1、測量與控制電路2022-6-1 測控電路n控制電路 - 控制執(zhí)行機構(gòu)運動的電路常用的執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器件（1）電動機；（2）油（氣）缸；（3）電磁機構(gòu)（電磁鐵、磁致伸縮）；（4）壓電驅(qū)動；（5）熱驅(qū)動；（6）其它（化學(xué)、生物、核等）。8. 連續(xù)信號控制電路8. 連續(xù)信號控制電路電機是最采用的執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器件電機是最采用的執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器件（1 1）可以驅(qū)動各種執(zhí)行器件，用于各種場合；）可以驅(qū)動各種執(zhí)行器件，用于各種場合；（2 2）行程大；）行程大；（3 3）變速范圍大；）變速范圍大；（4 4）輸出力矩大；）輸出力矩大；（5 5）控制靈活方便。）控制靈活方便。n伺服電動機的類型伺服電動機的類型（1 1

2、）直流電機）直流電機 需要電刷需要電刷（2 2）交流電機）交流電機 控制相對復(fù)雜，目前矢量控制理論和技術(shù)已較控制相對復(fù)雜，目前矢量控制理論和技術(shù)已較 成熟成熟（3 3）步進電機）步進電機 運動不連續(xù)、不平穩(wěn)運動不連續(xù)、不平穩(wěn)8. 連續(xù)信號控制電路 測量與控制電路52022-6-18. 連續(xù)信號控制電路連續(xù)控制電路主要指：直流電動機調(diào)速、交流電動機調(diào)速和功率電源控制中的導(dǎo)電角控制電路、脈寬調(diào)制控制電路、變頻控制電路等。n在數(shù)控技術(shù)高度發(fā)展的今天，為什么還要進行連續(xù)信號在數(shù)控技術(shù)高度發(fā)展的今天，為什么還要進行連續(xù)信號控制？控制？ 許多驅(qū)動機構(gòu)還需要連續(xù)信號控制，以獲得平穩(wěn)運動。許多驅(qū)動機構(gòu)還需要連

3、續(xù)信號控制，以獲得平穩(wěn)運動。8. 連續(xù)信號控制電路位置控制位置控制位置指令位置檢測n速度調(diào)節(jié)是控制中的一個重要問題速度調(diào)節(jié)是控制中的一個重要問題n本章首先研究直流電機的速度調(diào)節(jié)與控制本章首先研究直流電機的速度調(diào)節(jié)與控制n然后研究交流電機的驅(qū)動、速度調(diào)節(jié)與控制然后研究交流電機的驅(qū)動、速度調(diào)節(jié)與控制8. 連續(xù)信號控制電路8. 連續(xù)信號控制電路脈寬調(diào)制控制電路導(dǎo)電角控制逆變器變頻控制電路n脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation)控制電路，控制電路，通常稱為通常稱為PWM控制電路，是利用半導(dǎo)體功率控制電路，是利用半導(dǎo)體功率晶體管或晶閘管等開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，晶體管或晶閘管等開

4、關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成一系列幅值相等的電壓脈沖，把直流電壓變成一系列幅值相等的電壓脈沖，通過控制電壓脈沖的寬度以達到變壓目的，通過控制電壓脈沖的寬度以達到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達到變壓變頻目的的一種變換電路。到變壓變頻目的的一種變換電路。 8.1 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(PWM)控制電路控制電路 n為什么采用脈寬調(diào)制為什么采用脈寬調(diào)制, ,而不用電壓調(diào)速而不用電壓調(diào)速? ?(1) 脈寬調(diào)制可以用于直流和交流電機調(diào)速脈寬調(diào)制可以用于直流和交流電機調(diào)速, ,還可以與調(diào)還可以與調(diào) 頻相結(jié)合，通用性強頻相結(jié)合，通用性強; ;(2) 在

5、電機驅(qū)動中在電機驅(qū)動中功率放大器工作在非線性狀態(tài)，脈功率放大器工作在非線性狀態(tài)，脈 寬調(diào)制讓功率放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，可以減小有寬調(diào)制讓功率放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，可以減小有 功功率消耗，獲得較高的效率與較好的線性功功率消耗，獲得較高的效率與較好的線性; ;(3) 讓電機始終處在有電狀態(tài)讓電機始終處在有電狀態(tài), ,對于電機動態(tài)特性有利。對于電機動態(tài)特性有利。8.1 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(PWM)控制電路控制電路 脈寬調(diào)制控制電路包括電壓脈寬調(diào)制控制電路包括電壓- -脈寬變換器和開關(guān)式功率脈寬變換器和開關(guān)式功率放大器兩部分。運算放大器放大器兩部分。運算放大器N工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)，工作在開環(huán)或正反饋

6、狀態(tài)，實現(xiàn)把連續(xù)電壓信號變成脈實現(xiàn)把連續(xù)電壓信號變成脈沖電壓信號。二極管沖電壓信號。二極管VD在在V關(guān)斷時為感性負載關(guān)斷時為感性負載RL提供提供釋放電感儲能、形成續(xù)流回釋放電感儲能、形成續(xù)流回路。路。8.1 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(PWM)控制電路控制電路 8.1.1 脈寬調(diào)制控制電路的工作原理脈寬調(diào)制控制電路的工作原理 電壓-脈寬功率放大+ + +N- -R2R3RPR1RLuPu0ucubECuLV N的反相端輸入三個信號：鋸齒波或三角波調(diào)制信號up,控制電壓uc，負偏置電壓u0，其作用是在uc=0時通過RP的調(diào)節(jié)使比較器的輸出電壓ub為寬度相等的正負方波。 8.1 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(PWM)控

7、制電路控制電路 8.1.1 脈寬調(diào)制控制電路的工作原理脈寬調(diào)制控制電路的工作原理 電壓-脈寬功率放大+ + +N- -R2R3RPR1RLuPu0ucubECuLV uc0: 鋸齒波過零提前，正半波比負半波窄 uc0tOuPubuP+uc+u0c)uc0 c)uc1314PWM輸出輸出D7D0D0A0A0A1A1PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0PC7ABEcEcEc計數(shù)器計數(shù)器比較器比較器數(shù)據(jù)輸入接口數(shù)據(jù)輸入接口AB輸出高電平輸出高電平脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制頻率變換頻率變換（三）數(shù)字式脈寬調(diào)制器 n功用功用（1）電機驅(qū)動；）電機驅(qū)動；（2）調(diào)速）調(diào)速8.1.3 PWM功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電

8、路 8.1 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(PWM)控制電路控制電路 8.1 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制(PWM)控制電路控制電路 8.1.3 PWM功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路 幾個概念：幾個概念：可逆和不可逆可逆和不可逆：可逆就是電機即可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)；不可逆就是電機即可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)；不可逆就是電機只能一個方向轉(zhuǎn)動。可逆就是電機只能一個方向轉(zhuǎn)動。反電動勢反電動勢：是電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的，與轉(zhuǎn)速有關(guān)。是電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的，與轉(zhuǎn)速有關(guān)。自感電動勢自感電動勢：流過電樞電流變化產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。流過電樞電流變化產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。電動電動：電機轉(zhuǎn)動方向與流過電樞的電流方向相同。電機轉(zhuǎn)動方向與流過電樞的電流方向相同。制動制動：電機轉(zhuǎn)動方向與流過

9、電樞的電流方向相反。電機轉(zhuǎn)動方向與流過電樞的電流方向相反。回饋制動：回饋制動：流過電樞的電流與電機轉(zhuǎn)動方向相反且流流過電樞的電流與電機轉(zhuǎn)動方向相反且流入電源，即將能量回饋給電源。入電源，即將能量回饋給電源。 n工作原理工作原理8.1.3 PWM功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路 （一）簡單的不可逆（一）簡單的不可逆PWM控制電路控制電路 E加到電動機電樞兩端加到電動機電樞兩端 b） 電流和電壓波形電流和電壓波形a） 電路原理圖電路原理圖tOTVD1M- -ubVD2V+ +iaED+ +ECiaua,EuaUaEDia靠靠VD1續(xù)流續(xù)流8.1.3 PWM功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路 （一）簡單的不可逆（一）

10、簡單的不可逆PWM控制電路控制電路 EETUaDaaddEtiLRiEDaadd0EtiLRitT 0t 占空比；占空比；Ua 平均電壓；平均電壓； ED 轉(zhuǎn)動反電勢轉(zhuǎn)動反電勢在重載（負載力矩大、在重載（負載力矩大、 ia大）情況下，僅是大）情況下，僅是ia減小，減小，感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢 維持維持ia0addiLtn在輕載情況下可能斷流在輕載情況下可能斷流n不能反轉(zhuǎn)、不能制動（電流不能反向通不能反轉(zhuǎn)、不能制動（電流不能反向通過電樞）過電樞）8.1.3 PWM功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路 （一）簡單的不可逆（一）簡單的不可逆PWM控制電路控制電路 8.1.3 PWM功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路 （二）（二

11、） H型型雙極式可逆雙極式可逆PWM控制電路控制電路 b) 電壓電流波形電壓電流波形a) 電路原理圖電路原理圖ub1,ub4411-E2211tttttOOOOOub2,ub3TEiauABia3（重載）（重載）（輕載）（輕載）4ub2ub44M2V1V3V4V2VD3VD2VD1VD4ub1ub3EiaAB13 0t期間，期間，V1、V4飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通，V2、V3截止，截止，E加在電樞加在電樞AB兩端，兩端，UAB=+E； tT時，時，ub1、ub4變正，但由于電樞反電動勢的作變正，但由于電樞反電動勢的作用，用，V1、V4不能立即導(dǎo)通，不能立即導(dǎo)通，ia沿回路經(jīng)沿回路經(jīng)VD4、VD1續(xù)流。反向電流續(xù)流。反向電流ia降至零后，降至零后，VD4、VD1切斷，切斷，V1、V4導(dǎo)通。電流導(dǎo)通。電流ia流經(jīng)流經(jīng)1、2、3、4四支回路。四支回路。8.1.3 PWM功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路 （二）（二） H型型雙極式可逆雙極式可逆PWM控制電路控制電路 tEiRtiLED0ddaaaaTtEiRtiLEDaaaaddn雙極式可逆雙極式可逆PWM控制電路的可逆性由正、控制電路的可逆性由正、負脈沖電壓的寬窄而定。當(dāng)正脈沖寬度負脈沖電壓的寬窄而定。當(dāng)正脈沖寬度T/2時，電樞兩