測控電路執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路9.1取樣電路與誤差電路9.2

功率放大電路9.3脈寬調(diào)制(PWM)

控制電路9.4逆變電路及其驅(qū)動9.5典型執(zhí)行器的控制與驅(qū)動電路實例本章知識點口執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路基本組成口取樣電路與誤差放大電路、三種功率放大電路□PWM

控制基本原理、兩種逆變電路》

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路9.1

取樣電路與誤差電路9.1.1取樣電路9.1.2誤差放大電路9.1.1取樣電路口取樣電路的作用是根據(jù)功率放大電路的輸出電壓或輸出電流，產(chǎn)生成比例的反饋電壓，提供給誤差放大電路以構(gòu)成反饋控制。圖9-2電壓取樣電路

圖9-3

電流取樣電路執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路》9.1.2

誤差放大電路口誤差放大電路為差動接法的運算放大器電路·將控制電壓ucv

與取樣電路輸出的反饋電壓uB的進行比較放大，輸出誤

差放大信號uERR·該信號將被送到功率放大電路中調(diào)整管的控制端，調(diào)節(jié)并使功率放大電路輸出電壓或電流的穩(wěn)定。為保證較高的靈敏度和輸出電壓穩(wěn)定性，所

采用的運算放大器應(yīng)該具有盡可能高的開環(huán)電壓放大倍數(shù)。執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路圖9-4誤差放大電路》9.2

功率放大電路9.2.1直流負載功率放大電路9.2.2互補功率放大電路9.2.3橋式推挽功率放大電路9.2.1直流負載功率放大電路口執(zhí)行器負載為單極性時，可采用直流負載功率放大電路，包括電壓輸出型和電流輸出型兩種形式。a)

電壓輸出型

b)電流輸出型圖9-5

直流負載功率放大電路執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路9.2.2互補功率放大電路口當執(zhí)行器負載為雙極性時，可采用互補功率放大電路。a)

乙類

b)甲乙類圖9-6互補功率放大電路執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路》9.2.3橋式推挽功率放大電路口橋式推挽功率放大電路：由兩個互補功率放大電路組合而成?？跇蚴酵仆旃β史糯箅娐返膬?yōu)點在于只需單電源供電即可實現(xiàn)雙極性的功率放

大；缺點在于所使用的晶體管最多，難以做到特性理想對稱，且總損耗大、》圖9-7橋式推挽功率放大電路轉(zhuǎn)換效率降低。執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路9.3脈寬調(diào)制

(PWM)控制電路9.3.1PWM控制的基本原理9.3.2異步調(diào)制與同步調(diào)制9.3.3PWM電路9.3脈寬調(diào)制

(PWM)

控制電路口脈寬調(diào)制(Pulse

Width

Modulation,PWM)控制電路的功能是產(chǎn)生PWM

波形，并用其控制逆變電路中半導(dǎo)體功率晶體管或晶閘管等開關(guān)器件的通斷，實現(xiàn)變壓或變頻的電功率輸出。采用PWM

控制電路構(gòu)成開關(guān)式執(zhí)行器控制

與驅(qū)動電路，具有電源能量利用充分、功率調(diào)節(jié)效率高等優(yōu)點。執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路》□PWM

控制的理論基礎(chǔ)是采樣控制理論中的面積等效原理，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖(如矩形脈沖、三角形脈沖、正弦半波脈沖、單位脈沖等)加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，輸出響應(yīng)波形基本相同，其中所謂沖量是指窄脈沖的面積。如果用傅里葉變換分析上述窄脈沖，會發(fā)

現(xiàn)其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。利用該原

理，可以用由寬度不同的矩形脈沖構(gòu)成的PWM波形來代

替正弦波。當需要改變等效輸出正弦波的幅值時，只

要

按照同一比例系數(shù)改變PWM

波形中各脈沖的寬度即可?！?/p>

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路9.3.1

PWM控制的基本原理圖9-8正弦波PWM

控制原理示意圖9.3.2異步調(diào)制與同步調(diào)制口根據(jù)調(diào)制時PWM

波形中載波和信號波是否同步變化，PWM

可分成異步調(diào)制與同步調(diào)制兩種方式。a)

異步調(diào)制

b)

同步調(diào)制圖9-9異步調(diào)制和同步調(diào)制的PWM

波形》

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路9.3.3

PWM電路口采用調(diào)制法實現(xiàn)的PWM

電路通常采用由分立元件構(gòu)成，由波形發(fā)生電路和求和型電平比較電路兩部分組成。

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路波形發(fā)生電路

絲u?Ou.

D∞+

N圖9-10PWM

電路基本組成R?R?up0.1uR?

LM393

10kusu.

00MpOP07+N?10k5k三角波PWM

電路圖9-12三角波PWM

電路輸出波形VS?IN4773VS?IN4773圖9-11三角波PWM

電路R?

10kR?10kR?10kR?10kR?

10kR?

10k+N?OP07+N?R?9.4逆變電路及其驅(qū)動9.4.1半橋逆變電路9.4.2全橋逆變電路9.4.3開關(guān)器件驅(qū)動電路9.4.1半橋逆變電路口半橋電壓型逆變電路包括兩個橋臂，分別由開關(guān)器件(V1/V2)和反向并聯(lián)的二極管(VD1/VD2)

組成。a)

電路組成

b)

工作波形圖9-13半橋電壓型逆變電路及其工作波形執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路》9.4.2全橋逆變電路口全橋電壓型逆變電路由兩個半橋電壓型逆變電路組合而成，包括四個橋臂，每個橋臂由一個開關(guān)器件和一個反向并聯(lián)的二極管組成。a)電路組成

b)

工作波形

圖9-14全橋電壓型逆變電路及其工作波形VD1

V3

ZuoVD2

V4EV2VD3VD4執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路本本》供電正電壓Vs10100nF

VD112OUTPUT311OUPUT4

VD2本數(shù)字正電壓Vss8100nF輸入3輸入4使能B電流反饋B15

GND雙全橋芯片L298構(gòu)成的全橋逆變電路圖9-15L298構(gòu)成的全橋逆變電路原理圖L298VD4VD3ZVs1314949.4.3逆變電路驅(qū)動口逆變電路中常用的開關(guān)器件包括場效應(yīng)管、晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、

電力MOSFET、

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)

等。其中晶閘管屬于半控型器件，能夠通過門極電壓控制其導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷。門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、

電力MOSFET、

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等屬于全控型器件，可以控制其導(dǎo)通和關(guān)斷?！?/p>

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路VB4IN33

Ω12Vs13LO14R?33

Ω采用IR2104

芯片驅(qū)動場效應(yīng)管構(gòu)成的半橋逆變電路圖9-16IR2104

驅(qū)動半橋逆變電路的原理圖V1GV2G片選COM接執(zhí)行

器負載IR2104111510uFVcc+ER?100-9.5典型執(zhí)行器的控制與驅(qū)動電路實例9.5.1音圈電機的控制與驅(qū)動電路9.5.2直流電動機的控制與驅(qū)動電路9.5.3步進電機的控制與驅(qū)動電路9.5.4繼電器/電磁閥的控制與驅(qū)動電路9.5.1音圈電機的控制與驅(qū)動電路口音圈電機的控制與驅(qū)動電路可以采用線性執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)線圈音圈電機調(diào)節(jié)器電路

誤差放大電路

功率放大電路圖9-17

閉環(huán)控制的音圈電機控制與驅(qū)動電路組成框圖

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路取樣電路音圈電機控制與驅(qū)動電路測量電路磁軛

永磁體位移傳感器9.5.1音圈電機的控制與驅(qū)動電路口音圈電機的控制與驅(qū)動電路可以采用線性執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路

25圖9-18基于場效應(yīng)管的線性執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路9.5.2直流電動機的控制與驅(qū)動電路口直流電動機的控制驅(qū)動可以采用開環(huán)和閉環(huán)兩種形式。SPWM控制電路

逆變電路直流電動機控制與驅(qū)動電路

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路測量電路

測速發(fā)電機速度

調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)矩

調(diào)節(jié)器電流取樣電路直流電動機口直流電動機控制與驅(qū)動電路由PWM控制電路和逆變電路兩部分組成9.5.2直流電動機的控制與驅(qū)動電路

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路口步進電機的控制與驅(qū)動電路由環(huán)形分配電路和多路逆變電路組成逆變電路A環(huán)形分配電路VIgV2n

逆變電路B步進電機的控制與驅(qū)動電路9.5.3步進電機的控制與驅(qū)動電路b)

正向轉(zhuǎn)動輸出波形

c)

反向轉(zhuǎn)動輸出波形圖9-

21步進電機的控制與驅(qū)動電路組成框圖及輸出波形

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路ENADIRPULA+A-B+B-a)

組成框圖兩相步進電機1ENADIRPUL二進制可逆

計數(shù)器譯碼器/存儲器接逆變電路A}接逆變電路B口環(huán)形分配電路主要由二進制可逆計數(shù)器和譯碼器構(gòu)成b)正向轉(zhuǎn)動輸出波形

c)反向轉(zhuǎn)動輸出波形圖9

-

22環(huán)形分配電路原理

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路1、環(huán)形分配電路a)

組成框圖2、細分環(huán)形分配電路口在環(huán)形分配電路的基礎(chǔ)上，將譯碼器替換成了存儲器、DA轉(zhuǎn)換器和PWM電路。根據(jù)二進制可逆計數(shù)器的技術(shù)結(jié)果，在存儲器中查表，輸出對應(yīng)的數(shù)字電壓信號，并通過DA

轉(zhuǎn)換器輸出為模擬電壓信號。然后，通過PWM

電路和

柵極驅(qū)動電路，轉(zhuǎn)換成控制逆變電路的PWM信號?！?/p>

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路DA

轉(zhuǎn)換器ADA轉(zhuǎn)換器BPWM電路APWM

電路B兩相單4拍步進電機的細分環(huán)形分配電路原理存儲器A存儲器B接逆變

電路A接逆變

電路B二進制可逆

計數(shù)器驅(qū)動

VI

電

路AENADIRPUL驅(qū)動

電

路B圖9-24VIg

V2B3、單片集成的步進電機控制與驅(qū)動器口單片集成的步進電機控制與驅(qū)動器芯片集成了細分環(huán)形分配電路、驅(qū)動電路、逆變電路、保護及診斷電路等。常見的步進電機控制與驅(qū)動器芯片包括Allegro公司的A39XX

系列和A49XX

系列、德州儀器(TI)

公司的DRV88XX系列、意法半導(dǎo)體(ST)公司的L62XX

系列和L64XX

系列、東芝公司的TB67S109AFTG等?！?/p>

執(zhí)行器控制與驅(qū)動電路供電電源步進

電