1 刀庫調(diào)速系統(tǒng)的組成

1. 比例調(diào)速系統(tǒng)電源 將外部提供的+24V電源轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)器所需的±9V及+15V電源卧抗，供電子線路使用。
2. 給定值調(diào)節(jié)單元 將外部各級速度選擇信號u₁～u₄轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)器的速度給定電壓。
3. 斜坡發(fā)生器 將速度的階躍給定轉(zhuǎn)換為斜坡給定，以改變加自拖、減速時間粉楚。
4. PID調(diào)節(jié)器 將給定量與實例的閥位置反饋進行比較放大讨楔、閉環(huán)控制比例閥輸出流量及確保調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動態(tài)特性。
5. PWM調(diào)制器 將調(diào)節(jié)器輸出量轉(zhuǎn)換為PWM調(diào)制波。
6. U/I轉(zhuǎn)換單元 將PWM調(diào)制后的電壓信號轉(zhuǎn)換成電磁鐵的電流信號。
7. 零速給定單元 在刀庫靜止時鹤鲤，即調(diào)節(jié)器無輸出信號時，在電磁鐵上產(chǎn)生平均值為0的脈動電流订淑，使電磁鐵保持熱態(tài)枷辫，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。
8. 比例閥閥芯位置檢測單元 通過電感量的變化來測量閥芯的實際位置搁排，信號經(jīng)放大后供閉環(huán)調(diào)節(jié)用笔房。圖1中a為振蕩源，b為整流回路。
9. 比例閥 通過閥芯的位置變化來控制油馬達的流量翅窥，從而達到控制刀庫回轉(zhuǎn)速度的目的圣钝。

2 各組成部分的原理分析

1. 電源 調(diào)速系統(tǒng)的電源在調(diào)節(jié)板里是由集成穩(wěn)壓塊B3170及電阻R₁～R₄廷诺，電容C₁～C₄没惶、C₁₁、C₁₂簇抵，電阻器W79庆杜，運放A1等元件組成，限于篇幅線路從略(各元件代號全部和實物一致)碟摆。以上B3170為18V穩(wěn)壓塊晃财，R₁、R₂典蜕、W79是B3170的取樣回路断盛，調(diào)節(jié)W79可使穩(wěn)壓輸出為18V。運放A1和R₃愉舔、R₄構(gòu)成了內(nèi)部±9V穩(wěn)壓源钢猛，運放的輸出端為內(nèi)部地，注意切不可與外輸入的0V相連轩缤。
2. 給定值調(diào)節(jié)單元 這部分線路由調(diào)節(jié)板里的固態(tài)繼電器K1～K4命迈，電位器W80～W83，電阻R₅～R₁₀火的，運放A2及發(fā)光二極管V16～V19等組成(線路從略)壶愤。外部控制信號通過固態(tài)繼電器K1～K4使運放A2的輸入端得到不同的給定電壓，以選擇不同的刀庫旋轉(zhuǎn)速度馏鹤。調(diào)節(jié)W80～W83即可改變相應(yīng)的速度值涮饱。此外，該單元設(shè)有外部給定端uset.EXT牵蠢，輸入0～±9V的模擬電壓常择，也可實現(xiàn)無級調(diào)速的要求。調(diào)節(jié)板上的V16～V19為設(shè)在面板上的指示信號卸研，用來檢查實際生效的速度選擇佩讨。當要求速度超過4級時，可通過u1～u4的不同組合實現(xiàn)2⁴=16級可調(diào)速度的選擇多盅。此時A2還起全加器的作用把毒。
3. 斜坡發(fā)生器 斜坡發(fā)生器的原理如圖2所示。由運放A3和A4及R₁₁～R₁₅勤右，W84組成徽捶，實取R₁₃=2.2MW遠大于R₁₁=R₁₂=10kW，使運放A3有高增益虫甲。其原理：當uset實加給定時淡箱，因為輸出端u_a(0)=0塌瑞，A3迅速輸出飽和電壓并通過W84，R₁₅對C充電蛔六，充電電流為i_c(t)=V_dd/(R₁₃+W84)(恒流)荆永；×V_dd/(R₁₃+W84)，t呈線性上升国章，一旦u_a=u_set時具钥，由于R₁₁=R₁₂，使A3輸出電壓為0V液兽，電容停止充電骂删，u_a=u_set保持不變。u_a的輸出波形如圖3所示四啰，加減速時間宁玫。
   

   圖2 斜坡發(fā)生器原理	圖3 ua輸出波形
   圖4 PTD調(diào)節(jié)器原理
   圖5 PWM調(diào)制器原理1

   調(diào)節(jié)W84即可改變上升時間，同時當W84一旦固定后t_a∝u_set即保證了各種給定下的恒加速上升柑晒。
4. PTD調(diào)節(jié)器 如圖4所示欧瘪，R₃₁，R₃₂敦迄，C₂₂為反饋濾波單元恋追，R₃₄，C₅組成了微分負反饋奖岛。目的是提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和改善動態(tài)性能恕孙。W85為調(diào)零輸入端。調(diào)節(jié)器對輸入u_a的傳遞函數(shù)為 D(s)=K·(1+t_DS)/(1+t_tS)式中 K=R₂₀/R₁₇,t_D=R₁₉C₆淑储，t_t=t_D(1+R₂₀/R₁₉)帘缤，為典型的PTD調(diào)節(jié)器。
5. PWM調(diào)制器 如圖5所示俏堆，u_d為零速給定輸入(此電壓幅值很小憋屑，正常回轉(zhuǎn)時可忽略不計)篡呆，A6為速度給定和零速給定的全加器汽后，正常回轉(zhuǎn)時A6輸入u_i=u_b+u_d≈u_b摇龟。當u_b=0時两胃，u_i=u_d。R₂₇～R₃₀及C₁₀遮乾、A7专肪、A8組成了PWM調(diào)制器中的三角波發(fā)生器，其原理如下：
   初始時刻設(shè)A6輸出0，A7正反饋嚎尤，設(shè)u^′_c=-V_dd荔仁，C₁₀由i_c=+V_dd/R₃₀進行恒流充電，u_c線性上升芽死，運放A7的同相輸入端電壓為

   u+=	uc+Vdd	R29-Vdd
   	————
   	(R28+R29)

   一旦u₊≥0乏梁，運放A7即輸出正向飽和電壓+V_dd，這時C₁₀被反向充電收奔，u_c線性下降掌呜，從而在u_c端可以輸出標準的三角波，u_c又通過圖6所示的比較電路坪哄，可在u_e+上輸出PWM調(diào)制波了(反組同，在此從略)势篡。
   

   圖6 PWM原理2

   當輸入為0時翩肌，三角波的峰值可計算如下，令u₊=0得：u_cmax=(R₂₈/R₂₉)V_dd
   上升時間：t_a=R₃₀C₁₀(R₂₈/R₂₉)
   在CW800中實際冉啤：R₂₈=8.2kW念祭，R₂₉=24kW，R₃₀=47kW撤筐，C₁₀=0.01μF裙系，V_dd=9V，代入后可求得

   ucmax=	8.2	×9=3V
   	—
   	24

   ta=47×0.01×10-6×	8.2×103	=0.16ms
   	———
   	24

   此時由于u_c的峰值u_cmax≤3V午伍，u_e+無PWM波輸出眼膊。PWM的頻率f=1/2t=3.125kHz。各點的波形見圖7所示傲轮。
   當u_b輸入不為零時舆鸿，經(jīng)A6 1:1反相后，相當于將比較電平提高了u_b百膳，這時三角波的輸出峰值將大于3V翰发，在A10或A11的輸出端可以得到PWM波。
   當u_b=4.2V時冀态，實測u_c吮骑，u_e+的波形如圖8所示，完全與理論計算相符赋遇。由下面分析可知循头， 圖中陰影部分是控制輸出的有效部分。
   

   圖7 輸入為0時uc端波形	圖9 零速給定單元原理
   圖8 輸入不為0時的輸出	圖10 零速給定單元輸出

6. 零速給定單元 零速給定單元的原理如圖9所示显晶，是由A9贷岸，R₆₉～R₇₁,C₇構(gòu)成的多諧振蕩器，振蕩周期T可計算如下 T=2R₇₁C₇ln[2(R₇₀/R₆₉)+1]
   CW800實取R₆₉=100kW， R₇₀=1.5kW偿警， R₇₁=1.6MW躏救，C₇=0.22μF，得 T=2μ1.6μ10⁶μ0.22μ10^-6ln[2μ(1.5/100)+1]
   即f=1/0.02=50Hz螟蒸，各點波形如圖10盒使。W88用于調(diào)節(jié)零速給定脈動電流的峰值。
7. U/I轉(zhuǎn)換單元 如圖11所示七嫌，T₂₅少办、T₂₆、R₄₄組成了正向電磁鐵的電壓/電流轉(zhuǎn)換單元诵原，T₃₀為驅(qū)動管英妓。實際線路中反向電磁鐵的U/I轉(zhuǎn)換由T₂₈、T₂₉狠寒、R₅₄組成呈篱，T₂₇，R₄₉伐狼、R₅₁為反相器(反組線路從略)臣塑。L₁為平波電感，C₁₅為加速電容岁十，工作原理如下：
   

   圖11 U/I轉(zhuǎn)換單元原理

   圖12 ub=+4.2V時輸出波形

   圖13 閥芯位置檢測單元原理

   當u_e+=+9V時特干，T₂₅飽和，u_ce=0.3V,i_b+≈2mA保持不變惦踩，經(jīng)T₂₆涨剧，T₃₀放大，y₁得到恒定電流押强。當u_e+=-9V時拖揩，T₂₅截止i_b+=0，T₃₀無電流輸出溜棉。經(jīng)L₁平波后丽示，Y₁可以得到平均值與給定電壓成正比的控制電流，從而達到調(diào)速的目的菲饼，當u_b=+4.2V時肾砂，各點實測波形如圖12。
   此時由于u_e-為+9V,T₂₇截止宏悦，因此反向電磁鐵無驅(qū)動電流镐确。
8. 閥芯位置檢測單元 如圖13所示，正向電磁鐵的位置反饋通過R₈輸入A12饼煞，反向電磁鐵的位置反饋通過R₉輸入A12源葫，A12的輸出即為位置反饋信號诗越。
   圖13中的R₃～R₅,C₃,A13組成振蕩源，產(chǎn)生加在原邊的激勵信號息堂。其原理與圖10零速給定單元相同嚷狞，振蕩頻率f為：f={2R₅C₃ln[2(R₃/R₄)+1]}
   CW800取：R₅=51kW荣堰，C₃=6800pF床未，R₃=16kW，R₄=100kW代入后得：f=5kHz振坚。
   電磁鐵產(chǎn)生位移后薇搁，引起正(反)檢測線圈電感量的變化，從而可在u_f+(或u_f-)上得到不同的整流直流電壓秤淀，經(jīng)A12放大后供調(diào)節(jié)板作位置反饋用挺皆。

3 安裝調(diào)試注意事項

1. 調(diào)節(jié)板的接地端絕對不可以和外部+24V電源的0V端相連，否則將會使內(nèi)部的-9V電源取消阅六，導(dǎo)致調(diào)節(jié)板無法正常工作母赶。
2. 因調(diào)節(jié)板和比例閥距離很遠，因此閥芯位置反饋信號線必須使用帶屏蔽的電纜芒单。
3. 閥芯位置反饋信號u_f在刀庫不轉(zhuǎn)時輸出必須調(diào)節(jié)到u_f=0，調(diào)節(jié)用比例閥的調(diào)節(jié)螺釘進行袖况，以保證同樣的給定電壓正反轉(zhuǎn)速度一致抗躺。
4. 閥芯位置反饋中的移動鐵芯在比例閥中是借助彈簧復(fù)位的，使用年代較長的機床應(yīng)更換相同規(guī)格的彈簧抢驴，以防止由于彈簧老化而帶來的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)蛀篓。
5. 對于零速給定單元的調(diào)整應(yīng)注意，不可使u_d的幅值太大做身，只要保證Y₁丸爵、Y₂在停止時保持熱態(tài)就可以了。(一般取0.5V)汁咏。
6. 刀庫正常工作前(如維修或初始安裝后)必須用示波器實測PWM調(diào)制器是否已正常起振亚斋，并將u_c端波形和圖7相比較，其幅值和頻率對控制系統(tǒng)的工作都至關(guān)重要攘滩，誤差應(yīng)保證在10%以內(nèi)帅刊，必要時用R₂₉調(diào)整。