电气自动控制原理与系统第十一章ppt课件.ppt

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1、第十一章位置随动控制系统第一节概述第二节位置检测装置第三节步进电动机位置随动控制系统第四节直流伺服电动机位置随动控制系统第五节交流伺服电动机位置随动控制系统第六节位置随动控制系统仿真本章小结主要内容第一节概述位置随动控制系统用来实现对机械运动的位置控制。如电子望远镜的方位瞄准等控制。典型位置随动控制系统的系统框图如图11-1所示，系统有位置环、速度环和电流环三个反馈回路。其中，位置环为主环，主要起消除位置偏差的作用；速度环和电流环为副环，速度环起稳定转速和限制加速度的作用，电流环起稳定电流和限制电流过大的作用。在位置控制精度要求较高而且驱动力矩又较大

2、的场合，多采用闭环位置随动控制系统。位置环是必需的，而速度环和电流环可根据需要设置。图11-1位置随动控制系统框图·位置随动系统和调速系统都是反馈控制系统。·调速系统给定量通常为恒值，要求系统维持恒速，所以抗干扰性能作为其主要指标。随动系统给定量通常是变化的，要求输出准确跟踪，因而跟随性能成为它的主要指标。对于位置随动系统来说，要实现位置反馈，则结构上必须包含有位置闭环。根据位置检测与比较所采用的不同方式，位置随动系统可分为模拟式与数字式两类，而数字式中又有脉冲控制、相位控制与编码控制三种。第二节位置检测装置位置随动系统中常用的位移检测装置有感应同步

3、器（直线和圆盘）、光电编码盘和光电编码器等。感应同步器感应同步器是一种测量位移的平面形状变压器式的检测元件，按其结构特点分为直线式和圆盘式两种。直线式用于直线位移测量，圆盘式用于角位移测量。感应同步器具有检测精度高（可达1μm），分辨力高（可达0.2μm），测量速率可达50m/min，抗干扰性强、寿命长、维护方便。直线感应同步器由定尺和滑尺组成。利用滑尺和定尺上的励磁绕组和感应绕组之间随着他们相对位置变化而产生互感系数的变化发出相应的位移电信号，达到位置测量目的。位置的检测装置图11-2直线式感应同步器定尺上感应产生的电压U2＝KUmsin(ωt-θ

4、)式中k为耦合系数；Um为正弦励磁电压Us的最大幅值；θ为滑尺绕组相对于定尺绕组的空间相位角通过鉴别定尺感应电动势的相位θ大小测得滑尺和定尺的相对位移量x（11-1）位置的检测装置光电编码盘编码盘是把被测转角直接转换成相应代码的检测元件。编码盘按其工作原理可分为光电式、接触式和电磁式三种。光电式编码盘在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。工作时，编码盘的一侧放置电源，另一侧放置光电接受装置，每个数位都对应有一个光电管及放大、整形电路。编码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转成相应的电信号，经放大整形后，成为相应数码电信号。光电编码盘图11-3

5、4位二进制的编码盘图11-44位二进制循环编码盘光电编码盘图11-5带判位光电装置的二制循环编码盘位置的检测装置光电编码器光电编码器又称位移编码盘。属于增量式编码器。光电编码器由两个偏圆盘组成，圆盘的边缘上刻有相等角距的缝隙（分成透光和不透光部分），其中相邻的透光与不透光线纹构成一个节距。联在电动机的轴上的圆盘与电动机以相同的速度旋转，另一圆盘是固定不转的，与旋转的圆盘平行放置，在平行的圆盘两侧分别安装光源和光敏元件。当旋转的圆盘随工作轴一起转动时，每转过一个缝隙就发生一次光线的明暗变化，经过光敏元件，就产生一个近似正弦的电信号。位置的检测装置信号经

6、放大、整形处理，得到一定幅值和功率的电脉冲输出信号。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可求出旋转速度。图11-6光电编码器简图位置的检测装置光电编码器的测量精度取决于它所分辨的最小角度，而这与编码盘圆周所分的缝隙条数有关，即为判断电动机的旋转方向，在固定圆盘缝隙群中制出两个错开1/4节距的相邻缝隙。这两个缝隙各对应一套光电转换装置，得到两组不同的光电脉冲，分别称为FTA与FTB相脉冲。它们在相位上相差1/4周期，即相差电角度。正转时，FTA相超前于FTB相；反转时，FTB相超前于FTA相。（11-2）（11-3）位置的检测装置在圆盘的里圈不透

7、光园环上还刻有一条透光条纹，用来产生一转脉冲的信号，即电动机每转过一转就发出一个脉冲，称之为FTF脉冲，用于找出电动机在初始状态的绝对位置。第三节步进电动机位置随动控制系统典型步进电动机位置随动控制系统组成框图如图11-7所示。主要由三部分组成：环形分频器、功率驱动装置和步进电动机。图11-7步进电动机位置随动控制系统框图一、步进电动机工作原理步进电动机按励磁方式可分为：反应式、永磁式和混合式三种。以反应式步进电动机为例介绍其工作原理。步进电动机电源一般都采用单极性直流电源。要使步进电动机转动，就必须对步进电动机的定子各相绕组按适当的时序进行通电。三

8、相反应式步进电动机结构简图如图11-8所示。定子三对磁极，磁极上有若干个小齿，每两个相对磁极组成一相，即U、