第二章：伺服系统的稳态设计之5

2.1设计概述2.1.1速度伺服系统通常的技术要求2.1.2位置伺服系统通常的技术要求2.1.3设计步骤2.2负载的分析计算2.2.1几种典型负载2.2.2负载的折算2.2.3负载的综合计算2.3执行元件的选择2.3.1执行元件概述2.3.2执行电机的选择2.4检测装置的选择2.4.1伺服系统的测速与测角2.4.2检测装置的选择和设计2.5信号转换电路的设计与选择2.5.1概述2.5.2相敏整流电路2.5.3振幅调制线路2.5.4脉冲宽度调制(PWM)线路2.6放大装置的设计与选择2.6.1功率放大装置概述2.6.2放大装置的设计与选择2.7电源设备等装置的设计与选择第二章伺服系统的稳态设计（书：5–1）（书：5–2）（书：5–3）（书：第二章、5–4）（书：5–4）（书：5–4）（书：5–4）对信号转换电路的要求：①对有效信号应不失真的传递②对噪声能有效的抑制可以进行转换的信号的形式：①直流电压②交流电压幅值相位宽度③脉冲信号频率相角2.5.1概述伺服系统中常见的信号转换电路的类型类型输入信号输出信号特点调制解调D/AA/D振幅调制直流电压交流电压（频率固定）输出交流信号幅值与输入电压成正比，相位只有正反两种，对应输入电压的正负。输出的交流信号幅值一定，相位与输入电压一一对应。输出脉冲信号的频率与输入信号的幅值成正比。输出脉冲信号的宽度与输入信号的幅值成正比。输出直流电压的大小与输入交流信号的振幅或相角成正比，正负与输入电压的正反相位相对应。输出直流电压的大小与输入交流信号的频率成正比。将数字输入信号转换成自整角机/旋转变压器输入信号。将自整角机/旋转变压器输入的信号转换成数字信号输出。交流电压或脉冲（频率固定）脉冲脉冲（频率、振幅一定）直流电压直流电压交流信号数字信号直流电压直流电压直流电压交流电压交流电压/脉冲信号的频率数字信号交流信号相位调制频率调制脉宽调制相敏整流频压转换DSC/DRCSDC/RDC2.5.2相敏整流电路信号转换电路输出信号输入放大装置执行机构被控对象检测装置补偿装置大小与输入信号的振幅成正比；交流电压↓直流电压正负与输入信号的正反相位相对应。开关式相敏整流电路模拟乘法器组成的相敏整流电路相敏整流集成芯片开关式相敏整流电路二极管构成的开关式相敏整流电路分类：三极管构成的开关式相敏整流电路集成芯片构成的开关式相敏整流电路②晶体三极管模拟开关解调器晶体三极管模拟开关解调器的组成usrcRfuscT1T2*+-B1T3T4ut*B2usr正半周usr负半周ωtusr0usc0usc’0ωtut0ut正半周ut负半周T1T2T3T4utusrusc**+-B1B2工作原理cRf选定usr的参考方向:ut正半周：T1T2导通，T3T4截止usc=usrut负半周：T1T2截止，T3T4导通usc=-usr空载时：tusr0tusc0tut0ut与usr同相tusr0tusc0tut0ut与usr反相tusr0tut0ut与usr相差Φ角空载时输出特性：t0tut0ut与usr正交usrusc0t0usct传递函数的推导rCRfuscusrrRcsrRR(s)u(s)ufffscsrrRcrRffτ其中：rRRKff1sKτ开关式相敏整流电路总结①其电路中均有一个模拟开关，它能让模拟信号通过，它的通和断由外加参考电压信号控制，与输入信号无关。②具有解调特性：即将输入的交流信号转变成直流信号输出，直流信号的大小与交流信号的振幅成比例，正负与交流信号的正反相位相对应。③能抑制正交干扰。用模拟乘法器做相敏解调器①表示方式usrutusc有两个输入端，一个输出端，输入端分别接usr和ut②集成器件国产：FZ4，BG314，F1595等。国外：LM1496N，MC1499，MC1494/1495等。③输出特性usr与ut同相：usr与ut反相：usr与ut正交：usr与ut有分量：tsinωUu0srsrtsinωUu0tttωsinUtωsinUUuuu02sc02tsrtsrsctsinωUu0srsrtcosωUu0srsr)tsin(ωUu0srsrtωsinUtωsinUUu02sc02tsrsctsin2ωUUtcosωtsinωUUu0tsr00tsrsc2)ttsin(ωsinωUUu00tsrsct]tcosωsinωsintωsin[cosUU0002tsrtsin2ωsin2UUtωsincosUU0tsr02tsr相敏整流集成芯片国产：LZX1等。国外：MC1496，MC1596，AD630等。目前，国内外已有集成的调制-解调芯片：相敏整流线路总结1、输出直流信号大小与输入交流信号的幅值成比例，正负与其正反相位相对应；2、能抑制正交干扰信号。3、当输入信号有一定相角时，可以分解成与ut同相的分量和与ut正交的分量，其输出直流信号的大小与ut同相分量的振幅成比例。2.1设计概述2.1.1速度伺服系统通常的技术要求2.1.2位置伺服系统通常的技术要求2.1.3设计步骤2.2负载的分析计算2.2.1几种典型负载2.2.2负载的折算2.2.3负载的综合计算2.3执行元件的选择2.3.1执行元件概述2.3.2执行电机的选择2.4检测装置的选择2.4.1伺服系统的测速与测角2.4.2检测装置的选择和设计2.5信号转换电路的设计与选择2.5.1概述2.5.2相敏整流电路2.5.3脉冲宽度调制(PWM)线路2.5.4频压转换电路2.6放大装置的设计与选择2.6.1功率放大装置概述2.6.2放大装置的设计与选择2.7电源设备等装置的设计与选择第二章伺服系统的稳态设计（书：5–1）（书：5–2）（书：5–3）（书：第二章、5–4）（书：5–4）（书：5–4）（书：5–4）2.5.3脉冲宽度调制线路(PWM)特点宽度与输入电压的大小成正比；直流电压→脉冲频率固定。实现比较器+-锯齿波发生器187_+64187+_64A1RP1R4R2-15VC1+15VR1+15VA2RP2R3R5abeDWuoauDWbuub2euηu(0)utuCR1uoe3ob1RPuubbo41111u)u(uRRPηRPηb4114o4111uRRPηRuRRηRPη1P♣a点正跳变0uuDWb0uηub2e0utuηCR1uob213o(0)DW411413b241111auRRPηRt)CRuη(-RRPηRPηu0uRtuCRRPηηRRPηuDW4DW13121411a)(1时，当1211431RPηηCRRttDW114omuRPηRuuott1uomDW187_+64187+_64A1RP1R4R2-15VC1+15VR1+15VA2RP2R3R5abeuo♣a点负跳变187_+64187+_64A1RP1R4R2-15VC1+15VR1+15VA2RP2R3R5abeDWuo0uuDWb0uηub2e(0)utuηCR1uob213o时,1211432RPηηCR3RttDW114omuRPηRuDW4114o41111auRRPηRuRRPηRPηuuott1uomt20ua♣锯齿波发生器总结DW114omuRPηRu•由可见，调节电位计RP1可以调节锯齿波的振幅。•由可见，调节电位计RP2可以调节锯齿波的频率，可得到锯齿波的周期，振幅。121431RPηηCRRt12143RPηηCR4RTDW114omuRPηRu比较器187623A3187623A4u0usr用于可逆调速系统中的PWM线路18723641873264A1RP1R4R2-15VC1+15VusrR1+15V-15VA2RP2R3R5R7R618732641873264+15V-15V-15V+15VMR8R9R12R10R11RP3A3A4R15R16VST4VT2VT1VST3R13R14R17R19VT3VT4VD5VD1VT9VT10R20VD3VD4VT8VT7R21R22VD6VT6VT5VD2R18+E+-+15V-15VDW脉宽调制电路usr-15VR7R6187+_64187+_64+15V-15V-15V+15VR8R9R12R10R11RP3A3A4R15R16VST4VST3R13R14+15V-15VuoVT2VT1dgg’ff’hh’ωtusrωtuoωtug、g’ugug’ωtuT1ωtufuT2ωtu’fug’ωtuo+usrug晶体管放大电路2.5信号转换电路的设计与选择MVT2VT1R17R19VT3VT4VD5VD1VT9VT10R20VD3VD4VT8VT7R21R22VD6VT6VT5VD2R18+E+-♣工作状况VT1导通时，VT2导通时，VT3VT4、VT7VT8导通，电流正向；VT5VT6、VT9VT10导通，电枢电流反向；工作方式usr-15VR7R6187+_64187+_64+15V-15V-15V+15VR8R9R12R10R11RP3A3A4R15R16VST4VST3R13R14+15V-15VuoVT2VT1dgg′ff’hh′ωtusrωtuoωtug、g’ugug’ωtuT1ωtufuT2ωtu’fug’ωtuo+usrug传递函数的推导18723641873264A1RP1R4R2-15VC1+15VusrR1+15V-15VA2RP2R3R5R7R618732641873264+15V-15V-15V+15VMR8R9R12R10R11RP3A3A4R15R16VST4VT2VT1VST3R13R14R17R19VT3VT4VD5VD1VT9VT10R20VD3VD4VT8VT7R21R22VD6VT6VT5VD2R18+E+-+15V-15VsrduupUE2.1设计概述2.1.1速度伺服系统通常的技术要求2.1.2位置伺服系统通常的技术要求2.1.3设计步骤2.2负载的分析计算2.2.1几种典型负载2.2.2负载的折算2.2.3负载的综合计算2.3执行元件的选择2.3.1执行元件概述2.3.2执行电机的选择2.4检测装置的选择2.4.1伺服系统的测速与测角2.4.2检测装置的选择和设计2.5信号转换电路的设计与选择2.5.1概述2.5.2相敏整流电路2.5.3脉冲宽度调制(PWM)线路2.5.4频压转换电路2.6放大装置的设计与选择2.6.1功率放大装置概述2.6.2放大装置的设计与选择2.7电源设备等装置的设计与选择第二章伺服系统的稳态设计（书：5–1）（书：5–2）（书：5–3）（书：第二章、5–4）（书：5–4）（书：5–4）（书：5–4）2.5.4频压转换（F/V）电路单相频压转换电路原理utft输出直流电压的大小与输入脉冲的频率成正比；频率信号→直流电压：线路构成整形电路ftftut滤波电路由分立集成线路构成的F/V转换电路CH7555F007486713523246+E-15VuscR3C3C2C1R1R2usr♣由定时器CH7555组成的整形电路CH7555F007486713523246+E-15VuscR3C3C2C1R1R2usr将定时器CH7555接成单稳态触发器，其暂态时间21CR1.1τ♣由运放F007组成的滤波电路33233323srscCRTRRK1TsK1sCR/RR(s)U(s)U其中：用于可逆调速系统中的F/V转换电路锁相调速系统简介ΩcfrΔffc其为负反馈的条件为：ΩrΩcfrfcΔu∝若其为负反馈:Δu=ur-ufΩrΩcΔu正正正正反反反反00000000fr-fcfr+fc-fr-fc-fr+fcfG1(s)F/VΔu∝Δf光电测速码盘转向的判别D触发器fcfc′tttD1D4=11DC1D3236AD5=1D2Ωrfrfcf'