邏輯控制電路

1、邏輯控制電路第1頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三控制電路 開環(huán)控制閉環(huán)控制 第2頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三(一) 開環(huán)控制測量電路 控制電路 擾動量傳感器放大電路輸出變換電路設(shè)定電路執(zhí)行機構(gòu)給定機構(gòu)被控對象圖1-8 開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成 第3頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三精度不高:一、對擾動的測量誤差影響控制精度。二、擾動模型的不精確性影響控制精度。 第4頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三（二）閉環(huán)控制 設(shè)定電路比較電路校正電路變換電路給定機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)被控對象輸出傳感器擾動放大電路控

2、制電路圖1-9 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成第5頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三加校正電路 主要考慮從發(fā)現(xiàn)輸出量發(fā)生變化到執(zhí)行控制需要一段時間，為了提高響應速度常引入微分環(huán)節(jié)。另外，當輸出量在擾動影響下作周期變化時，由于控制作用的滯后，可能產(chǎn)生振蕩。為了防止振蕩，需要引入適當?shù)姆e分環(huán)節(jié)。在實際電路中，往往比較電路的輸出先經(jīng)放大再送入校正電路，視需要可能再次放大 第6頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三第一節(jié) 二值可控元件驅(qū)動電路 一、功率開關(guān)驅(qū)動電路 二、繼電器與電磁閥驅(qū)動電路 三、步進電動機驅(qū)動電路第7頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51

3、分，星期三一、功率開關(guān)驅(qū)動電路分類：按照電路中所采用的功率器件類型分類，常見的有晶體管驅(qū)動電路、場效應管驅(qū)動電路和晶閘管驅(qū)動電路等類型。按照電路所驅(qū)動的負載類型分類，常見的有電阻性負載驅(qū)動電路和電感性負載驅(qū)動電路等類型。按照電路所控制的負載電源類型分類，常見的有直流電源負載驅(qū)動電路和交流電源負載驅(qū)動電路等類型 第8頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三（一）晶體管直流負載功率驅(qū)動電路 圖8-1晶體管功率驅(qū)動電路 負載所需的電流不太大 第9頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三設(shè)計要點: 合理確定Ui、R與V的電流放大系數(shù) 值之間的數(shù)值關(guān)系，充分滿足 I

4、b I L / ，可確保V導通時工作于 飽和區(qū)，以降低V的導通電阻及減小功耗。 第10頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三（二）場效應晶體管直流負載功率驅(qū)動電路 用于功率驅(qū)動電路的場效應晶體管稱為功率場效應晶體管。功率場效應晶體管是電壓控制器件，具有很高的輸入阻抗，所需的驅(qū)動功率很小，對驅(qū)動電路要求較低。功率場效應晶體管具有較高的開啟閾值電壓，有較高的噪聲容限和抗干擾能力。 第11頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三場效應晶體管大多數(shù)為絕緣柵型場效應管，亦稱MOS場效應管。功率場效應晶體管在制造中多采用V溝槽工藝，簡稱為VMOS場效應管。其改進型則稱

5、為TMOS場效應管 第12頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三圖8-2場效應晶體管功率驅(qū)動電路 a)VMOS場效應管電極b)場效應管驅(qū)動電路b)a) 漏極D 柵極G VDS 源極S第13頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三（三）晶閘管交流負載功率驅(qū)動電路 交流負載的功率驅(qū)動電路，通常采用晶閘管來構(gòu)成。晶閘管有單向晶閘管和雙向晶閘管兩種類型。 第14頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三圖8-3a 單向晶閘管圖形符號單向晶閘管亦稱單向可控硅（SCR）第15頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三一、導通條件二、關(guān)斷

6、條件 單向晶閘管的工作狀況： 第16頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三晶閘管導通條件：在陽極A與陰極K之間加正向電壓，同時在門極G與陰極K之間加正向電壓（觸發(fā)），這樣陽極A與陰極K之間即進入導通狀態(tài)。晶閘管一旦導通，只要陽極A與陰極K之間的電流不小于其維持電流IH，門極G與陰極K之間是否還存在正向電壓，對已經(jīng)導通的晶閘管完全沒有影響。第17頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三晶閘管關(guān)斷條件：主電極陽極A與陰極K之間的電流小于其維持電流IH，晶閘管即進入關(guān)斷狀態(tài)。第18頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三圖8-3b 雙向晶閘管圖

7、形符號雙向晶閘管亦稱雙向半導體開關(guān)元件（TRIAC） 第19頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三與單向晶閘管相比較，雙向晶閘管的主要區(qū)別是： 在觸發(fā)之后是雙向?qū)ǖ模?觸發(fā)電壓不分極性，只要絕對值達到觸發(fā)門限值即可使雙向晶閘管導通。 第20頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三圖8-4交流半波導通功率驅(qū)動電路第21頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三實用中應注意: 如果驅(qū)動的是感性負載，必須設(shè)置合理的關(guān)斷泄流回路，一方面可保護開關(guān)器件，另外也可起到消除對外電磁干擾的作用。第22頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星

8、期三二、繼電器與電磁閥驅(qū)動電路繼電器廣泛用于生產(chǎn)控制和電力系統(tǒng)中，具有接觸電阻小、流通電流大和耐壓高等優(yōu)點，至今仍無法用無觸點器件取代對繼電器或接觸器的驅(qū)動，實際上是對其勵磁線圈電流通斷的控制。繼電器勵磁線圈所需的勵磁電源有直流與交流兩種。 第23頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三圖8-5交流繼電器的控制 第24頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三三、步進電動機驅(qū)動電路步進電動機簡稱步進電機，可在開環(huán)條件下十分方便地將數(shù)字系統(tǒng)的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)變成與其相對應的角位移或線位移，因而是控制系統(tǒng)中常用的自動化執(zhí)行元件。 第25頁，共47頁，2022年，5月20日

9、，19點51分，星期三圖8-6步進電動機控制電路框圖脈沖分配電路亦稱環(huán)行分配器，用來對輸入的步進脈沖進行邏輯變換，產(chǎn)生給定工作方式所需的各相脈沖序列信號。功率放大電路對脈沖分配電路輸出的信號進行放大，產(chǎn)生使電動機旋轉(zhuǎn)所需的激磁電流。步進方向信號指定各相導通的先后次序，用以改變步進電機旋轉(zhuǎn)方向。第26頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三電源控制信號用來在必要時使各相電流為零，以達到降低功耗等的目的。 脈沖分配電路可用數(shù)字電路組合、軟件序列分配、專門單片集成元件、GAL器件等構(gòu)成。 功率放大電路的特性對步進電機的性能有極其明顯的影響。功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波穩(wěn)流、步

10、距細分等類型。 第27頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三（一）單電壓功率放大電路 圖8-7單電壓功率放大電路 步進電機每相繞組的供電都是由功率開關(guān)電路來執(zhí)行的，三相步進電機應有三個功率放大電路單元 第28頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三圖8-8繞組電流I L的波形a）Ui頻率低時b）Ui頻率高時 第29頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三同時增大外接電阻RC和電源電壓Ec，可使步進電機轉(zhuǎn)速高時的輸出轉(zhuǎn)矩顯著提高，但同時使功耗急劇增大 功耗的增加一方面降低了效率，使電源體積龐大；另一方面引起電氣部件發(fā)熱，增大系統(tǒng)故障的發(fā)生率

11、。為此，發(fā)展了雙電壓、斬波穩(wěn)流等驅(qū)動電路 第30頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三（二）斬波穩(wěn)流式功率放大電路 圖8-9斬波穩(wěn)流式功率放大電路 第31頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三經(jīng)D觸發(fā)器引入Up信號的主要目的是給定超聲斬波頻率，以避免單純由R6上的電壓波動來控制V1通斷引入的不規(guī)則噪聲。 第32頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三第二節(jié)可編程邏輯器件(PLD) PLD與定制器件的主要區(qū)別是可編程性，其邏輯功能可由用戶構(gòu)造或設(shè)置。使用PLD設(shè)計優(yōu)點 靈活，研制周期縮短，空間尺寸減小，降低系統(tǒng)故障率。PLD從其出現(xiàn)至今，

12、經(jīng)歷了由PROM、FPLA到PAL和GAL的發(fā)展過程。第33頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三圖8-10PLD電路單元圖形符號及其真值表 圖8-11通常與門和PLD與門的圖形符號圖8-12通常或門和PLD或門的圖形符號 第34頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三可編程陣列邏輯PAL（一）PAL器件結(jié)構(gòu)（二）PAL器件的類型（三）PAL器件的應用實例第35頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三（一）PAL器件結(jié)構(gòu)圖8-13PAL器件的基本邏輯結(jié)構(gòu) 輸入 & & & & & & & & & & & & & & & & 1 1 1 1

13、 O2 O1 O0 O3 輸出 可編程的 “與”陣列 不可編程的 “或”陣列 I0I1I2I3 第36頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三（二）PAL器件的類型主要分20引腳和24引腳兩大類，還有40（或44）和80（或84）引腳的宏P(guān)AL器件 按電路能耗又可分為標準型、半功耗和1/4功耗型；按運行速度又可分為標準型、高速和超高速型；按可靠性又可分為軍用和民用等。 第37頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三（三）PAL器件的應用實例圖8-14二相四繞組步進電動機驅(qū)動原理圖第38頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三圖8-15環(huán)行分

14、配器輸出信號4序邏輯第39頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三表8-1 二相四繞組步進電機驅(qū)動步序 步進步序10101010正 轉(zhuǎn)反 轉(zhuǎn)Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q31101010102100101103010101014011010011第40頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三表8-2步進電機狀態(tài)功能選擇 升沿0001步進電機反向旋轉(zhuǎn)CKE1E2SD狀態(tài)功能任意1任意任意任意保持電動機當前狀態(tài)任意任意1任意任意保持電動機當前狀態(tài)升沿001任意設(shè)置輸出為初狀態(tài)升沿0000步進電機正向旋轉(zhuǎn)第41頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星

15、期三圖8-16電動機驅(qū)動步序卡諾圖第42頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三8.1 已知某直流電磁閥的驅(qū)動電流為6A，用2mA的標準TTL電平實施控制，試設(shè)計一合適的驅(qū)動電路。 按照圖組成電路：其中場效應晶體管V1采用IRF640，耐壓200(V)，極限工作電流15(A)；泄流二極管VD需耐壓200(V)，極限工作電流10(A)；箝位二極管VS的箝位電壓為6.8(V)，極限工作電流100(mA)；電阻R1為510()，電源Ec按照直流電磁閥的要求取定。 +EC VD ZL IL R1 VV1 UiVS 第43頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三8-2

16、 若圖8-4中的負載ZL是電阻加熱器，應在電路中做何改動以便實現(xiàn)不同加熱速度的給定？改動后的電路如圖所示。Ui為控制加熱開始和停止的電平信號。Us則為5kHz的矩形波。通過改變Us的占空比，可控制V1的導通角，從而實現(xiàn)不同加熱速度的給定。EZL ILP1R5R1VDR2R3ue b2 A V14N25R6SCR1VSb1 V2C1R4Ui K4N25P2USR7第44頁，共47頁，2022年，5月20日，19點51分，星期三8-3 圖8-9的電路應如何改動，才能使圖8-6中的電源控制信號發(fā)揮作用？ 改動后的電路如圖所示。增加正與門D5，Us為實現(xiàn)電源控制的電平信號。當Us為高電平時，D5的輸出由步進脈沖信號Ui控制；當Us為低