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1、毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 本毕业设计题目是用于检测系统的控制电路设计。此控制电路是某元件检测系统的一个分系统，用于控制被测元件的转角，从而实现检测系统对元件的测量。本课题主要是设计驱动被测元件转角的控制电路。关键词 伺服系统 闭环系统 小功率电机控制 直流电动机1 伺服系统的设计为了更多地了解该系统，我查阅了许多相关的资料，进而了解到用于检测系统的控制电路设计本质就是一个伺服系统设计。伺服系统亦称随动系统，属于自动控制系统的一种，它用来控制被控制对象的转角（或位移），使其能自
2、动地、连续地、精确地复现输入指令的变化规律。它通常是具有负反馈的闭环控制系统，有的场合也可以用开环控制来实现其功能1。设计伺服系统主要依据被控对象工作的性质和特点，明确对伺服系统的基本性能要求；同时要充分了解市场上器材、元件的供应情况，了解它们的性能质量、品种规格、价格与售后服务，了解新技术、新工艺的发展动态。在此基础上着手设计，以避免闭门造车。系统设计的主要内容和步骤可分为以下几点：（1）系统总体方案的初步制订；（2）系统的稳态设计；（3）建立系统的动态数学模型；（4）系统的动态设计；（5）系统的仿真试验25。在设计伺服系统时，首先要拟订一个设计方案，这个方案通常是个粗线条的、梗概性的描述，
3、在此基础上才便于开展定量的工程设计计算及工程试验，使设计方案逐步具体化，以指导工程实践7。设计方案主要包含系统的构成及各主要元、部件采用什么类型，系统的输入采用什么形式，是机械位移（或转角）？是模拟电量？还是数字信号？相应的系统输出机械转角（或直线位移）采用什么类型的检测装置？系统的执行元件是采用交流伺服电机？还是直流伺服电机？相应的功率驱动装置打算选用什么类型？系统各主要元、部件之间相互连接的形式，以及信号传递、信号转换的形式810。制定系统设计方案是综合平衡的工作，要求设计者做广泛地、深入地调查研究，仔细地分析实际需要，认真地探讨各种实现的可能性，对新元件、新技术的出现要敏感，要善于吸取，
4、以推动伺服技术的发展。通过分析，我准备在设计的电路中采用PWM技术。2 现代直流PWM伺服驱动技术的发展目前，用大功率晶体管PWM控制的永磁式直流伺服电动机驱动装置，是高精度伺服控制领域应用得最为广泛的驱动形式，称之为PWM驱动装置。这种装置能实现宽范围的速度和位置控制，较常规的驱动方式（交磁电机扩大机驱动、电液驱动、晶闸管驱动）具有无可比拟的优点。随着大功率晶体管的容量和开关速度的不断提高，PWM驱动装置一跃成为现代伺服驱动系统的佼佼者，受到越来越多的控制工程师的重视11。21 国内外发展概况国外于60年代已开始注意PWM伺服控制技术，起初用于飞行器中小功率伺服系统；70年代中后期，在中等功
5、率的直流伺服系统上较为广泛地使用PWM驱动装置；到80年代，PWM驱动在直流伺服系统中的应用已经普及。最近从国外引进的高精度伺服系统大都采用PWM伺服控制，现在各工业先进国家竟相发展PWM伺服机构，如美国Kollmorgen公司Inland电机部为本公司所生产的支流伺服电机研制了各种HRB-AND PWM驱动装置，日本的“安川电机”为数控机床研制了CPCR-MR-N 型晶体管PWM驱动装置，其YASNACB系列新的数控装置都采用CPCR-MR-N PWM 驱动；德国AEG公司为坦克火炮稳定器、舰载平台、雷达天线、自行火炮等伺服系统研制了GEADRIVE系列晶体管PWM驱动装置，对于近20t重的
6、大惯量坦克武器，其低速平稳跟踪速度优于0.2mrad/s，最大跟踪速度达0.785rad/s，打破了长期以来电液驱动垄断大功率武器伺服系统的局面。当然，其它国外生产制造直流PWM驱动装置的厂家还很多，美国的GE、哥德、盖梯司公司，日本的三菱电机、东荣电机、FANUC、TOSNUC公司，意大利的奥利维蒂公司，德国的西门子公司，瑞士的BBC公司，英国的LUCAS公司，法国的CEM公司等都有他们自己的系列产品，其中大部分用于数控机床伺服系统和机器人驱动系统，目前国外公司达到的制造水平是输出电压320V，电流300A，调制频率110kHz，调速范围达1：，输出转矩150Nm。国内有些高校，研究所和工厂
7、在70年代末期相继开展了PWM系统的研究，就PWM控制电路、驱动电路、功率转换电路以及系统的分析和设计作了不少工作，取得了一些研究成果，在一定的范围内达到了工业推广水平。1986年5月中国电工技术学会电控系统与装置专业委员会召开了一次全国性的“直流PWM控制技术学术交流会”，为推动我国PWM技术的发展做出了贡献。由于目前受能制造出的大功率晶体管的电压及电流等级限制，以它为功率转换元件的PWM系统，在国内仅能作到几十瓦到十几千瓦，电压达到220V。随着巨型功率晶体管的电压和电流等级日益提高，制造出的PWM驱动装置的容量也越来越大，应用范围日益广泛。在一定功率范围内，由它取代晶闸管驱动装置，已成为
8、明显趋势13。总而言之，直流PWM伺服技术是一个正在发展中的新领域，具有很好的发展前景12。22 直流PWM伺服驱动装置的工作原理和特点PWM驱动装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与“断开”时间的长短，通过改变直流伺服电动机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速10。因此，这种装置又称为“开关驱动装置”。PWM驱动装置与一般的晶闸管驱动装置相比较具有下列特点：需要用的大功率可控器件少，线路简单；调速范围宽；快速性好；电流波形系数好，附加损耗小；功率因数高，对用户使用有利等等14。事
9、物总是一分为二的 。PWM驱动装置有许多优点毋庸置疑，但它也也有不足之处，表现在：由于功率转换电路的晶体管工作在开关状态，它是系统的严重干扰源，所以电磁兼容性设计在PWM系统中显得相当重要；PWM控制中的大功率晶体管属电流控制型器件，其功率放大倍数远低于晶闸管相位控制，且大功率晶体管的基极驱动电路远比晶闸管的触发电路复杂，它必须提供一定的激励功率15。总之，晶体管PWM控制有许多突出优点，但也存在一些不足之处，随着时间的推移，功率微电子技术的发展和应用电子技术的进步，缺点正在得到改善和克服，其优越性会得到更大的发挥。 参 考 文 献1 王远.模拟电子技术M.北京：北京理工大学出版社，1991.
10、2 李宁，刘启新.电机自动控制系统M.北京：机械工业出版社，2003.3 许建国.电机与控制M.武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998.4 章燕申，袁曾任等.控制系统的设计与实践M.北京：清华大学出版社，1992.5 邓为民.自动控制原理试验教程M.北京：航天工业出版社，1991.6 冯国楠.现代伺服系统的分析与设计M.北京：机械工业出版社，1990.7 曾乐生，施妙和.随动系统M.北京：北京工业学院出版社，1988.8 胡家耀，赵雅君.现代控制理论基础M.北京：轻工业出版，1990.9 彭志瑾.电气传动与调速系统M.北京：北京理工大学出版社，1988.10 张燕宾.PWM变频调速应用技术M.
11、北京：机械工业出版社，1997.11 秦继荣，沈安俊.现代直流伺服控制技术及其系统设计M.北京：机械工业出版社，1993.12 何希才.常用电子电路（应用365例）M.北京：电子工业出版社，2006.13 扬兴瑶等.新编实用电子电路500例M.北京：化学工业出版社，2007.14 金钰等.伺服系统设计指导 M.北京：北京理工大学出版社，2000.15 黄锦安等.电工技术基础M.北京：电子工业出版社，2004. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题所要研究的核心问题是PWM伺服驱动装置的设计。首先必须了解PWM驱动装置的工作原理：PWM
12、驱动装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与“断开”时间的长短，通过改变直流伺服电动机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。PWM驱动装置的控制结构可分为两大部分：将信号放大后传递给电动机的电路称为功率转换电路；其余部分称为控制电路。控制系统工作的信号一般是由计算机给出的，而我的系统的信号是由一个模拟的直流信号源给出的。根据任务书的要求，此系统应包括的部分为：直流信号源，放大器，三角波发生器，比较器，延迟电路，隔离电路，功率放大电路，执行电机，速度反馈和位置反馈。这个系统必须满足以下
13、要求：（1）信号源为直流且幅值在4V；（2）三角波发生器频率是1500-2000，输出的三角波峰峰值是10V，发生器的波形以零线对称，频率可调；（3）延迟电路的延迟时间要可调，延迟时间是20-30；（4）功率放大电路必须反应信号的大小，方向。直流信号源发出一个模拟信号，而直流放大器把信号进行整理、放大；信号比较器把测速发电机的速度负反馈信号与主通道信号进行比较，还有位置测量元件的位置负反馈信号与计算机的输出信号进行比较；三角波发生器需要产生15002000基波，与主通道的信号在比较器中比较后变为脉冲波，经过延时的信号可以防止功率放大器中的大功率管子“共态击穿”；隔离电路是消除地环路一起共阻抗耦
14、合干扰的有效措施，一般隔离的方法有采用隔离变压器，隔离放大器和光电耦合器。差分电路和平衡电路均可以减小地环路，起到抑制干扰的作用。差分电路和平衡电路均可以减小地环路，起到抑制干扰的作用。开关式功率放大器的晶体管是工作在开关状态下的，它不是饱和就是截止，它的输出直接加到执行电机电枢两端。其输出波形是正负交替且正负幅值相等的矩形脉冲。功率放大器的输出可以分解成一个直流分量和一个交流分量。执行电机一方面在直流分量的作用下旋转，同时又在交流分量作用下强迫振动。由于交流分量的频率要比执行电机的频率高的多。因此，振动幅度很小。我将在下一阶段进行线路的设计，然后进行实验，通过实验来证明我的设计。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日
