轉(zhuǎn)矩常以失步轉(zhuǎn)矩頻率特性圖給出。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTRv驅(qū)動(dòng)電路 單電源驅(qū)動(dòng)電路：u 當(dāng)功率開關(guān)T導(dǎo)通時(shí)，Vs通過限流電阻R產(chǎn)生激磁電流流過繞組L；u 當(dāng)功率開關(guān)斷開時(shí)，繞組L中的能量通過釋放電阻RF和釋放二極管D釋放掉；

19、u 單電源驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡單，但效率較低，起動(dòng)和運(yùn)行頻率不高。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 高低壓驅(qū)動(dòng)電路：u 接通某相繞組時(shí)，高壓開關(guān)T2和低壓開關(guān)T1同時(shí)接通。此時(shí)，二極管D1和D2均處于反偏截止?fàn)顟B(tài)，VH和VL串聯(lián)后向繞組L供電，使繞組電流迅速上升；u 經(jīng)過很短時(shí)間，高壓開關(guān)T2關(guān)斷，于是只有低壓電源VL經(jīng)二極管D2和低壓開關(guān)T1向繞組L供電，維持繞組流過額定電流；u 當(dāng)需要斷開繞組電流時(shí)，同時(shí)關(guān)斷高、低壓開關(guān)T1、T2，繞組電流經(jīng)二極管D1、高壓電源VH和二極管D2流通，并迅速衰減至零；u 高低壓驅(qū)動(dòng)電路高頻特性相當(dāng)好，電源效率也較高。但電路需要兩組電源供電，并且在低頻工作時(shí)使電機(jī)振蕩

20、加重，影響電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 恒流驅(qū)動(dòng)電路：u 當(dāng)vi跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，三極管T1、T2、T3均導(dǎo)通，高壓電源VH通過T2、T3使繞組L中的電流迅速上升；u 當(dāng)繞組電流超過額定電流時(shí)，采樣電阻R4兩端產(chǎn)生高于參考電壓VR的電平信號，使電壓比較器C的輸出由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑⑹筎1、T2關(guān)斷。此時(shí)，繞組L中的電流通過二極管D2、三極管T3和采樣電阻組成的回路緩慢泄放；u 當(dāng)電流降到額定值以下時(shí)，T1，T2再次導(dǎo)通，電源VH又使繞組電流上升。上述過程不斷重復(fù)，繞組中的電流便保持在額定值上下，呈類似鋸齒形波動(dòng)；u 當(dāng)vi跳變回低電平時(shí)，T1、T2、T3均截止，繞組中的電流

21、通過D2、R5、D3和VH迅速泄放，故電流泄放的時(shí)間較短；u 恒流驅(qū)動(dòng)電路有較高的工作頻率和電源效率，但由于電流波形頂部呈鋸齒形波動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生較大的電磁噪聲。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR2. 直流電機(jī)直流電機(jī) 使用直流電源工作的電機(jī)叫做直流電機(jī)。只要把它的端子接到直流電源上就可以使其運(yùn)轉(zhuǎn)起來。 直流電機(jī)是一種具有優(yōu)良控制特性的電機(jī)，在角位移控制和速度控制的伺服系統(tǒng)中有著十分廣泛的應(yīng)用。v工作原理 直流電機(jī)由永磁鋼構(gòu)成的定子、繞有線圈的轉(zhuǎn)子以及換向器和電刷等部件組成； 當(dāng)電流通過電刷和換向器流過線圈時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場，并與組成定子的永磁鋼產(chǎn)生吸引力或推斥力，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)； 直流電機(jī)由電刷和換

22、向器來切換繞組電流方向，使電機(jī)按同一方向旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)負(fù)載做功。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 直流電機(jī)的機(jī)械特性(nT特性)和調(diào)節(jié)特性(nU特性)都是直線，因此直流電機(jī)具有優(yōu)良的控制特性； 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和各參量的關(guān)系：n = (U - IR) /Ke ，因此，直流電機(jī)的調(diào)速有三種方式：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U，改變電樞回路電阻R，調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通。直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以調(diào)壓調(diào)速為主。v直流電機(jī)基本特性 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 起?？刂苬直流電機(jī)控制 u 用三極管控制u 用繼電器控制電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 正反轉(zhuǎn)控制u 用三極管控制：u 有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、斷電和能耗制動(dòng)等四種工作狀態(tài)。u 用繼

23、電器控制；u 有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和能耗制動(dòng)等三種工作狀態(tài)。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 調(diào)速控制u 單向運(yùn)行u PWM控制u 雙向運(yùn)行l(wèi)線性控制方式調(diào)節(jié)平滑，但效率很低，多用于小電機(jī)的控制系統(tǒng)；lPWM控制方式具有良好的經(jīng)濟(jì)性，但會(huì)導(dǎo)致噪聲、振動(dòng)以及電刷和換向器損傷等問題出現(xiàn)；lPWM控制方式已經(jīng)成為現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)的主流。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR3. 交流電機(jī)交流電機(jī) 使用交流電源工作的電機(jī)叫做交流電機(jī)； 交流電機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、不需要維護(hù)； 但要使交流電機(jī)具有和直流電機(jī)相媲美的調(diào)控特性，就要有相對復(fù)雜的控制系統(tǒng)； 典型的交流電機(jī)有以下三種：感應(yīng)電機(jī)、同步電機(jī)和無換向器電機(jī)

24、。v感應(yīng)電機(jī)工作原理 感應(yīng)電機(jī)的定子由鐵芯、線圈構(gòu)成，定子線圈由交流電源供電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子由鐵芯、線圈或鼠籠構(gòu)成，由定子磁場感應(yīng)出旋轉(zhuǎn)磁場，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTRv交流電機(jī)調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速u 調(diào)壓調(diào)速采用改變施加在感應(yīng)電機(jī)定子繞組上的電壓進(jìn)行調(diào)速，實(shí)質(zhì)上是一種改變轉(zhuǎn)差率S的調(diào)速方法；u 調(diào)壓調(diào)速的方法特別適用于帶動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵的感應(yīng)電機(jī)。在這類負(fù)載中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T是和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的平方成正比的。 交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為n = 60 f1 (1 - S) / p ，因此，可采取以下三種方式調(diào)速：改變電機(jī)定子供電頻率fI，改變轉(zhuǎn)差率S，改變極對數(shù)p。 常用的有調(diào)壓調(diào)速、串級

25、調(diào)速、變頻調(diào)速、矢量控制和無換向器電機(jī)調(diào)速等。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTRu 相位控制調(diào)壓需要對交流電源的過零時(shí)刻進(jìn)行檢測。在電源電壓波形一個(gè)周期的選定時(shí)刻(相位)觸發(fā)可控硅，使可控硅導(dǎo)通，將負(fù)載與電源接通，負(fù)載上僅得到部分交流電壓；u 改變可控硅的起始導(dǎo)通時(shí)刻(觸發(fā)相位角)，即可得到不同的負(fù)載電壓波形，從而起到調(diào)壓的作用；u 改變470k電位器的阻值時(shí)，可改變了阻容充電回路的時(shí)間常數(shù)，改變了雙向可控硅的觸發(fā)相位角及電機(jī)兩端的平均電壓值，從而起到了調(diào)壓調(diào)速的作用。 相位控制調(diào)壓法電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTRu 在通斷控制方式中，可控硅的觸發(fā)相角一般為0(過零觸發(fā))，它把負(fù)載與電源按一定的通

26、斷率接通和斷開，負(fù)載上便得到了不同的平均電壓值，從而改變了交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速；u 當(dāng)輸入vi為高電平時(shí)，過零導(dǎo)通的光電耦合器MOC3041觸發(fā)雙向可控硅BT136，使220V電源與交流電機(jī)接通；當(dāng)輸入vi為低電平時(shí)，MOC3041與BT136均過零后關(guān)斷，使電機(jī)與220V電源斷開；u 只要改變vi信號的占空比，就可改變電機(jī)兩端的平均電壓值，從而起到了調(diào)壓調(diào)速的作用。 通斷控制調(diào)壓法電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR 變頻調(diào)速u 變頻調(diào)速是改變加到交流電機(jī)定子繞組電源的頻率來改變轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法；u 變頻調(diào)速的調(diào)速范圍寬、性能良好、具有較高的力能指標(biāo)，因此是一種應(yīng)用范圍最廣和最有發(fā)展前途的交流調(diào)速方法；u 變頻調(diào)速的控制電路較為復(fù)雜，主要由整流器、濾波器、功率逆變器和控制器四大部分組成；u 設(shè)計(jì)時(shí)可以參閱相關(guān)專業(yè)書籍，或直接在市場上購買變頻器成品，用于后向通道中的交流電機(jī)調(diào)速控制。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)BTR二、二、 機(jī)械裝置機(jī)械裝置 在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，電氣元件的動(dòng)作最終通過機(jī)械裝置來完成特定任務(wù)的，這種用來承擔(dān)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的裝置稱為機(jī)械裝置； 機(jī)械裝置的種類非常繁多，這里只介紹幾種較為簡單但卻十分常見的機(jī)械裝置。1. 螺桿和螺母螺桿和螺母 螺桿和螺母是成對使用的，這樣的機(jī)械裝置通過內(nèi)外螺紋的相互滑動(dòng)接觸能起到傳遞運(yùn)動(dòng)的作用；u 雙向螺旋機(jī)構(gòu)：螺桿或螺母向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩端將同時(shí)