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面向电机控制的无传感器矢量控制技术继续发展
面向电机和功率级动态特性的建模技术可以大幅提 高电机控制效率,确保根据系统行为的实时变动实行精 密控制。通过无传感器矢量控制技术,设计人员可以增 强电机系统的性能,降低功耗,并且符合旨在提高能效 的新法规要求。基于新一代数字信号处理技术的新型电 机控制方案有望加速控制方案的运用。
在过去十年中,随着永磁体材料的不断发展和勘测到的资 源越来越容易开采,采用永磁体同步电机(PMSM)的工业 应用高性能变速电机越来越多。使用PMSM驱动的先天优 势包括:高扭矩重量比、高功率因数、响应较快、结实耐 用的构造、易于维护、易于控制以及率。高性能速度 和/或位置控制要求准确判定转轴位置和速度,使相位激励 脉冲与转子位置同步。 因而电机轴上需安装编码器和 磁性旋转变压器等速度和位置传感器。然而,在大多数应 用中,这些传感器会带来多种弊端,例如:可靠性递减, 易受噪声影响,成本和重量增加,以及驱动系统较复杂 等。无传感器矢量控制则不需要速度/位置传感器,因而这 些问题也就不复存在
同相放大器电路。组装新电路之前,请记得关闭电源。从R2 =1 kΩ开始。
施加一个500Hz正弦波,CA-V设置为2.0V小值和3.0V大值(1Vp-p,以2.5V为中心),并在示波器上显示输入和输出波形。测量此电路的电压增益,并与课堂上讨论的原理进行比较。导出波形图并将其包含在实验报告中。
图形实例如图9所示。
Figure 9. Noninverting amplifier plot.
图9. 同相放大器曲线
将反馈电阻(R2)从1 kΩ增加到约4.7 kΩ。记住,你可能需要降低输入的幅度以防止输出饱和(削波)。现在的增益是多少?
增加反馈电阻,直到削波开始——也就是说,直到输出信号的峰值因为输出饱和而开始变平。记录这种情况发生时的电阻。现在将反馈电阻增加到100 kΩ。在你的笔记本中描述并绘制波形。此时的理论增益是多少?考虑此增益,输入信号必须小到什么程度才能使输出电平始终**5V?尝试将波形发生器调整为此值。描述所实现的输出。
T后一步强调高增益放大器的重要考虑因素。对于小输入电平,高增益必然意味着大输出。有时候,这可能导致意外饱和,原因是对某些低电平噪声或干扰进行了放大,例如对拾取自电力线的杂散60 Hz信号的放大。放大器会放大输入端的任何信号......无论你是否需要!
运算放大器用作比较器
将运算放大器配置为比较器,便可利用运算放大器的高固有增益和输出饱和效应,如图10所示。这本质上是一个二元状态决策电路:如果“+”端子上的电压大于“–”端子上的电压,VIN > VREF, 则输出变为高电平(在其大值时饱和)。相反,如果VIN < VREF,则输出变为低电平。电路比较两个输入端的电压,根据相对值产生输出。与之前的所有电路不同,输入和输出之间没有反馈;对于这种情况,我们说电路是开环运行的。
Figure 10. Op amp as a comparator.
断开电源后,修改反相放大器电路,如图7所示。重新连接电源,然后使用数字输出控件填写以下两个表格。在个表格中,记录每个数字输出的低电压和高电压。在高阻模式下使用CB-H示波器输入来完成此任务。在*二个表格中,记录PIO 0、PIO 1、PIO 2、PIO 3的所有16种1和0组合的输出电压。你还应确 认,当所有四位悬空或处于高阻(X)状态时,输出电压确实为2.5 V。
表1. 低电压和高电压
数字引脚 低电压 高电压
PIO 0
PIO 1
PIO 2
PIO 3
表2. 输出电压
数字位 输出电压
P3, P2, P1, P0
0000
0001
0010
0011
0100
使用电阻值计算每个输入组合的预期输出电压,并与测量值进行比较。
同相放大器:
同相放大器配置如图8所示。与单位增益缓冲器一样,此电路具有(通常)较好的高输入电阻特性,因此它可用于缓冲增益大于1的非理想信号源。
Figure 8. Noninverting amplifier with gain.
图8. 具有增益的同相放大器
缓冲器曲线
移除10kΩ负载,代之以1kΩ电阻。记录幅度。现在移动引脚3和2.5V之间的1kΩ负载,使其与4.7kΩ电阻并联。记录输出幅度如何变化。你能预测新的输出幅度吗?
简单放大器配置
反相放大器:
图5所示为常规反相放大器配置,输出端有10 kΩ负载电阻。
Figure 5. Inverting amplifier configuration.
图5. 反相放大器配置
现在使用R2=4.7kΩ组装图5所示的反相放大器电路。组装新电路之前,请记住断开电源。根据需要切割和弯曲电阻引线,使其平放在电路板表面,并为每个连接使用短的跳线(如图1所示)。记住,试验板有很大的灵活性。例如,电阻R2的引线不一定要将运算放大器从引脚2桥接到引脚6;你可以使用中间节 点和跳线来绕过该器件。
重新连接电源并观察电流消耗,确保没有意外短路。现在将波形发生器调整为500 Hz正弦波,设置为2.1 V小值和2.9 V大值(0.8 V p-p,以2.5 V为中心),并再次在示波器上显示输入和输出。测量和记录此电路的电压增益,并与课堂上讨论的原理进行比较。导出输入/输出波形图,并将其包含在实验报告中。
图形实例如图6所示
Figure 6. Inverting amplifier plot.
图6. 反相放大器曲线
趁此机会说一下电路调试。在课堂中的某个时候,你可能无法让电路工作。这并不意外,没有人是的。但是,你不应简单地认为电路不工作必定意味着器件或实验仪器有故障。这基本上不是事实,99%的电路问题都是简单的接线或电源错误。即便是经验丰富的也会不时出错,因此,学会如何调试电问题是学习过程中非常重要的一部分。为你诊断错误不是助教的责任,如果你以这种方式依赖其他人,那么你就**了实验的一个关键点,你将不大可能在以后的课程中**成功。除非你的运算放大器冒烟,电阻上出现了棕色痕迹,或者电容发生爆炸,否则你的元器件很可能没问题。事实上,大多数器件在发生重大损伤之前都能容忍一定程度的滥用。当事情不妙时,好的办法就是断开电源并寻找一个简单的解释,而不要急着责怪器件或设备。在这方面,DMM可是一件十分有**的调试工具。
输出饱和:
现在将图5中的反馈电阻R2从4.7kΩ更改为10kΩ。现在的增益是多少?将输入信号的幅度缓慢增加至2V,仍然以2.5V为中心,并将波形导出到实验室笔记本电脑中。任何运算放大器的输出电压终都会受电源电压的限制,而在很多情况下,由于电路中存在内部电压降,实际限制要远小于电源电压。根据你的以上测量结果量化AD8541的内部压降。如果你有时间,可尝试用OP97或OP27放大器替换AD8541,并比较它能产生的小和大输出电压。.
求和放大器电路:
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