直流伺服电机调速控制系统解析，直流伺服电机的调速控制方式

当系统在某一较小的转速给定电压U+n作用下启动时，开始一瞬间电机并未转动，故转速反馈电压Un=0，反馈偏差电压ΔUn=U+n，通过放大器后，输出较大的Uct，触发器输出的触发角α将由起始状态时的90o下降，整流器输出电压也由Ud=0上升到某一较大的值，电动机在这一电压作用下（电流不超过允许值时）启动运转。随着转速的上升，反馈电压Un上升，则转速偏差电压ΔUn下降，Uct随之下降，α上升，整流器输出电压Ud也下降，电动机转差率也下降，直到转速n接近给定转速，即反馈电压Un接近，电机即平稳运转。如前所述，电机转速只能接近给定转速，偏差大小与放大倍数紧密相关。但这种系统从原理上说就是有偏差的，故称为有差调速系统。

　　晶闸管供电转速电流双闭环直流调速系统

　　前面所述的转速负反馈单闭环调速系统实际上是不能用于数控机床进给系统，对于数控机床上要求高的调速系统，则要求快速启动、制动，动态速降要小等，通常采用转速电流双闭环系统。

　　转速电流双闭环调速系统如图所示。为了实现转速和电流两种反馈分别起作用，系统中设置了两个调节器，分别对转速和电流进行调节，两者之间实行串级联接。

　　2、晶体管直流脉宽（PWM）调速系统

　　（1）原理：利用大功率晶体管的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，加到直流电动机的电枢上；通过调整控制方波脉冲宽度来改变电枢的平均电压，从而调节电机的转速。

　　直流电机电压的平均值

　　其中，T为脉冲周期，Ton为导通时间

　　特点：控制电路简单，不需附加关断电路，开关特性好。广泛应用中、小功率直流伺服系统。

　　（2）PWM系统的组成

　　USr——速度指令转化过来的直流电压；

　　U△——三角波；

　　USC——脉宽调制器的输出（USr+U△）；

　　Ub——调制器输出的经脉冲分配、由基极驱动转换过来的脉冲电压。

　　控制回路：速度调节器、电流调节器、固定频率振荡器及三角波发生器、脉宽调制器和基极驱动电路组成。

　　区别：与晶闸管调速系统比较，速度调节器和电流调节器原理一样。不同的是脉宽调制器和功率放大器。

　　PWM系统的脉宽调制器

　　作用：将电压量转换成可由控制信号调节的矩形脉冲，为功率晶体管的基极提供一个宽度可由速度指令信号调节的脉宽电压。

　　组成：调制信号发生器（三角波和锯齿波两种）和比较放大器。

　　晶体管调速系统主电路

　　开关功率放大器是脉宽调制速度单元的主回路，其结构形式有两种，一种是H型（也称桥式） ，另一种是T型。每种电路又有单极性工作方式和双极性工作方式之分，而各种不同的工作方式又可组成可逆开关放大电路和不可逆开关放大电路。

　　图示为广泛使用的H型开关电路的工作原理图，它是由四个二极管和四个功率管组成的桥式回路。直流供电电源+Ed由三组全波整流电源供电。脉宽调制器输出的脉冲波u1、u2、u3、u4经光电隔离器，转换成与各脉冲相位和极性相同的脉冲信号U1、U2、U3、U4，并将其加到开关功率管VT1～VT4的基极。当电机正常工作时，在0《t《t1的时间区间内，U2、U3为高电平，功率晶体管 VT2、VT3导通，此时电源、+Ed加到电枢的两端，向电机供电，电流方向是从电源+Ed经VT3→电机→VT2→回到电源。在t1≤t《t2时间段U1、U3均是低电平，VT1和VT3截至，+Ed被切断。而此时U2仍为高电平，此时，由于电枢电感的作用，电流经VT2和续流二极管VD4继续流通。在t2≤t《t3时，U2、U3又同时为正，+Ed又经VT2和VT3加至电机两端，电流继续流通。在t3≤t《T时，U2、U4同时为负，电源又被切断，而U3为正，所以电枢电流经VT3和VD1续流，如此往复循环。主回路得到的电压UAB是在+Ed和O之间变化的脉冲电压。

　　双极性和单极性的电路原理图是一样的，所不同的是右边两个管子的驱动信号不同。

　　晶体管直流脉宽（Pulse Width ModulaTIon，PWM）调速系统

　　（1）直流PWM伺服驱动装置的工作原理

　　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控制的示意图如图所示，可控开关S以一定的时间间隔重复地接通和断开，当S接通时，供电电源U通过开关S施加到电动机两端，电源向电机提供能量，电动机储能；当开关S断开时，则中断电动机的能量供给。在开关S断开期间电枢电感所储存的能量则