你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統

發布時間:2014-12-27 責任編輯:echolady

【導讀】本文采用可編程模擬器件實現模擬調速系統,這種速度控制介于模擬調速和數字調速之間,通過軟件調整系統電路參數,并建立系統模型仿真。本文所述的方法能夠對原有的直流調速器進行改進,設計出更佳的效果。

直流伺服電機具有響應快、低速平穩性好、調速范圍寬等特點,因而常常用于實現精密調速和位置控制的隨動系統中,在工業、國防和民用等領域內得到廣泛應用,特別是在火炮穩定系統、艦載平臺、雷達天線、機器人控制等場合。盡管交流伺服電機的發展相當迅速,但在這些領域內還難以取代直流伺服電機。

傳統的直流調速系統包含2個反饋環路,即速度環和電流環,采用測速機、電流傳感器(霍爾器件)及模擬電子線路實現速度的閉環控制?,F代數字直流伺服控制則采用高速數字信號處理器(DSP),直接對速度和電流信號進行采樣,通過軟件實現數字比較、數字調節運算(數字濾波)、數字脈寬調制等各種功能,從而實現對速度的精確控制。二者相比,模擬調速系統結構簡單、成本低、可靠性高,但調試較復雜,因為其電路參數的修改往往需要硬件上的改動;而數字調速系統結構復雜、成本高,但是調速精度很高、調試過程也較容易,調速系統的性能可以由軟件進行控制。

模擬直流調速系統的組成和工作原理

模擬調速系統一般是由2個閉環構成的,既速度閉環和電流閉環,為使二者能夠相互協調、發揮作用,在系統中設置了2個調節器,分別調節轉速和電流。2個反饋閉環在結構上采用一環套一環的嵌套結構,這就是所謂的雙閉環調速系統,他具有動態響應快、抗干擾能力強等優點,因而得到廣泛地應用。圖1是系統的結構框圖,其中ASR,ACR分別是速度和電流調節器,通常是由模擬運放構成PI或PID電路;信號調理主要是對反饋信號進行濾波、放大??紤]到直流電機的數學模型,模擬調速系統動態傳遞函數關系如圖2所示。

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
 
以速度調節器ASR為例,其線路原理如圖3(a)所示,其中Zin(S)表示輸入網絡的復數阻抗,Zf(S)表示反饋網絡的復數阻抗。

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
 
[page]  
這樣:
采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
即調節器的傳遞函數等于反饋網絡與輸入網絡復數阻抗之比。所以,改變Zf(S)和Zin(S),就可以獲得所需要的傳遞函數,以滿足系統動態校正的需要。圖3(b)所示的PI調節器,其動態結構如圖4所示。

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
 
其中:
采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
在模擬調速系統的調試過程中,因電機的參數或負載的機械特性與理論值有較大差異,往往需要頻繁更換R,C等元件來改變電路參數,以獲得預期的動態性能指標,這樣做起來非常麻煩,如果采用可編程模擬器件構成調節器電路,系統參數如增益、帶寬甚至電路結構都可以通過軟件進行修改,調試起來就非常方便了。下面以圖3所示PI調節器為例,說明如何應用可編程模擬器件-ispQAC10實現模擬調節器電路。

實現方法

ispPAC10簡介

ispPAC10是Lattice公司生產的一種在系統可編程模擬器件,采用非易失性E2CMOS工藝,其內部的模擬部件塊“PACblocks”無需外接電阻、電容等元件,便可代替傳統的模擬電路,如運算放大器、濾波器等;通過軟件編程,可實現電路的設計和修改,極大地縮短了開發、調試周期,具有很高的性能價格比。Lattice公司為開發ispPAC10而提供的集成軟件包PACDesigner功能強大、易學易用,可以在網上下載。ispPAC10內部包含4個模擬部件塊-內部結構如圖5所示。

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
圖5
 
PACblock電路原理圖如圖6(a)所示,圖6(b)是PAC-Designer軟件包中PACblock的表示。

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
 
[page]  
其傳遞函數關系如下:

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統

這樣,式(3)還可以寫成如下形式:

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統

通過式(4)、式(5)以及圖6(b),可以看出PACblock模塊具有比例、求和、積分、濾波等基本運算功能,而1片ispPAC10包含4個PACblock模塊,每個模塊都有2組差動輸入、1路差動輸出。

將這4部分適當地連接,便可形成較復雜的模擬電路。

ispPAC10實現調節器電路

以圖(3)所示具體電路為例,設R0=10 kΩ,C0=0.15μF,Rf=40 kΩ,Cf=0.5μF,其傳遞函數如圖7所示。

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
 
為了用ispPAC10實現上述結構,需將其變成圖8所示的形式。

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統
 
現在可以用ispPAC10直接實現上述調節器,具體電路如圖9所示,其中運放的增益、電容的取值是通過軟件PAC-Designer設定的。

采用可編程模擬器件實現直流伺服電機的調速系統

相關閱讀:

案例解析:直流電機調速與測速電路模塊的設計
讓無刷直流電機玩轉醫療器械!手術電鋸大顯身手
無刷直流電機電流采樣及電路保護設計

要采購電路保護么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術文章更多>>
技術白皮書下載更多>>
熱門搜索

關閉

關閉

国产一级黄片