运动控制 第四章.ppt

运动控制 北京邮电大学自动化学院 叶 平 Email: yeping@bupt.edu.cn Tel: 010第4章直流PWM可逆调速系统 不可逆直流PWM变换器 问题的提出 有许多生产机械要求电机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。 问题的提出（续） 改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。 然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。 不可逆直流PWM变换器 可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式电路（或H桥驱动电路）。 双极式驱动 在一个PWM周期内，直流电机电枢的电压极性呈正负变化。 单极式驱动 在一个PWM周期内，直流电机电枢只承受单极性的电压。 （1）正向运行 第1阶段，在 0≤t≤ton期间，Ug1 和Ug4为正，VT1和VT4导通， Ug2和Ug3为负，VT2和VT3截止，电流 id 沿回路1流通，电枢两端电压UAB = +Us。 第2阶段，在ton≤t≤T期间，Ug1和Ug4为负， VT1和VT4截止， VD2和VD3续流，并钳位使VT2和VT3保持截止，电流 id 沿回路2流通，电枢两端电压UAB = –Us。 输出平均电压 占空比? 的可调范围为0 ~ 1， –1 ? 1。 当? 0.5时， ? 为正，直流电机正转 当? 0.5时， ? 为负，直流电机反转 当? = 0.5时， ? = 0 ， 直流电机停止 （1）反向运行 第1阶段，在 0≤t≤ton期间，Ug2 和Ug3为正，VT2和VT3导通， Ug1和Ug4为负，VT1和VT4截止，电流 id 沿回路3流通，电枢两端电压UAB = -Us。 第2阶段，在ton≤t≤T期间，Ug2和Ug3为负， VT2和VT3截止， VD1和VD4续流，并钳位使VT1和VT4保持截止，电流 id 沿回路4流通，电枢两端电压UAB = +Us。 电机电枢两端的平均电压： 当? = 0.5时， ? = 0 ， 直流电机停止 双极式控制不足之处： 在工作过程中，四个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大。 在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故。 为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。 （1）正向运行 Ug4为高电平，使VT4始终导通。 Ug2和Ug3为低电平，VT2和VT3始终截止。 第1阶段，在 0≤t≤ton期间，Ug1为正，VT1导通，电流 id沿回路1流通，电机两端电压UAB = +Us 。 第2阶段，在ton≤t≤T期间，Ug1为低电平，VT1截止，VD2和VD3续流，电流 id 沿回路2流通，电机两端电压UAB 为0。 输出平均电压 正向工作变换到反向工作 a点过渡到b点，Id 从正向IdL降到零 b点过渡到c点，Id反向上升到Idm c点过渡到d点，转速减小到0 d点过渡到e点，转速超调，转速环退饱和 在f点稳定工作，电流为-IdL 制动状态 泵升电压 能耗制动 开环调速系统 功率晶体管GTR 功率场效应管MOSFET 绝缘栅双极晶体管IGBT 主要参数有： 工作电流 L298 4.1.4 微机控制的调速系统 Uc Ug Ud PWM 控制器 PWM 变换器 ? 速度调节器 脉宽调节 振荡器 M G U～ 整流 功放 PWM 控制器 PWM 变换器 Uc Ug Ud 4.1.4 微机控制的调速系统 U*n Un 转速单闭环控制系统 MCU ? 速度调节器 脉宽调节 振荡器 M G ? 电流调节器 电流反馈 U～ 整流 功放 4.1.4 微机控制的调速系统 U*n Un 转速、电流双闭环控制系统 MCU PWM 控制器 4.1.4 微机控制的调速系统 4.1.4 微机控制的调速系统 4.1.4 微机控制的调速系统 4.1.4 微机控制的调速系统 4.1.4 微机控制的调速系统 H桥驱动电路 * 第1篇 直流调速系统 * 桥式可逆PWM变换器 直流PWM可逆调速系统转速反向的过渡过程 直流PWM功率变换器的能量回馈 单片微机控制的PWM可逆直流调速系统 4.1.1 桥式可逆PWM变换器 VD Us + C VT id M + _ _ E 2 1 Ud Ug 主电路原理图 电枢两端平均电压: Ug ton T 0 ≤ ? ≤ 1 平均电压始终大于零，转速不能反向 4.1.1 桥式可逆PWM变换器 0 转矩Te(电流I) 转速n +T，+n