机器人伺服驱动课件

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1、MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 任课老师：蒋志宏、李辉任课老师：蒋志宏、李辉机电学院智能机器人研究所机电学院智能机器人研究所20142014年年-2015-2015年年ROBOTCOMING机器人学机器人学MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 第五章：机器人伺服驱动第五章：机器人伺服驱动5.1 5.1 伺服驱动控制伺服驱动控制原则和方法原则和方法5.2 5.2 伺服驱动伺

2、服驱动控制控制5.2.1 5.2.1 伺服电机运动与驱动控制原理伺服电机运动与驱动控制原理5.2.2 5.2.2 伺服驱动电路设计伺服驱动电路设计5.2.3 5.2.3 伺服驱动多环路控制器设计伺服驱动多环路控制器设计5.2.4 5.2.4 伺服驱动系统测试与伺服驱动系统测试与指标指标机器人学机器人学MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服驱动控制原则和方法伺服驱动器伺服驱动器在机器人中的作用相当于在机器人中的作用相当于人体的人体的肌肉肌肉：如果

3、把：如果把连杆和关节连杆和关节想象为机器人的骨想象为机器人的骨骼，那么伺服驱动器就起到人体肌肉作用。骼，那么伺服驱动器就起到人体肌肉作用。伺服驱动器伺服驱动器（Servo Drives）又称又称“伺服控制伺服控制器器/ /放大器放大器”，是用来，是用来控制伺服电机控制伺服电机的一种控的一种控制器，主要应用于制器，主要应用于高精度高精度定位系统。一般通定位系统。一般通过过位置、速度和力矩位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位；行控制，实现高精度的传动系统定位；1 1、伺服驱动伺服驱动定义定义MAC02009-MAC02009-MAC02009-M

4、AC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服驱动控制原则和方法伺服驱动技术作为伺服驱动技术作为数控机床数控机床、（工业）机器人及、（工业）机器人及其它机其它机械控制械控制的关键技术之一；的关键技术之一；2020世纪最后世纪最后1010年间，微处理器年间，微处理器( (特别是特别是DSP)DSP)技术、技术、电力电力电子技术、电子技术、网络技术、网络技术、控制技术控制技术的发展为伺服驱动技术的发展为伺服驱动技术奠定了良好基础。奠定了良好基础。2020世纪世纪8080年代是交流伺服技术取代直流伺服技术；年代是

5、交流伺服技术取代直流伺服技术；2020世纪世纪9090年代是伺服驱动技术实现全数字化、智能化、年代是伺服驱动技术实现全数字化、智能化、网络化的网络化的1010年。年。（百度搜词条（百度搜词条“伺服驱动器伺服驱动器”和和“伺服驱动系统伺服驱动系统”了解）了解）2 2、伺服驱动伺服驱动简介简介MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服驱动控制原则和方法电机伺服驱动器电机伺服驱动器（交直流伺服电机：直流电（交直流伺服电机：直流电机、永磁同步电机、直流无刷

6、电机、直接驱机、永磁同步电机、直流无刷电机、直接驱动电机，还有步进电机等。）动电机，还有步进电机等。）液压伺服驱动器液压伺服驱动器气动伺服驱动器气动伺服驱动器记忆金属伺服驱动器记忆金属伺服驱动器压电陶瓷伺服驱动器（致伸缩驱动器）压电陶瓷伺服驱动器（致伸缩驱动器）3 3、伺服驱动伺服驱动器种类器种类MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 4 4、伺服驱动系统组成、伺服驱动系统组成涉及学科：电路原理、模电数电、电力电子、控制技术、信息及智能技术等等。5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服

7、驱动控制原则和方法MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服驱动控制原则和方法5 5、伺服驱动控制拓扑、伺服驱动控制拓扑伺服电机多环路控制拓扑MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服驱动控制原则和方法6 6、直流、直流伺服伺服电机的电机的驱动驱动原理原理电流磁效应可知，电流磁效应可知，通电导体周围会产

8、通电导体周围会产生磁场，从而使得生磁场，从而使得通电导体在磁场中通电导体在磁场中受到安培力作用。受到安培力作用。MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服驱动控制原则和方法6 6、直流、直流伺服伺服电机的电机的驱动驱动原理原理 为了使得通电线圈能够连续运转，当线圈越为了使得通电线圈能够连续运转，当线圈越过平衡位置后及时改变对线圈供电电流的方向，过平衡位置后及时改变对线圈供电电流的方向，那么线圈就能连续转动起来。换向器和电刷的目那么线圈就能连续转动起

9、来。换向器和电刷的目的就是改变线圈的供电电流方向。这样线圈就能的就是改变线圈的供电电流方向。这样线圈就能连续在磁场中运转。连续在磁场中运转。MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系：n转速（rmin）；U电枢电压（V）；I电枢电流（A）；R电枢回路总电阻（欧姆）；励磁磁通（Wb）；Ke由电机结构决定的电动势常数。5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服驱动控制原则和方法7 7、直流、直流伺服伺服电机的调速原理电机的调速原理MAC02009-MAC0

10、2009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服驱动控制原则和方法7 7、直流、直流伺服伺服电机的调速原理电机的调速原理调节电动机的转速有三种方法：调节电枢供电电压；减弱励磁磁通；改变电枢回路电阻R。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配

11、合调压方案，在基速但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速 （额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.1 5.1 伺服驱动控制原则和方法伺服驱动控制原则和方法8 8、直流电机位置、直流电机位置伺服伺服控制原理控制原理MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02

12、009-MAC02009-MAC02009- 脉宽调制（脉宽调制（PWM）技术）技术内容：内容：脉宽调制（脉宽调制（PWMPWM）定义及）定义及PWMPWM信号发生原理；信号发生原理；占空比的含义。占空比的含义。要求：要求：掌握掌握PWMPWM的发生原理，理解占空比的含义。的发生原理，理解占空比的含义。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 1、脉宽调制、脉宽调制（PWM）技术介绍）技术介绍脉宽调制（脉宽调制（ PWMPWM：Pulse-Width

13、 ModulationPulse-Width Modulation）是利用一种数字）是利用一种数字信号来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用信号来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在功率控制与变换、测量和通信等领域中在功率控制与变换、测量和通信等领域中; ;采样控制理论中有一个重要结论：采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWMPWM对开关器件对开关器件的的导通和关断导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度进行控制，使输出端得到一系

14、列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变电路改变电路输出电输出电压的大小压的大小，也可改变输出频率。，也可改变输出频率。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 2 2、PWMPWM信号发生原理信号发生原理模拟电路产生模拟电路产生PWMPWM原理原理数字电路产生数字电路产生PWMP

15、WM原理原理5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 模拟电路产生模拟电路产生PWMPWM原理原理 模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。模拟电路产生没有限制。模拟电路产生PWMPWM信号的一般原理如图所示。信号的一般原理如图所示。图图 模拟电路产生模拟电路产生PWMPWM信号原理示意图信号原理示意图5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC0

16、2009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 模拟电路模拟电路PWMPWM发生步骤发生步骤 第一步：通过电阻第一步：通过电阻R R和电容和电容C C设定开关周期设定开关周期TsTs（开关频率（开关频率f f1/Ts1/Ts）；）；第二步：通过振荡器产生载波，即图中锯齿波第二步：通过振荡器产生载波，即图中锯齿波/ /三角波；三角波；第三步：根据需要产生一个控制信号即调制波，然后，第三步：根据需要产生一个控制信号即调制波，然后，载波和调制波的值通过比较器进行比较；载波和调制波的值通过比较器进行比较；第四步：比较器比较的结果产生第四步：比较器

17、比较的结果产生PWMPWM信号。信号。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 数字电路产生数字电路产生PWMPWM原理原理v数字电路产生PWM信号的原理与模拟电路一样，不同的v是，数字电路产生PWM信号是通过寄存器的设置来实现的。v数字电路产生PWM信号的原理如图所示。 图 数字电路产生PWM信号原理5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-

18、MAC02009-MAC02009- 数字数字PWM信号发生步骤信号发生步骤第第一一步步：通通过过周周期期寄寄存存器器（Period Register）设设定定开开关关周周期期Ts（开关频率（开关频率f1/Ts）；（设计者设定）；（设计者设定）第第二二步步：相相应应的的定定时时器器（Timer Register）开开始始计计数数产产生生图图3中的锯齿波中的锯齿波/三角波；（不需要设定，自动计数）三角波；（不需要设定，自动计数）第第三三步步：根根据据需需要要产产生生一一个个控控制制信信号号即即调调制制波波，用用此此值值装装载载比比较较寄寄存存器器（Compare Register），然然后后，T

19、imer Register和和Compare Register的的值值进进行行比比较较，比比较较的的结结果果送往送往PWM发生电路；发生电路；第四步：第四步：PWM发生电路根据比较的结果产生发生电路根据比较的结果产生PWM信号。信号。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 3 3、脉宽调制基本原理、脉宽调制基本原理脉宽调制的基本原理是通过脉宽调制的基本原理是通过占空比占空比的变化来实的变化来实现能量、信号等的调节。下图显示了三种不同的现能量、信号等

20、的调节。下图显示了三种不同的PWMPWM信号。图（信号。图（a a）是一个占空比为）是一个占空比为10%10%的的PWMPWM信号，即在信号，即在信号周期中，信号周期中，1010的时间通，其余的时间通，其余9090的时间断；的时间断；图（图（b b）和图（）和图（c c）显示的分别是占空比为）显示的分别是占空比为50%50%和和90%90%的的PWMPWM信号。信号。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- v（a）占空比为10%的PWM信号v（b）

21、占空比为50%的PWM信号v图 不同占空比的PWM信号（c）占空比为90%的PWM信号5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 占空比含义理解：占空比含义理解：BUCKBUCK变换器变换器内容：内容：BUCK变换器工作原理；输入电压与输出电压的关系-占空比要求：要求：理解占空比的含义。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 1、Buck变换器拓扑与工作原理图图 Buck Buck变换器主电路拓扑变换器主电路拓扑5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制

22、MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 2、BUCK变换器等效电路图2SisON：等效电路工作中输入电流is，在开关导通时，is0,开关关闭时，is0。故电流is是脉动的，但输出电流Io，在L、D、C作用下却是连续、平稳的。图3SisOFF：等效电路工作原理开关S开通时,如图所示，电流isiL流过电感线圈L,电感电流线性增加，负载电阻R上流过电流Io，输出电压为Vo。当is大于Io时，电容在充电状态，此时，二极管D承受反向电压截至。开关S关断时，电感中的磁场改变电压极性，以维持电流iL。当iLIo时，电容处在放电状态来维持Io、Vo，此时二极管D导通，为iL构

23、成回路，故称为续流二极管。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 电感电流连续5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- Ts：开关周期D：导通时间占空比；ton：导通时间，tonDTs；toff：关断时间，toff1DTs；SisON：开关管导通时，电感电流线性上升，其增量为：SisOFF：开关管关断时，电感电流线性下降升，其增量为：（1）（2）3、输入电压与输出电压关系5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制由于稳态时这两个变化量相等，即，所以有式

24、（1）等于式（2）,可以得到：VoVsD。MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- PWM控制开关器件原理内容：内容：电力电子器件的发展；电力电子器件的基本工作原理；功率场效应管（MOSFET）及驱动。要求要求：理解开关管的开通和关断过程。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 1、电力电子器件的发展电力电子器件又称开电力电子器件又称开/ /关

25、器件关器件, ,相当于信号电路相当于信号电路中的中的A/DA/D采样采样, ,称之为功率采样称之为功率采样; ;器件的工作过程就是能量过渡过程，实现电力器件的工作过程就是能量过渡过程，实现电力电子器件开电子器件开/ /关工作的是关工作的是PWMPWM。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管: IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor;MOS 控制控制晶闸管晶闸管: MCT MOS

26、-Controlled Thyristor;集成门极换流集成门极换流晶闸管晶闸管: IGCT Intergrated Gate Commutated Thyristors;电子注入增强栅电子注入增强栅晶体管晶体管: IEGT Injection Enhanced Gate Transistor;集成电力电子集成电力电子模块模块: IPEMIntergrated Power Elactronics Modules；电力电子电力电子积木积木: PEBBPower Electric Building Block。电力电子器件的主要发展成果电力电子器件的主要发展成果5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动

27、控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 2 2、电力电子器件基本工作原理、电力电子器件基本工作原理一个理想的功率器件，应当具有下列理想的静态和动态特性:在截止状态时能承受高电压；在导通状态时，具有大电流和很低的压降；在开关转换时，具有短的开、关时间，能承受高的di/dt和dv/dt，以及具有全控功能。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009-

28、 器件基本工作原理PN结图 PN结的结构及电路符号（a）结构（b）电路符号5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- PN结的工作原理（a）零偏置 此时，交界处两边的多子浓度差引起了两边的多子各自向对方区扩散，致使PN结附近形成一个空间电荷区，形成了一个自建电场，其方向如图（a）所示。该电场方向恰好起着阻碍多子扩散的作用，直到建立动平衡为止，空间电荷区也就扩展到一定的宽度。这时通过空间电荷区的多子扩散电流与在自建电场推动下通过空间电荷区的少子漂流电流相等。 因此，总体上看，没有电流流过PN结。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服

29、驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- （b）正偏置此时，外加电场消弱了内部电场，空间电荷区缩小了，因而也就消弱了自建电场对少子扩散的阻碍作用，原来的动平衡被破坏。这时P区的空穴不断涌入N区，N区的电子不断涌入P区，各自成为对方区域中的少数载流子。因此，有电流流过PN结。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 基区电导调制效应基区电导

30、调制效应当PN结通过正向大电流时，其上的电压压降只有0.7V左右。这是因为在通过正向大电流时，注入基区（通常是N型材料）的空穴浓度大大超过原始N型基片的多子浓度，为了维持半导体中电中性条件，多子浓度也要相应大幅度增加，这意味着，在大注入条件下原始基片的电阻率实际上大大地下降了，也就是电导率大大增加了，这就是所谓的基区电导调制效应。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- （c）反向偏置图PN结的工作原理5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制没有电流

31、流过PN结,处于关断状态。MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 3、功率场效应管（MOSFET）图MOS类型（a）N型（b）P型高频开关器件；具有正温度特性，可以直接并联。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MOS管的PWM驱动图MOS典型驱动电路5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制PWMPWMMAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 图图PWM驱动驱动MOS典型波形典型波

32、形5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- H桥实现功率驱动：直流电机M两端电压的极性由开关器件的开和关状态来定。控制方式有双极式、单极式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制功率驱动方式。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制5.2.1 5.2.1 伺服电机运动与驱动控制原理伺服电机运动与驱动控制原理PWM信号：Vgs1，Vgs2，Vgs3，Vgs4。MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-M

33、AC02009-MAC02009-MAC02009- H桥变换器的驱动电压关系是：Vgs1=Vgs4=-Vgs2=-Vgs3；在周期内，当0tton时，UM=Us，电流id沿Loop1流通；当tontTs时，id沿Loop3流通，UM=-Us。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 因此，UM在一个周期内具有正负相间的脉冲波形，这是双极式名称的由来。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC

34、02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 双极式控制H桥变换器输出平均电压为：占空比d和电压系数r关系：r=2d-1调速时：d的可调范围为0-1、r= -1-+1。当d1/2时，r为正，电动机正转；当d1/2时，r 为负，电动机反转；当d=1/2时，r=0，电动机停止。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 电动机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流

35、的平均值为零，不产生平均转矩，但会增大电机的损耗，这是双极式控制的缺点；电动机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用，这是双极式控制的优点。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 图图 伺服驱动控制系统示意图伺服驱动控制系统示意图5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC0

36、2009- PIDPID调节器问世至今已有近调节器问世至今已有近7070年历史；年历史；物理意义明确、结构简单、工作可靠而被广泛物理意义明确、结构简单、工作可靠而被广泛用于过程控制和运动控制中；用于过程控制和运动控制中；被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，这时应用以采用时，这时应用PIDPID控制技术最为方便。控制技术最为方便。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制PID调节器MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02

37、009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- PID算法的原理及数字实现PIDPID调节器的优点调节器的优点：1. 1. 技术成熟技术成熟 2. 2. 易被人们熟悉和掌握易被人们熟悉和掌握 3. 3. 不需要建立数学模型不需要建立数学模型 4. 4. 控制效果好控制效果好PIDPID调调节节的的实实质质：根根据据系系统统输输入入的的偏偏差差，按按照照PIDPID的函数关系进行运算，其结果用以控制输出。的函数关系进行运算，其结果用以控制输出。PIDPID调调节节的的特特点点：PIDPID的的函函数数中中各各项项的的物物理理意意义义清清晰，调节灵活，便于程序化实现。晰，调节灵活，

38、便于程序化实现。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- PID是一种线性调节器。它根据控制输入与实际输出反馈的误差(e=r-y)对系统进行控制。PID调节器对控制误差进行比例、积分和微分线性组合形成控制量，对被控对象进行控制。PID控制原理系统框图5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- PID调节原理P

39、ID是一种线性控制器，它根据给定值Reference(K)与实际输出值Feedback(K)构成控制偏差：Error(K)=Reference(K)-Feedback(K)PID的控制规律为（离散形式）：KP比例系数；TI-积分时间常数；TD-微分时间常数5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 比例（P）调节器比例十积分（PI）调节器比例十微分（PD）调节器比例十积分十微分（PID）调节器PIDPID调节器的数学表达：调节器的数学表达：5.2 5.

40、2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 比例调节器 比例调节器的微分方程为：y = KPe(t) 式中：y为调节器输出；Kp为比例系数；e(t)为调节器输入。 由上式可以看出比例调节的特点： 调节器的输出与输入偏差成正比。只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，具有调节及时的特点。但是， Kp过大会导致动态品质变坏，甚至使系统不稳定。比例调节器的特性曲线，如下图所示。 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02

41、009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 比例比例KpKp阶跃响应特性曲线阶跃响应特性曲线5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制PID调节器对误差的比例响应特性曲线：MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 积分调节器 积分作用是指调节器的输出与输入偏差的积分成比例的作用，其作用是消除稳态静差。积分方程为：式中：式中：T TI I是积分时间常数，它表示积分速度的大小，是积分时间常数，它表示积分

42、速度的大小，T TI I越大，积分速度越慢，积分作用越弱。积分作用越大，积分速度越慢，积分作用越弱。积分作用的响应特性曲线，如下图所示的响应特性曲线，如下图所示。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 积分作用响应曲线积分作用响应曲线由图中曲线看出由图中曲线看出积分作用的特点：积分作用的特点：只要偏差不为零就会只要偏差不为零就会产生对应的控制量并依此影响被控量。增大产生对应的控制量并依此影响被控量。增大TiTi会减小积分作会减小积分作用，即减慢消除

43、静差的过程，减小超调，提高稳定性。用，即减慢消除静差的过程，减小超调，提高稳定性。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制PID调节器对误差的积分响应特性曲线：MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 微分调节器微分调节器微微分分调调节节的的作作用用是是对对偏偏差差的的变变化化进进行行控控制制，并并使使偏偏差消失在萌芽状态，其微分方程为：差消失在萌芽状态，其微分方程为：微分作用响应曲线如下图所示。微分作用响应曲线如下图所示。 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC

44、02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 可见，微分分量对偏差的任何变化都会产生控制可见，微分分量对偏差的任何变化都会产生控制作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越快，则产生的阻止作用越大。快，则产生的阻止作用越大。从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。他加快了系统的动作速度，减小调整的时间，从而改他加快了系统的动作速度，减

45、小调整的时间，从而改善了系统的动态性能。善了系统的动态性能。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 积分时间TI小大积分作用强弱稳定程度降低增强短期最大偏差小大被调量静差消失上升时间短长振荡周期小大微分时间TD大小微分作用强弱稳定程度提高降低短期最大偏差小大被调量静差小大上升时间短长振荡周期小大表3 TD对调节质量指标的影响表2 TI对调节质量指标的影响5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制放大系数Kp小大稳定程度增高降低稳态偏差大小短期最大偏差

46、大小过调量小大上升时间大小振荡周期大 小表1 Kp对调节质量指标的影响MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 位置式PID控制算法：式中，为控制量的基值，即k=0时的控制输出；为第k个采样时刻的控制输出；为控制系统采样时间间隔。 数字PID算法的非递推形式，称全量算法。为了求和，必须将系统偏差的全部过去值e(k)（j=1，2，3，.，k）都存储起来。这种算法得出控制量的全量输出u(k)，是控制量的绝对数值。在控制系统中，这种控制量确定了执行机构的位置，例如在阀门控制中，这种算法的输出对应

47、了阀门的位置。所以，将这种算法称为“位置算法”。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 增量式PID控制算法：当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量时，需要用PID的“增量算法”，即增量式PID控制器。在机器人控制中一般都采用增量式PID控制器5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 增量式

48、PID算法 从式已看不出是PID的表达式了，也看不出P、I、D作用的直接关系，只表示了各次误差量对控制作用的影响。从式可以看出，数字增量式PID算法，只要利用最近的三个误差采样值就可以对控制对象进行控制了。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制偏差信号偏差信号ee输出信号输出信号uuPIDPID调节器调节器MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制增量式PID算法编程:重点是计算 Prog_PID(floatA0,floatA1,floatA2)具

49、体编程见板书MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制伺服驱动多环路PID调节器的理解和应用： 位置PID环的输出作为速度PID环 的输入给定Spd_Ref；速度PID环的输出作为电流PID环 的输入给定T_Ref；空载和带载多环路控制理解。MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC

50、02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 参数整定寻最佳，从小到大顺序查； 先是比例后积分，最后才把微分加； 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大； 曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳； 曲线偏离回复慢，积分时间往下降； 曲线波动周期长，积分时间再加长； 曲线振荡变很快，先把微分降下来； 动差大来波动慢，微分时间要加长； 理想想曲线两个波，前高后低4比1；一看二调多分析，调节质量不会低。 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制PIDPID调节调节器参数器参数调节原则调节原则MAC02009-MAC02009-MAC020

51、09-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 先调电流环，这是电机运动平衡的前提； 再调速度环，这是电机转动平稳的保障； 最后调位置环，这是电机定位质量的体现。 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制多环路多环路PIDPID调试顺序调试顺序MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC

52、02009-MAC02009- 直流多环路直流多环路伺服伺服控制范例控制范例5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 任务： 采用Matlab或其他软件，对三闭环控制 的直流伺服进行仿真调试研究，理解PID 调节的原理；任务要求： 要完整写出方案及调试过程分析报告；5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009

53、-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 交流伺服电机及驱动永磁同步电机方波型永磁同步电机：BLDCM正弦波型永磁同步电机：PMSM需要配备一套专门的调速控制器和转子位置检测装置；BLDCM工作磁场是步进式步进式旋转磁场，易产生转矩脉动，同时，还会伴有一定的噪声，低速性能欠佳； PMSM工作磁场是均匀均匀旋转磁场，转矩脉动量很小，运行噪声也很小，具有良好的低速性能；BLDCM比PMSM的出力提高15%、效率提高15%。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC020

54、09- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 同步电机和异步电机同步机与异步机异同点：相同点：都是属于交流电机范畴；异同点：主要区别在转子结构上。同步机的转子是永磁体（或转子绕组不是闭合的，需要通入直流励磁电流）同步；而异步电机的转子绕组是闭合的，需要感应定子绕组来产生磁场异步；使用场合：同步电机功率因数、效率高。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 方波型永磁同步电机驱动BLDCM伺服驱动结构图 相较于直流有

55、刷电机而言，直流无刷电机采用电子换向电路取代电刷和换向器，这样有利于减小电机的体积、提高电机寿命。直流无刷电机由电机主体和电子换向器两部分组成。电机的换相状态由转子的位置决定。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 控制器控制器：控制功率开关管的导通顺序及作用时间；三相逆变器三相逆变器：根据控制器输出的PWM信号，实现功率转换；位置及电流检测位置及电流检测：为控制器提供位置、速度及电流反馈。BLDCM驱动系统结构5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动

56、控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 转子位子位置角置角逆逆时针旋旋转Hall1Hall2Hall3顺时针旋旋转ABCABC30o-90o-+0010+-090o-150o-0+011+0-150o-210o0-+0010+-210o-270o+-0101-+0270o-330o+0-100-0+330o-390o0+-1100-+永磁同步电机方波驱动功率管的导通时序5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- M

57、AC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 换向原理（顺时针转动）：换向原理（顺时针转动）：当转子在1扇区时（90o-150o），为了使电机转子能获得连续的转矩，定子磁场应当与转子磁场垂直，此时定子的磁场必须位于与B-Y线重合的位置（B端为N极，Y端为S极）。定子的磁场由定子电流产生，定子电流的流向为：A相绕组电流由A端流入，X端流出；C相绕组的电流由Z端流入C端流出。因此,此时1、2开关导通，其余关断。 方波型永磁同步电机驱动与转动原理方波型永磁同步电机驱动与转动原理5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MA

58、C02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制永磁同步电机结构模型永磁同步电机结构模型结构与直流电机有何不同？结构与直流电机有何不同？方波永磁同步电机运动原理方波永磁同步电机运动原理定子绕组：定子绕组：A-X,B-Y,C-ZA-X,B-Y,C-Z转子永磁体：转子永磁体：S SN N转子在转子在1 1扇区（扇区（9090o o-150-150o o）时，基于磁场的逆时针运时，基于磁场的逆时针运动原理？动原理？MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC0200

59、9-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制永磁同步电机内部模型永磁同步电机内部模型学习网站：学习网站：WWW.PENGKY.CNWWW.PENGKY.CNMAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 当转子在6扇区时，定子电流的流向为：A相绕组电流由A端流入，X端流出；B相绕组的电流由Y端流入B端流出。当转子在5扇区时，定子电流的流向为： B相绕组的电流由Y端流入B端流出； C相绕组电流由A端流入，Z端流出。当转子在4扇区时，定子电流的流向为：A相绕组电

60、流由X端流入，A端流出；C相绕组的电流由C端流入Z端流出。当转子在3扇区时，定子电流的流向为： A相绕组电流由X端流入，A端流出； B相绕组的电流由B端流入Y端流出。当转子在2扇区时，定子电流的流向为： B相绕组的电流由B端流入Y端流出；C相绕组的电流由Z端流入C端流出。 永磁同步电机方波驱动换向原理续永磁同步电机方波驱动换向原理续5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制BLDCMBLDCM工作磁场是步进式旋

61、转磁场，易产生转矩脉工作磁场是步进式旋转磁场，易产生转矩脉动，低速性能欠佳；动，低速性能欠佳； BLDCMBLDCM比比PMSMPMSM的出力提高的出力提高15%15%、效率提高、效率提高15%15%。MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 正弦波永磁同步电机驱动正弦波永磁同步电机驱动5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制永磁同步电机实物模型永磁同步电机实物模型永磁同步电机电路模型永磁同步电机电路模型u uA Au uB Bu uC C永磁同步电机驱动电路模型永磁同步电机驱动电路模型M

62、AC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制永磁同步电机电路模型永磁同步电机电路模型MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控

63、制基于磁场定向的解耦原理基于磁场定向的解耦原理MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制Clark 变换变换MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 三三相相永永磁磁同同步步电电机机采采用用的的是是星星型型连连接接，三三相相定定子子电电流流在在电电枢枢绕绕组组的的中中性性点点满满足足基基尔尔霍霍夫夫定定律律，即三相电流之和等于即三相电流之和等于0

64、 0，即，即 。Clark 变换可写为变换可写为5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制Clark 变换系数变换系数MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制Clark的变换矩阵前有一个系数：sqrt(2/3)。这个系数给我学习Clark变换时带来过疑惑，我根据正交分解将三相坐标的电流变换到两相坐标时，根本就没有这个sqrt(2/3)。对于这个系数的引入，有些书的解释是为了使的变换前后能量守恒，我再根据这个原理计算了一下变换前后的功率，终于找到了sq

65、rt(2/3)出现的原因。三相坐标下的电流为 ia，ib，ic，根据clark变换：i=ia-0.5ib-0.5ici=ia-0.5ib-0.5ic i=0.5sqrt(3)*ib-0.5sqrt(3)*ic i=0.5sqrt(3)*ib-0.5sqrt(3)*icMAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 很容易推导出i和i的幅值是ia幅值的1.5倍，所以设ia的有效值为A，则i，i的有效值为1.5A。同理，变换前的电压为U，则变换后的电压有效值为1.5U，则变换前的功率P1=U*A*3

66、，变换后的功率P2=1.5U*1.5A*2=4.5U*AP2=1.5U*1.5A*2=4.5U*A可见变换前后的功率P1和P2不相等，为了使变换前后功率相等，需要给变换矩阵乘以一个系数，设为k，则变换后的i = k(ia-0.5ib-0.5ici = k(ia-0.5ib-0.5ic) )i=k*(0.5sqrt(3)*ib-0.5sqrt(3)*ic)i=k*(0.5sqrt(3)*ib-0.5sqrt(3)*ic)则i，i的有效值为1.5*k*A，电压有效值为1.5*k*U，则变换后的功率：P2=4.5U*A*k*kP2=4.5U*A*k*k。令P1=P2， 所以：3*U*A = 4.5U

67、*A*k*k，解得：k = sqrt(2/3)k = sqrt(2/3) Clark变换矩阵的系数sqrt(2/3)，就是这样来的。5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- Park 变换变换5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制定子电压在转子定子电压在转子dqdq坐标系方程坐标系方程定子电压在转子定子电压在转子dqdq坐标系的方程没有

68、出现转子坐标系的方程没有出现转子的位置，因此，从定子静止两相到转子坐标系的位置，因此，从定子静止两相到转子坐标系之间的变换实现了转子位置角的解耦。之间的变换实现了转子位置角的解耦。MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 永磁同步电机的电磁转矩可以根据电磁功率与永磁同步电机的电磁转矩可以根据电磁功率与转子机械角速度之比求得，因为转子电角速度转子机械角速度之比求得，因为转子电角速度与机械角速度之比等于电机的极对数，因此电与机械角速度之比等于电机的极对数，因此电磁转矩的表达式为磁转矩的表达式为5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009

69、-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制功率的系数和极对数的说明功率的系数和极对数的说明MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 3、正弦波永磁同步电机驱动PMSM id=0控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 矢量控制：三相交流电机 -（解耦）直流电机 矢量控制基本步骤 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC0

70、2009-MAC02009-MAC02009- 1SPWMSPWM：着眼于生成三相对称正弦电压源：着眼于生成三相对称正弦电压源5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制SVPWMSVPWM控制原理控制原理MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- SVPWM：着眼于使形成的磁链轨迹跟踪由理想三相平衡正弦波电压源供电时所形成的基准磁链圆幅幅值值旋转向量旋转向量5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- ABCU1-U6:有效电压矢量U7-U8:零矢量5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02

71、009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- SVPWM的基本原理的基本原理: 在每一个采样周期内利用若干个基本电压矢量合成任意给定的参考电压矢量 U UrefrefABC5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 扇区确定V10,则A=1，反之A=0；V 20,则B=1，反之B=0；V 3 0,则C=1，反之C=0。N=A+2B+4C当N=3时，Uref位于第扇区；当N=1时，Uref位于第扇

72、区；当N=5时，Uref 位于第扇区；当N=4时，Uref 位于第扇区；当N=6时，Uref 位于第扇区；当N=2时，Uref 位于第扇区。数字实现方式数字实现方式5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 扇区扇区 N N3 31 15 54 46 62 2T1T1-Z-ZZ ZX X-X-X-Y-YY YT2T2X XY Y-Y-YZ Z-Z-Z-X-X表表 矢量作用时间分矢量作用时间分配配T1+T2Ts!DANGER开关矢量时间确定开关矢量时间确定5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC0200

73、9-MAC02009-MAC02009- 作用时间作用时间扇区扇区T0/4T0/4零矢量零矢量T1/2T1/2第一矢量第一矢量T2/2T2/2第二矢量第二矢量T0/2T0/2零矢量零矢量T2/2T2/2第二矢第二矢量量T1/2T1/2第一矢第一矢量量T0/4T0/4零矢量零矢量00000010010011011011111111011010010000000000000001001011011011111111011001001000000000000001001001101111111101101101001000000000000000100101101111111101101100100

74、10000000000000010011011011111111011010010010000000000001001001011011111111011011001000000005.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制控制时间分配控制时间分配MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 确定各个电压矢量的工作顺序确定各个电压矢量的工作顺序 因为电压空间矢量中存在两个零电压矢量，因此电压空间矢量的作用顺序按照开关切换次数最少的原则，分为七段式控制，如下图所示。 由图可知，三相PWM波形的半周期脉冲宽度不一定相同，可得到在不同扇区中进行适量切换的切换点Ta、Tb、Tc，将切换点和正弦波进行比较就可以得到SVPWM波。 计算出三相PWM波形的半周期脉冲宽度Ta、Tb、Tc以后，再根据下表确定这些PWM波与三相逆变器输出的对应关系。扇区编号NA相B相C相扇区编号与三相PWM半周期脉冲宽度的关系空间矢量调制产生的对称PWM5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- MAC02009-MAC02009-MAC02009-MAC02009- 谢谢！5.2 5.2 伺服驱动控制伺服驱动控制