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1、2019/5/22,1/78,第4章 可逆调速控制系统及,脉宽调制电路,2019/5/22,2/78,第4章 可逆调速控制系统及,脉宽调制电路,本讲主要内容： 第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 第4.6节 脉宽调制技术在伺服控制系统中的应用,第452461讲,2019/5/22,3/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 假设：脉宽调速控制系统主电路中的脉宽调制变换器是“H”形双极 式控制方式。那么，所构造的脉宽调制器PWMR的输入与输出之间应 该满足变化规律：,2019/5/22,
2、4/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 假设：脉宽调速控制系统主电路中的脉宽调制变换器是“H”形双极 式控制方式。那么，所构造的脉宽调制器PWMR的输入与输出之间应 该满足变化规律：,PWMR的输入与输出之间存在的变化规律是什么？,2019/5/22,5/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 假设：脉宽调速控制系统主电路中的脉宽调制变换器是“H”形双极 式控制方式。那么，所构造的脉宽调制器PWMR的
3、输入与输出之间应 该满足变化规律：,PWMR的输入与输出之间存在的变化规律是什么？,2019/5/22,6/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 PWMR的输入与输出之间的变化规律是： 输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成正比；一组成反比。,2019/5/22,7/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 PWMR的输入与输出之间的变化规律是： 输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成正比；一组成反比。,2019/5
4、/22,8/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 PWMR的输入与输出之间的变化规律是： 输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成正比；一组成反比。,构造要点：脉宽调制器一般采用三角波和锯齿波的原因是：输出能够同时产生与输入幅值信号成正比和成反比的宽度信号。,此方法解译了：变频调速器和伺服驱动器等调速器为什么经常使用三角波或锯齿波作载波的原因或理论根据。,2019/5/22,9/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工
5、作原理 PWMR的输入与输出之间的变化规律是： 输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成正比；一组成反比。,构造要点：脉宽调制器一般采用三角波和锯齿波的原因是：输出能够同时产生与输入幅值信号成正比和成反比的宽度信号 。,2019/5/22,10/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,根据输入与输出的关系构造出的脉宽 调制器如下图所示。脉宽调制器本身是一 个由运算放大器和几个输入信号组成的电 压比较器。运算放大器工作在开环状态， 稍微有一点输入信号就可使其输出电压达 到饱和值。,2019/5/22,11/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,根据输入与输出的关系构造出的脉宽 调制器如下图所示。脉
6、宽调制器本身是一 个由运算放大器和几个输入信号组成的电 压比较器。运算放大器工作在开环状态， 稍微有一点输入信号就可使其输出电压达 到饱和值。,2019/5/22,12/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变化，这样就 完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。 加在运算放大器反相输入端上的有三个输入信号。 一个输入信号是三角波调制信号Uts，由三角波发生器提供，其频率是主 电路所需的开关调制频率T，般为1178kHz。,2019/5/22,13/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变
7、化，这样就 完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。 加在运算放大器反相输入端上的有三个输入信号。 一个输入信号是三角波调制信号Uts，由三角波发生器提供，其频率是主 电路所需的开关调制频率T，般为1178kHz。,2019/5/22,14/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,另个输入信号是控制电压Uct，其极性与大小随时可变，与Uts叠加，从 而在运算放大器的输出端得到周期不变、脉冲宽度可变的调制输出电压。 增加延时电路是为了避免同一桥臂上下两个开关管可能出现的直通现 象，此延时电路仅对由低电平变成高电平时进行延时，对高电平变成低电 平不延时。,2019/5/22,15/78,4.5.
8、4 脉宽调速系统的控制电路,另个输入信号是控制电压Uct，其极性与大小随时可变，与Uts叠加，从 而在运算放大器的输出端得到周期不变、脉冲宽度可变的调制输出电压。 增加延时电路是为了避免同一桥臂上下两个开关管可能出现的直通现 象，此延时电路仅对由低电平变成高电平时进行延时，对高电平变成低电 平不延时。,2019/5/22,16/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,由于两个输出信号大小相等极性 相反，所以要增加一个反相器。 输入电压Ub为偏移电压，其作用 是：修正Uct使其满足控制要求。 假设：偏移电压Ub=0，其时序如 右图所示。,2019/5/22,17/78,4.5.4 脉宽调速系统
9、的控制电路,由于两个输出信号大小相等极性 相反，所以要增加一个反相器。 输入电压Ub为偏移电压，其作用 是：修正Uct使其满足控制要求。 假设：偏移电压Ub=0，其时序如 右图所示。,2019/5/22,18/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,当Uct0时， Uct 的作用和Uts叠 加，经运算放大器倒相后，输出脉冲 电压Ug2 的正半波变窄， Ug1 的正半 波变宽,如右图 所示。,2019/5/22,19/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,当Uct0时， Uct 的作用和Uts叠 加，经运算放大器倒相后，输出脉冲 电压Ug2 的正半波变窄， Ug1 的正半 波变宽,如右图
10、所示。,2019/5/22,20/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,当Uct0时， Uct 的作用和Uts叠加， 经运算放大器倒相后，则情况相反， 输出脉冲电压Ug2 的正半波变宽， Ug1 的正半波变窄，如右图 (红色)所示。,2019/5/22,21/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,只要三角波的线性度足够好，输出 脉冲的宽度与控制电压Uct 的幅值：一 组成正比；一组成反比的。,2019/5/22,22/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,只要三角波的线性度足够好，输出 脉冲的宽度与控制电压Uct 的幅值：一 组成正比；一组成反比的。,2019/5/22,23/78
11、,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,总之：所构造的PWMR不但能满足 “输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成 正比；一组成反比”的要求，还能通过 控制死区时间避免发生同一桥臂上下两 个开关管同时导通的现象。,2019/5/22,24/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,2.脉宽调制器PWMR的仿真技术 仿真系统与三角波脉宽调制器原理图对应关系如图所示。,2019/5/22,25/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,2.脉宽调制器PWMR的仿真技术 观看三角波脉宽调制器的工作原理仿真结果。,2019/5/22,26/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,2.脉宽调制器PWMR的仿真
12、技术 观看三角波脉宽调制器的工作原理仿真结果。,2019/5/22,27/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,3.可逆PWM调速系统原理仿真电路 开环可逆PWM调速系统仿真电路如图所示。,2019/5/22,28/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,3.可逆PWM调速系统原理仿真电路 单闭环可逆PWM调速系统仿真电路如图所示。,2019/5/22,29/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,3.可逆PWM调速系统原理仿真电路 单闭环可逆PWM调速系统仿真电路如图所示。,请观看PWM调速系统仿真实验！(DCPWM20130789) （改变载波频率观察电流变化情况）,2019/5/
13、22,30/78,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,3.可逆PWM调速系统原理仿真电路 单闭环可逆PWM调速系统仿真电路如图所示。,请观看PWM调速系统仿真实验！(DCPWM20130789) （改变载波频率观察电流变化情况）,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,2019/5/22,31/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,5.PWM调速控制系统的特点 主电路线路简单，需用的功率器件少； 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽； 系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； 功率开关器件工作在开关状态，导通损
14、耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高； 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 直流脉宽调速控制系统在工业中一般称为直流伺服控制系统。,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,2019/5/22,32/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,5.PWM调速控制系统的特点 主电路线路简单，需用的功率器件少； 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽； 系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高； 直流电源采用不
15、控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 直流脉宽调速控制系统在工业中一般称为直流伺服控制系统。,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,2019/5/22,33/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,5.PWM调速控制系统的特点 主电路线路简单，需用的功率器件少； 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽； 系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高； 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 直流脉宽调速控制系统在工业中一般称
16、为直流伺服控制系统。,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,2019/5/22,34/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,5.PWM调速控制系统的特点 主电路线路简单，需用的功率器件少； 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽； 系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高； 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 直流脉宽调速控制系统在工业中一般称为直流伺服控制系统。,4.5.4 脉宽调速系统的控制电路,2019/5/22,35/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,如果脉宽调制控制系统主电路是由下图所示电路构成，那么脉宽调 制控制系统就存在着下述问题。 1.泵升电压问题及回馈能量处理措施,4.5.5 脉宽调制系统的特殊问题及实例分析,2019/5/22,36/78,第4.5节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真,如果脉宽调制控制系统主电
