霍淑蘭，李瑞福，金 重，蔡 丹

（1.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110168；2.中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī) (集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

坐標(biāo)鏜床的位置精度要求較高，其工作臺(tái)要求以極低的速度移動(dòng)，從而獲得精確的定位。但工作臺(tái)以極低的速度移動(dòng)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，這種爬行現(xiàn)象會(huì)破壞工件表面的質(zhì)量。為了避免出現(xiàn)以上情況，對(duì)工作臺(tái)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置提出了較高的要求。

晶體管PWM直流調(diào)速裝置因其具有頻率高、晶體管“結(jié)電容”小、電流脈動(dòng)小及電源的功率因數(shù)高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于坐標(biāo)鏜床的工作臺(tái)運(yùn)行控制中。

一、晶體管PWM直流調(diào)速裝置的組成及工作原理

晶體管PWM直流調(diào)速系統(tǒng)，是由電流小閉環(huán)和速度大閉環(huán)組成的雙閉環(huán)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路三部分?？刂苹芈酚伤俣日{(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、三角波發(fā)生器、脈寬調(diào)制解調(diào)器組成。主回路由整流電路及晶體管PWM調(diào)制器組成。其部分設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

其工作原理是：電源單元為其他功能模塊提供+5V、-5V、+12V、-12V直流電源。速度調(diào)節(jié)器及電流調(diào)節(jié)器均采用比例積分調(diào)節(jié)器。兩者之間采用相互串聯(lián)的連接方式，速度調(diào)節(jié)器輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，電流調(diào)節(jié)器的輸出作為脈寬調(diào)制器的控制電壓，控制電壓與三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波信號(hào)進(jìn)行疊加，產(chǎn)生脈寬調(diào)制方波，此方波經(jīng)過(guò)晶體管功放電路放大后直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

二、晶體管PWM直流調(diào)速裝置在坐標(biāo)鏜床中的應(yīng)用方案

晶體管PWM直流調(diào)速裝置具有功能強(qiáng)大、控制更可靠、結(jié)構(gòu)更緊湊、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本案例中采用的直流電機(jī)額定直流輸出電壓0～110V，電流10～20A。

1.系統(tǒng)配置及電氣連接。

系統(tǒng)框圖如圖2所示。方案中，選用晶體管PWM直流調(diào)速裝置作為坐標(biāo)鏜床的工作臺(tái)主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，調(diào)速器額定電流為20A，速度反饋采用測(cè)速發(fā)電機(jī)反饋形成速度閉環(huán)，輸出電壓非線性誤差不超過(guò)額定電壓的0.1%～0.5%，精度很高。同時(shí)，回路系統(tǒng)配有輸入電抗器、快速熔斷器以及直流電機(jī)的散熱風(fēng)機(jī)的控制與保護(hù)回路。

由于設(shè)備內(nèi)部連鎖較復(fù)雜，控制要求該系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)能夠可逆運(yùn)行，邏輯控制環(huán)節(jié)采用西門(mén)子S7-200小型可編程序控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，工作臺(tái)速度通過(guò)外接電位器來(lái)設(shè)定。通過(guò)以上控制產(chǎn)品的結(jié)合，充分利用了成熟的高新技術(shù)使直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)能在本質(zhì)上得到極大改善，使坐標(biāo)鏜床充分發(fā)揮了它高效穩(wěn)定的加工能力，創(chuàng)造出較高的經(jīng)濟(jì)效益。

2.參數(shù)調(diào)節(jié)。

晶體管PWM直流調(diào)速裝置設(shè)有6個(gè)可調(diào)電位器，分別為速度調(diào)節(jié)器比例放大倍數(shù)調(diào)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器輸出限幅值調(diào)節(jié)、反饋電壓調(diào)節(jié)、電流正反饋調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器輸出限幅值調(diào)節(jié)及給定電壓調(diào)節(jié)。

設(shè)備安裝就緒后，需要專業(yè)人員根據(jù)電機(jī)及負(fù)載具體情況對(duì)各電位器進(jìn)行調(diào)整，設(shè)備才能正常運(yùn)行。

在調(diào)試的過(guò)程中，加減速時(shí)間的調(diào)整對(duì)工作臺(tái)有很大影響，如果減速時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致切換方向時(shí)工作臺(tái)不能及時(shí)停止而沖出限位，發(fā)生事故；但如果加減速時(shí)間太短，則換向時(shí)間太短，工作臺(tái)容易發(fā)生很大的聲響。

三、晶體管PWM直流調(diào)速裝置的有益效果及優(yōu)點(diǎn)

1.采用在低轉(zhuǎn)速、小電流下的速度自適應(yīng)技術(shù)和并聯(lián)限流技術(shù)而大大的加寬了調(diào)速范圍，采用直流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍可超過(guò)1:1 000，可以用于精密數(shù)控機(jī)床進(jìn)給控制系統(tǒng)上。

2.該裝置可與主電路共地運(yùn)行，且只需一路控制電源，克服了常規(guī)驅(qū)動(dòng)器裝置需要多路隔離電源的缺點(diǎn)。同時(shí)，可接受40～70Hz范圍內(nèi)的電源頻率，而且具有抗電源干擾的性能。電樞控制裝置不受相序旋轉(zhuǎn)的影響。

3.該裝置是一種雙閉環(huán)邏輯無(wú)環(huán)流電樞可逆的調(diào)速系統(tǒng)，采用一個(gè)帶并聯(lián)限流環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是一個(gè)參數(shù)分別可調(diào)的PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出通過(guò)限流電路直接驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路，避免了由于電流內(nèi)環(huán)而產(chǎn)生的延時(shí)。低速時(shí)，與轉(zhuǎn)速給定有關(guān)的反饋改變產(chǎn)生了良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

四、結(jié)語(yǔ)

用晶體管PWM直流調(diào)速裝置控制坐標(biāo)鏜床的工作臺(tái)后，工作臺(tái)主傳動(dòng)、進(jìn)給傳動(dòng)、啟制動(dòng)及調(diào)速性能都很好，實(shí)踐證明該系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比、參數(shù)調(diào)節(jié)方便、自身保護(hù)完備以及故障率低等優(yōu)點(diǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

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[3]陳伯宇.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

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