测控电路内科大老师上课ppt8

第八章逻辑控制电路二值可控元件驱动电路可编程逻辑器件控制电路开环控制闭环控制(一)开环控制测量电路控制电路扰动量传感器放大电路输出变换电路设定电路执行机构给定机构被控对象图1-8开环控制系统的基本组成精度不高:一、对扰动的测量误差影响控制精度。二、扰动模型的不精确性影响控制精度。（二）闭环控制设定电路比较电路校正电路变换电路给定机构执行机构被控对象输出传感器扰动放大电路控制电路图1-9闭环控制系统的基本组成加校正电路主要考虑从发现输出量发生变化到执行控制需要一段时间，为了提高响应速度常引入微分环节。另外，当输出量在扰动影响下作周期变化时，由于控制作用的滞后，可能产生振荡。为了防止振荡，需要引入适当的积分环节。在实际电路中，往往比较电路的输出先经放大再送入校正电路，视需要可能再次放大第一节二值可控元件驱动电路一、功率开关驱动电路二、继电器与电磁阀驱动电路三、步进电动机驱动电路一、功率开关驱动电路分类：按照电路中所采用的功率器件类型分类，常见的有晶体管驱动电路、场效应管驱动电路和晶闸管驱动电路等类型。按照电路所驱动的负载类型分类，常见的有电阻性负载驱动电路和电感性负载驱动电路等类型。按照电路所控制的负载电源类型分类，常见的有直流电源负载驱动电路和交流电源负载驱动电路等类型（一）晶体管直流负载功率驱动电路+EcVDZLILUiRVIb图8-1晶体管功率驱动电路负载所需的电流不太大设计要点:合理确定Ui、R与V的电流放大系数值之间的数值关系，充分满足IbIL/，可确保V导通时工作于饱和区，以降低V的导通电阻及减小功耗。（二）场效应晶体管直流负载功率驱动电路用于功率驱动电路的场效应晶体管称为功率场效应晶体管。功率场效应晶体管是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，所需的驱动功率很小，对驱动电路要求较低。功率场效应晶体管具有较高的开启阈值电压，有较高的噪声容限和抗干扰能力。场效应晶体管大多数为绝缘栅型场效应管，亦称MOS场效应管。功率场效应晶体管在制造中多采用V沟槽工艺，简称为VMOS场效应管。其改进型则称为TMOS场效应管图8-2场效应晶体管功率驱动电路a)VMOS场效应管电极b)场效应管驱动电路VSVDVUiRILZL+Ecb)a)漏极D栅极GVDS源极S（三）晶闸管交流负载功率驱动电路交流负载的功率驱动电路，通常采用晶闸管来构成。晶闸管有单向晶闸管和双向晶闸管两种类型。图8-3a单向晶闸管图形符号阳极A门极G阴极K单向晶闸管亦称单向可控硅（SCR）一、导通条件二、关断条件单向晶闸管的工作状况：晶闸管导通条件：在阳极A与阴极K之间加正向电压，同时在门极G与阴极K之间加正向电压（触发），这样阳极A与阴极K之间即进入导通状态。晶闸管一旦导通，只要阳极A与阴极K之间的电流不小于其维持电流IH，门极G与阴极K之间是否还存在正向电压，对已经导通的晶闸管完全没有影响。阳极A门极G阴极K晶闸管关断条件：主电极阳极A与阴极K之间的电流小于其维持电流IH，晶闸管即进入关断状态。电极MT2门极G电极MT1图8-3b双向晶闸管图形符号双向晶闸管亦称双向半导体开关元件（TRIAC）与单向晶闸管相比较，双向晶闸管的主要区别是：①在触发之后是双向导通的；②触发电压不分极性，只要绝对值达到触发门限值即可使双向晶闸管导通。图8-4交流半波导通功率驱动电路Ui~uV1V3R1P1R2R3R5R4P2CZLIL+EVDVSV2VLC4N25KGAb1b2e实用中应注意:如果驱动的是感性负载，必须设置合理的关断泄流回路，一方面可保护开关器件，另外也可起到消除对外电磁干扰的作用。二、继电器与电磁阀驱动电路继电器广泛用于生产控制和电力系统中，具有接触电阻小、流通电流大和耐压高等优点，至今仍无法用无触点器件取代对继电器或接触器的驱动，实际上是对其励磁线圈电流通断的控制。继电器励磁线圈所需的励磁电源有直流与交流两种。图8-5交流继电器的控制3-相/50Hz/380VA1B1C1+5VKD1-1KA1UiKA1-1A2B2C2VDKD1RV三、步进电动机驱动电路步进电动机简称步进电机，可在开环条件下十分方便地将数字系统的脉冲数转变成与其相对应的角位移或线位移，因而是控制系统中常用的自动化执行元件。图8-6步进电动机控制电路框图A+步进脉冲脉功B+冲率C+步进方向分放A配大B电源控制电电C路路电动机脉冲分配电路亦称环行分配器，用来对输入的步进脉冲进行逻辑变换，产生给定工作方式所需的各相脉冲序列信号。功率放大电路对脉冲分配电路输出的信号进行放大，产生使电动机旋转所需的激磁电流。步进方向信号指定各相导通的先后次序，用以改变步进电机旋转方向。电源控制信号用来在必要时使各相电流为零，以达到降低功耗等的目的。脉冲分配电路可用数字电路组合、软件序列分配、专门单片集成元件、GAL器件等构成。功率放大电路的特性对步进电机的性能有极其明显的影响。功率放大电路有单电压、双电压、斩波稳流、步距细分等类型。（一）单电压功率放大电路图8-7单电压功率放大电路UiVDVSRRLRCLILV+Ec步进电机每相绕组的供电都是由功率开关电路来执行的，三相步进电机应有三个功率放大电路单元图8-8绕组电流IL的波形a）Ui频率低时b）Ui频率高时UiILa)UiILb)同时增大外接电阻RC和电源电压Ec，可使步进电机转速高时的输出转矩显著提高，但同时使功耗急剧增大功耗的增加一方面降低了效率，使电源体积庞大；另一方面引起电气部件发热，增大系统故障的发生率。为此，发展了双电压、斩波稳流等驱动电路（二）斩波稳流式功率放大电路图8-9斩波稳流式功率放大电路光耦合器UR+80VVLC∞-++N&1RDCQDG1DG2DFR1R2R3R4R1RLUpUiVS2VD2VS1V1VD1V2+12V+5VLILR6Uq经D触发器引入Up信号的主要目的是给定超声斩波频率，以避免单纯由R6上的电压波动来控制V1通断引入的不规则噪声。第二节可编程逻辑器件(PLD)PLD与定制器件的主要区别是可编程性，其逻辑功能可由用户构造或设置。使用PLD设计优点灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，降低系统故障率。PLD从其出现至今，经历了由PROM、FPLA到PAL和GAL的发展过程。图8-10PLD电路单元图形符号及其真值表B=AAAABDEFC=A00001B01001ABC1000100111001110DEF图8-11通常与门和PLD与门的图形符号ABCA&BD&DC图8-12通常或门和PLD或门的图形符号ABCA1BD1DC可编程阵列逻辑PAL（一）PAL器件结构（二）PAL器件的类型（三）PAL器件的应用实例（一）PAL器件结构图8-13PAL器件的基本逻辑结构输入&&&&&&&&&&&&&&&&1111O2O1O0O3输出可编程的“与”阵列不可编程的“或”阵列I0I1I2I3（二）PAL器件的类型主要分20引脚和24引脚两大类，还有40（或44）和80（或84）引脚的宏PAL器件按电路能耗又可分为标准型、半功耗和1/4功耗型；按运行速度又可分为标准型、高速和超高速型；按可靠性又可分为军用和民用等。（三）PAL器件的应用实例图8-14二相四绕组步进电动机驱动原理图+E步进电动机步进时钟CK环功选中信号E1行Q0率A选中信号E2分Q1驱B初态设置S配Q2动C转向控制D电Q3电D路路图8-15环行分配器输出信号4序逻辑Q01,01,1Q20,00,1表8-1二相四绕组步进电机驱动步序步进步序10101010正转反转Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q31101010102100101103010101014011010011表8-2步进电机状态功能选择升沿0001步进电机反向旋转CKE1E2SD状态功能任意1任意任意任意保持电动机当前状态任意任意1任意任意保持电动机当前状态升沿001任意设置输出为初状态升沿0000步进电机正向旋转图8-16电动机驱动步序卡诺图Q0nQ0n01101100D1001D0011Q2nQ2na)b)8.1已知某直流电磁阀的驱动电流为6A，用2mA的标准TTL电平实施控制，试设计一合适的驱动电路。按照图组成电路：其中场效应晶体管V1采用IRF640，耐压200(V)，极限工作电流15(A)；泄流二极管VD需耐压200(V)，极限工作电流10(A)；箝位二极管VS的箝位电压为6.8(V)，极限工作电流100(mA)；电阻R1为510()，电源Ec按照直流电磁阀的要求取定。+ECVDZLILR1VV1UiVS8-2若图8-4中的负载ZL是电阻加热器，应在电路中做何改动以便实现不同加热速度的给定？改动后的电路如图所示。Ui为控制加热开始和停止的电平信号。Us则为5kHz的矩形波。通过改变Us的占空比，可控制V1的导通角，从而实现不同加热速度的给定。EZLILP1R5R1VDR2R3~ueb2AV14N25R6SCR1VSb1V2C1R4UiK4N25P2USR78-3图8-9的电路应如何改动，才能使图8-6中的电源控制信号发挥作用？改动后的电路如图所示。增加正与门D5，Us为实现电源控制的电平信号。当Us为高电平时，D5的输出由步进脉冲信号Ui控制；当Us为低电平时，D5的输出为低电平，强制V1与V２截止，步进电动机各绕组电流为零+5V+80V光耦合器R4D1R3UpDQUqVD3C1V1RVD1R1ND3UR&+12VLILR2NR5RLUi&D51D4V2UsVD2GNDR6VD4图X8-38-4试设计一完整的三相步进电动机驱动电路。采用3个题8-3图所示的电路单元，并配置相应的环行分配器电路，即可实现对三相步进电动机的驱动。基本电路如图所示，其中Up为斩波信号，Ui为步进脉冲信号，Ud为旋转方向控制信号，Us为电源控制信号。Up50kHz振荡器+A功率驱动电路AAUi光耦合器环行+BUd光耦合器分配器功率驱动电路BB电动机Us光耦合器+C功率驱动电路CCAC-DC电源图X8-4