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伺服放大器的原理圖解,伺服放大器原理圖、參數(shù)要求及其輸出電流的計(jì)算

作者: 時(shí)間:2017-10-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  放大器是用來控制電機(jī)的一種控制器,其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá),屬于系統(tǒng)的一部分,主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機(jī)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位,目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201710/367380.htm

  作用是將輸入指令信號(電壓)同系統(tǒng)反饋信號(電壓)進(jìn)行比較、放大和運(yùn)算后,輸出一個(gè)與偏差電壓信號成比例的控制電流給伺服閥力矩馬達(dá)控制線圈,控制伺服閥閥芯開度大小,并起限幅保護(hù)作用。

  

  作用與原理

  的作用是將多個(gè)輸入信號與反饋信號進(jìn)行綜合并加以放大,根據(jù)綜合信號極性的不同,輸出相應(yīng)的信號控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。當(dāng)輸入信號和反饋信號相平衡時(shí),伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸便穩(wěn)定在一定位置上。

  伺服放大器組要由前置磁放大器、觸發(fā)器、晶閘管主回路和電源等部分組成,其組成如下圖所示。

  

  為適應(yīng)復(fù)雜的多參數(shù)調(diào)節(jié)的需要,伺服放大器設(shè)置由三個(gè)輸入信號通道和一個(gè)位置反饋信號通道。因此,它可以同時(shí)輸入三個(gè)輸入信號和一個(gè)位置反饋信號。在單參數(shù)的簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,只使用其中一個(gè)輸入通道和反饋通道。

  在伺服放大器中,前置磁放大器把三個(gè)輸入信號和一個(gè)反饋信號綜合為偏差信號,并放大為電壓信號U22-21輸出。此輸出電壓同時(shí)經(jīng)觸發(fā)器1(或2)轉(zhuǎn)換成觸發(fā)脈沖去控制晶閘管主回路1(或2)的晶閘管導(dǎo)通,從而將交流220V電源加到兩相伺服電機(jī)繞組上,驅(qū)動(dòng)兩相伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)△1》0時(shí),U22-21》0,觸發(fā)器2和主回路2工作,兩相伺服電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)△1《0時(shí),,觸發(fā)器1和主回路1工作,兩相伺服電機(jī)反轉(zhuǎn);兩組觸發(fā)器和兩組晶閘管主回路的電路組成及參數(shù)完全相同,所以當(dāng)輸入信號和與位置反饋電流If相平衡,前置磁放大器的輸出U22-21≈0,兩觸發(fā)器均無觸發(fā)脈沖輸出,主回路1和2中的晶閘管阻斷,兩相伺服電動(dòng)機(jī)的電源斷開,電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

  由此可見,伺服放大器相當(dāng)于一個(gè)三位式無觸點(diǎn)繼電器,并具有很大的功率放大能力。

  伺服放大器由指令和反饋比較處理、調(diào)零電路、限流電路、前置放大、功率放大等功能模塊組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

  

  伺服放大器的具體電路原理圖如圖3所示。

  

  前置放大電路的作用是把指令和反饋輸入信號進(jìn)行比較和放大。該電路K。、Fbk分別為輸入信號和反饋信號,通過電位器j匕調(diào)節(jié)電路增益,使其適應(yīng)功率放大電路的要求,使電路電壓前后級達(dá)到匹配。調(diào)零電路的作用是通過在前置放大電路疊加可調(diào)電壓,調(diào)整電路基準(zhǔn)電壓。通過調(diào)節(jié)電位器如進(jìn)行零偏補(bǔ)償,克服伺服放大器系統(tǒng)偏置。

  限流電路的作用是限定流過伺服閥線圈的最大電流,避免線圈過載,保護(hù)伺服閥,限制液壓系統(tǒng)最大流量。該電路由運(yùn)放ulD、U2A,二極管D。、D:和可調(diào)電壓源構(gòu)成,通過電位器R。,調(diào)節(jié)功率放大級的輸入電壓的幅度,達(dá)到限定輸出電流目的。功率放大電路的作用是將小功率電壓信號轉(zhuǎn)換放大為功率較大的電流信號,以便提供足夠的伺服閥額定電流,以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。并且要求有良好的抗干擾能力和靜、動(dòng)態(tài)性能,該電路利用NPN和PNP型三極管的基極和發(fā)射級相互連接在一起,信號從基極輸入,發(fā)射極輸出。電路可看成由2個(gè)射極輸出器組合而成,構(gòu)成推挽功率放大電路,分別在輸入信號正負(fù)半周期內(nèi)工作。另外,還可在輸出電流中疊加一個(gè)由8038芯片產(chǎn)生的高頻顫振信號,以提高伺服閥分辨率和防止由于庫侖摩擦力導(dǎo)致的閥芯卡滯。

  伺服放大器參數(shù)要求

  伺服放大器作為驅(qū)動(dòng)電液伺服閥的一種電子設(shè)備,相應(yīng)參數(shù)有一定要求:

 ?。?)輸入電壓在±lO V內(nèi),方便計(jì)算機(jī)和可編程控制器等指令元件實(shí)現(xiàn)控制;

  (2)輸出電流±10一±100 n認(rèn)可調(diào),以便適應(yīng)各種型號力矩馬達(dá)伺服閥;

 ?。?)伺服放大器線性度誤差小于3%Fs;

 ?。?)具有反饋接入端,以便構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng);

  (5)為適應(yīng)伺服系統(tǒng)高頻響的特性,伺服放大器頻寬大于l 200 Hz;

 ?。?)具有最大輸出電流限制和輸出短路保護(hù)功能,可限制伺服閥最大流量和防止輸出線路短接導(dǎo)致故障。

  

  伺服放大器的輸出電流計(jì)算

  伺服閥線圈為伺服放大器的負(fù)載,相當(dāng)0.3 H電感和80 Q電阻組成的感性阻抗,為了使功率級的輸出控制電流正比于輸入電壓信號,采用了電阻如。與負(fù)載線圈串聯(lián),并將其上電壓經(jīng)電阻如反饋到放大器的反相輸入端,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,精確調(diào)整功率級輸出電流。因?yàn)楣β始壏答侂妷菏怯呻娏鳟a(chǎn)生的,故稱為電流負(fù)反饋。引入電流負(fù)反饋以后,在額定負(fù)載范圍內(nèi),負(fù)載阻抗變化基本不影響功率級輸出電流變化,伺服放大器相當(dāng)一個(gè)恒流源。

  根據(jù)運(yùn)放虛短和虛斷原理,可以推出:

  

  式中K為前置放大電路增益。

  伺服放大器輸出電流和輸入電壓成線性,并和負(fù)載無關(guān),趨于恒流源



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