测控电路逻辑与数字控制电路.pptx

测控电路2024/8/26 周一 10.逻辑与数字控制电路 测控电路22024/8/26 周一10.逻辑与数字控制电路逻辑与数字控制电路 继电控制电路继电控制电路可编程逻辑组件可编程逻辑组件数控机床控制电路数控机床控制电路 功率开关驱动电路功率开关驱动电路一、功率开关驱动电路一、功率开关驱动电路分类：分类：n按按照照电电路路中中所所采采用用的的功功率率器器件件类类型型分分类类，常常见见的的有有晶晶体体管管驱驱动动电电路路、场场效效应应管管驱驱动电路和晶闸管驱动电路等类型。动电路和晶闸管驱动电路等类型。n按按照照电电路路所所驱驱动动的的负负载载类类型型分分类类，常常见见的的有有电电阻阻性性负负载载驱驱动动电电路路和和电电感感性性负负载载驱动电路等类型。驱动电路等类型。n按照电路所控制的负载电源类型分类，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（一）晶体管直流负载功率驱动电路 图8-1晶体管功率驱动电路 负载所需的电流不太大负载所需的电流不太大 Ui低电平，低电平，V截止，截止，IL=0;Ui高电平，高电平，V导通，导通，IL=(Ec-Uce)/ZL;VD是续流二极管，对晶体管是续流二极管，对晶体管V起起保护作用。当驱动感性负载时，在保护作用。当驱动感性负载时，在晶体管关断瞬间，感性负载所存储晶体管关断瞬间，感性负载所存储的能量可通过的能量可通过VD的续流作用而泄放，的续流作用而泄放，从而避免被反向击穿从而避免被反向击穿设计要点设计要点:晶体管功率驱动电路 合合理理确确定定Ui、R与与V的的电电流流放放大大系系数数 值之间的数值关系，充分满足：值之间的数值关系，充分满足：I b I L/可可确确保保V导导通通时时工工作作于于饱饱和和区区，以以降降低低V的导通电阻及减小功耗。的导通电阻及减小功耗。当当所所需需的的负负载载电电流流IL较较大大时时，由由于于单单个个晶晶体体管管的的值值有有限限，输输入入控控制制信信号号电电流流Ib必必须须很很大大，以以确确保保V导导通通时时工工作作于于饱饱和和区区。为为减减小小对对控控制制信信号号电电流流强强度度的的要要求求，可可采采用用复复合合晶晶体体管管(达达林林顿顿器器件件)构构成成功功率率驱驱动动电路。电路。（二）场效应晶体管直流负载功率驱动电路（二）场效应晶体管直流负载功率驱动电路 n用于功率驱动电路的场效应晶体管称为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。n功率场效应晶体管是电压控制器件，具功率场效应晶体管是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，所需的驱动功率很有很高的输入阻抗，所需的驱动功率很小，小，对驱动电路要求较低对驱动电路要求较低。功率场效应功率场效应晶体管具有较高的开启阈值电压，有较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。高的噪声容限和抗干扰能力。n场效应晶体管大多数为绝缘栅型场效应场效应晶体管大多数为绝缘栅型场效应管，亦称管，亦称MOS场效应管。功率场效应晶场效应管。功率场效应晶体管在制造中多采用体管在制造中多采用V沟槽工艺，简称沟槽工艺，简称为为VMOS场效应管。其改进型则称为场效应管。其改进型则称为TMOS场效应管场效应管 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b)a)漏极 D 栅极G VDS 源极S 若漏极若漏极D与源极与源极S接反，会导致接反，会导致性能丧失或损坏。性能丧失或损坏。UiUGS，V导通，导通，IL=Ec/(ZL+RDS)。（三）晶闸管交流负载功率驱动电路（三）晶闸管交流负载功率驱动电路 n交流负载的功率驱动电路，通常采用晶交流负载的功率驱动电路，通常采用晶闸管来构成。晶闸管有闸管来构成。晶闸管有单向晶闸管单向晶闸管和和双双向晶闸管向晶闸管两种类型。两种类型。7.1.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路单向晶闸管亦称单向单向晶闸管亦称单向可控硅可控硅(SCR)。导通条件：导通条件：阳阳极极A与与阴阴极极K之之间间加加正正向向电电压压，同同时时在在门门极极G与与阴阴极极K之之间间加加正正向向电电压压(触触发发)，这样阳极这样阳极A与阴极与阴极K之间进入导通状态。之间进入导通状态。晶晶闸闸管管一一旦旦导导通通，只只要要阳阳极极A与与阴阴极极K之之间间的的电电流流不不小小于于其其维维持持电电流流IH，门门极极G与与阴阴极极K之之间间是是否否还还存存在在正正向向电电压压，对对已已经导通的晶闸管完全没有影响。经导通的晶闸管完全没有影响。关断条件：关断条件：阳阳极极A与与阴阴极极K之之间间的的电电流流小小于于其其维维持持电电流流IH，晶晶闸闸管管即即进入关断状态。进入关断状态。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双向晶闸管亦称双向半导体开关元件(TRIAC)。与与单单向向晶晶闸闸管管相相比比较较，双双向向晶晶闸管的主要区别是：闸管的主要区别是：在触发之后是双向导通的；在触发之后是双向导通的；触触发发电电压压不不分分极极性性，只只要要绝绝对对值值达达到到触触发发门门限限值值即即可可使使双双向向晶闸管导通。晶闸管导通。触发电压加在门极触发电压加在门极G与电极与电极MT2之间。之间。关断条件：电极关断条件：电极MT1与电极与电极MT2之之间的电流小于其维持电流间的电流小于其维持电流IH。图图8-4交流半波导通功率驱动电路交流半波导通功率驱动电路单晶管n实用中应注意实用中应注意:如如果果驱驱动动的的是是感感性性负负载载，必必须须设设置置合合理理的的关关断断泄泄流流回回路路，一一方方面面可可保保护护开开关关器器件件，另另外外也也可可起起到到消消除除对对外外电电磁磁干干扰扰的的作用。作用。n主要用于机床的起动、停止等基本操作主要用于机床的起动、停止等基本操作和安全保护上，具有操作方便、安全可和安全保护上，具有操作方便、安全可靠的特点。靠的特点。10.1 继电控制电路继电控制电路 测控电路152024/8/26 周一三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路10.1 继电控制电路继电控制电路 L1 L2 L3 KM1-1 。FU2SB1 SB2SW手动手动自动自动KM1-2KM1KA1-1FU1FR1FR1-1QSM3三相交流电源三相交流电源三相交流电机三相交流电机闸刀开关闸刀开关起动按钮起动按钮停止按钮停止按钮热继电器热继电器继电器继电器继电器继电器主触点主触点 继电器继电器自锁触点自锁触点熔断器熔断器熔断器熔断器热继电热继电器触点器触点受外部继电受外部继电器控制触点器控制触点转换开关转换开关主回路主回路控制回路控制回路（一）工作原理（一）工作原理 测控电路162024/8/26 周一(1)开关开关 转换到新位置后保持在该位置，状态易于识别。工作安全可靠。允许的工作电压、电流大，按额定值选用。主回路工作电压、电流大，采用闸刀开关；控制回路采用转换开关，允许的工作电压、电流大小些，操作轻便。x刀y掷:表示同时可以接通x条通路，可以切换到y个工作位置。操作不方便。10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路（二）主要功能器件（二）主要功能器件 测控电路172024/8/26 周一10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路(2)按钮按钮 按下按钮后在弹簧作用下回到原位置。按钮回复原位后靠继电器保持所需工作状态。操作方便，但不如开关工作安全可靠，状态也不明显。允许的工作电压、电流有额定值。比闸刀开关小。（二）主要功能器件（二）主要功能器件 测控电路182024/8/26 周一10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路(2)按钮按钮(2)按钮按钮 可以包含多组常开和常闭触点，起动按钮多利用常开触点，停止按钮多利用常闭触点。停止按钮易于看到，易于触及。可以有多个，甚至一片。（二）主要功能器件（二）主要功能器件常闭触点常开触点弹簧 测控电路192024/8/26 周一10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路(3)继电器继电器 将电路的通断控制向下传的器件。继电器在结构上为电磁铁加触点，是电磁铁控制的开关。具有功率放大作用，线圈中通过电流小、加到线圈上的电压也小，触点允许的电流、电压大。触点导通电阻小、切断电阻大。（二）主要功能器件（二）主要功能器件 测控电路202024/8/26 周一10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路（二）主要功能器件（二）主要功能器件1 3 常闭触点常闭触点1 2 常开触点常开触点4铁心铁心5线圈线圈6线圈引线线圈引线7弹簧弹簧8铁軛铁軛12345678(3)继电器继电器 测控电路212024/8/26 周一10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路(3)继电器继电器继电器由触点，线圈与磁路系统及反作用弹簧等组成。当在线圈中通入一定数值的电流或施加一定的电压时，可使可动衔铁吸合，因而带动附属机构使活动触点与一固定触点接通，与另一固定触点断开。利用触点的这种闭合或打开，就可以对电路进行通断控制。继电器具有以一控多功能。KM1-1表示KM1的第一对触点。通过自锁触点实现记忆保持功能。（二）主要功能器件（二）主要功能器件 L1 L2 L3 KM1-1 FU2SB1 SB2SW 手动手动自动自动KM1-2KM1KA1-1FU1FR1FR1-1QSM3三相交流电源三相交流电源三相交流电机三相交流电机闸刀开关闸刀开关起动按钮起动按钮停止按钮停止按钮热继电器热继电器继电器继电器继电器继电器主触点主触点 继电器继电器自锁触点自锁触点熔断器熔断器熔断器熔断器热继电热继电器触点器触点受外部继电受外部继电器控制触点器控制触点转换开关转换开关主回路主回路控制回路控制回路10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路(3)继电器继电器（二）主要功能器件（二）主要功能器件10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路n继电器是控制和保护线路中广泛应用的一种自动控制电器。其工作原理是在输入一定的物理量（例如电流、电压、转速、时间、温度等）的作用下，自动接通或者断开触点，完成电路同、断功能。n常用的继电器分为：电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器等。(3)继电器继电器（二）主要功能器件（二）主要功能器件当工作器械在长期的小范围（相对与熔断器而言）超载，热继电器内的热敏元件（如双金属片）工件，热继电器动作，切断控制回路，对进行器械起保护作用。用作保护用的继电器常需要人工干预，才能回到正常状态。10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路(3)继电器继电器（二）主要功能器件（二）主要功能器件 测控电路252024/8/26 周一三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路(4)熔断器熔断器熔断器俗称保险丝，由易熔金属指成，当工作器械出现显著超载时，立即切断电路。需要更换熔断器工作器械才能继续工作，这样做有利于保障安全。熔断器的选择要保证工作器械的安全。（二）主要功能器件（二）主要功能器件10.1 继电控制电路继电控制电路 测控电路262024/8/26 周一(三三)自动控制模式自动控制模式由计算机软件或外部信号控制动作10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路UiKD1KA13 3相相保护二极管保护二极管/50Hz/380V A1 B1 C1 +5V KD1-1 KA1 Ui KA1-1 A2 B2 C2 VD KD1 R V L1 L2 L3 KM1-1 FU2SB1 SB2SW 手动手动自动自动KM1-2KM1KA1-1FU1FR1FR1-1QSM3三相交流电源三相交流电源三相交流电机三相交流电机闸刀开关闸刀开关起动按钮起动按钮停止按钮停止按钮热继电器热继电器继电器继电器继电器继电器主触点主触点 继电器继电器自锁触点自锁触点熔断器熔断器熔断器熔断器热继电热继电器触点器触点受外部继电受外部继电器控制触点器控制触点转换开关转换开关主回路主回路控制回路控制回路10.1 继电控制电路继电控制电路三相异步电机控制电路三相异步电机控制电路n一般的逻辑器件，如门电路都是不可编程的，一般的逻辑器件，如门电路都是不可编程的，或称定制式器件，即它的功能是固定的，连或称定制式器件，即它的功能是固定的，连接的输入、输出都通过硬件连接是固定的。接的输入、输出都通过硬件连接是固定的。nPLDPLD与定制器件的主要区别是可编程性，其与定制器件的主要区别是可编程性，其逻辑功能可由用户通过软件编程构造或设置。逻辑功能可由用户通过软件编程构造或设置。使设计灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，使设计灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，降低故障率。降低故障率。10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.1 可编程逻辑器件(PLD)测控电路292024/8/26 周一10.2.1 可编程逻辑器件(PLD)10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件PLD的输入信号A通过缓冲器，以其互补信号输至阵列电路。连线交叉处，实心点表示固定连接，“”号的为编程连接，无任何符号即为不连接或是擦除单元输入输出 输入缓冲器B=AA A AB DE FC=A 1B 0 1A B C 1 0 0 1 1 D E F 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1111 测控电路302024/8/26 周一10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.1 可编程逻辑器件(PLD)）通常与门）通常与门 ）PLD与门与门）通常或门）通常或门 ）PLD或门或门 A B C A&B D D C&ABC A 1 B D D C1 测控电路312024/8/26 周一10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)还有带反馈、带寄存器和异或门型可编程阵列逻辑(PAL)可编程，可以通过编程连接；不可编程，需要通过跨线连接（一）（一）PAL器件结构器件结构 输入&1 1 1 1 O 2 O 1 O 0 O 3 输出 可编程的 “与”阵列 不可编程的 “或”阵列 I 0 I 1 I 2 I 3 可可编编程程阵阵列列逻逻辑辑PAL(Programmable Array Logic)几几乎乎可可以以构构成成各各种种逻逻辑辑功功能能器器件件，从从而而使使逻逻辑辑电电路路的的设设计计容容易易得得到到简简化化。一一片片PAL器器件件可可以以替替代代412片片简简单单逻逻辑辑芯芯片片，使使逻逻辑辑电电路结构紧凑。路结构紧凑。PAL器件结构器件结构10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制在一个系统中往往有若干个步进电动机，只有被选中的步进电动机，才受到控制。各个步进电动机有不同的E1E2编码，本列中被选中的步进电动机部门为E1E20+E 步进电动机步进电动机步进时钟步进时钟CK 环环功功 选中信号选中信号E1 选中信号选中信号E2 初态设置初态设置S 配配Q2动动C转向控制转向控制D电电 Q3电电D路路路路行行 Q0率率 A分分 Q1驱驱 B10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制为使步进电动机在系统中正确运行，需要设定初始状态。每进一个时钟脉冲CK，按照转向控制信号D的要求，按确定方向转一步。+E 步进电动机步进电动机步进时钟步进时钟CK 环环功功 选中信号选中信号E1 选中信号选中信号E2 初态设置初态设置S 配配Q2动动C转向控制转向控制D电电 Q3电电D路路路路行行 Q0率率 A分分 Q1驱驱 B10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制步进步序步进步序正正 转转反反 转转Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3110101010210010110301010101401101001110101010在只有四状态情况下，只需要两个独立的在只有四状态情况下，只需要两个独立的Q就可以控就可以控制，这里制，这里 、。因此只需要正确控制。因此只需要正确控制Q0 Q2就可以了。就可以了。10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制在该步进电动机未被选中情况下，要求它的状态不变，因此对于其它步进电动机，根据它们的编码，上面公式中的E1和E2需要变为，E1或E2。本例中初始状态设为Q0 Q2 1。设置初始状态的逻辑方程为10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制电动机驱动步序卡诺图电动机驱动步序卡诺图 环行分配器输出信号四序逻辑环行分配器输出信号四序逻辑 卡诺图用来表达某状态变量的n+1态与各个量n态状态之间关系10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制D=0D=1步进步序Q0Q2Q0Q21111121001300004011011111卡诺图的依据是真值表1.根据n态选定单元格；2.根据n+1态填入状态码1n=1 0n=2 0n=3 1n=4D=0时Q0n+1的卡诺图卡诺图的格数=2k10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制10n=1 0n=2 n=3 1n=4D=0时Q0n+1的卡诺图100110.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制10n=1 0n=2 n=3 1n=4D=1时Q0n+1的卡诺图1001D=0D=1步进步序Q0Q2Q0Q2111112100130000401101111110.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制10011001D=1时Q0n+1的卡诺图D=0时Q0n+1的卡诺图10010011Q0n+1的卡诺图10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制D=0D=1步进步序Q0Q2Q0Q2111112100130000401101111101n=1 0n=2 n=3 1n=4D=0时Q2n+1的卡诺图101010.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制D=0D=1步进步序Q0Q2Q0Q2111112100130000401101111110n=1 0n=2 n=3 1n=4D=1时Q2n+1的卡诺图0101010110.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制1010D=1时Q2n+1的卡诺图D=0时Q2n+1的卡诺图10101100Q2n+1的卡诺图10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制10101100Q2n+1的卡诺图10010011Q0n+1的卡诺图10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制考虑到PAL16R4 PAL DESIGH SPECIFICATIONSMC 06/22/96STEPPED MOTOR CONTROLLER SHANGHAI CONTROL TECHNOLOGY INSTITUTECK E1A E2A SA DA E1B E2B SB DB GND/OC /Q3B /Q1B /Q2B /Q0B /Q2A /Q0A /Q3A /Q1A UccQ0A:=/E1A*/E2A*SA ;SETP 1 IF SET +Q0A*E1A ;HOLD IF E1A +Q0A*E2A ;HOLD IF E2A +/E1A*/E2A*/DA*Q2A ;LOAD Q2A IF/DA +/E1A*/E2A*DA*/Q2A ;LOAD/Q2A IF DA10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制IF(Ucc)Q1A:=/Q0AQ2A:=/E1A*/E2A*SA ;SETP 1 IF SET +Q2A*E1A ;HOLD IF E1A +Q2A*E2A ;HOLD IF E2A +/E1A*/E2A*/DA*/Q0A ;LOAD Q0A IF/DA +/E1A*/E2A*DA*Q0A ;LOAD/Q0A IF DAIF(Ucc)Q3A:=/Q2AQ0B:=/E1B*/E2B*SB ;SETP 1 IF SET +Q0B*E1B ;HOLD IF E1B +Q0B*E2B ;HOLD IF E2B +/E1B*/E2B*/DB*Q2B ;LOAD Q2B IF/DB +/E1B*/E2B*DB*/Q2B ;LOAD/Q2B IF DB10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制IF(Ucc)Q1B:=/Q0BQ2B:=/E1B*/E2B*SB ;SETP 1 IF SET +Q2B*E1B ;HOLD IF E1B +Q2B*E2B ;HOLD IF E2B +/E1B*/E2B*/DB*/Q0B ;LOAD Q0B IF/DB +/E 1B*/E2B*DB*Q0B ;LOAD/Q0B IF DBIF(Ucc)Q3B:=/Q2B10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.2 可编程阵列逻辑(PAL)应用举例：步进电动机的控制 测控电路502024/8/26 周一10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.3 现场可编程阵列逻辑现场可编程阵列逻辑(FPGA)在在PLD与与PAL基础上发展了通用阵列逻辑基础上发展了通用阵列逻辑(GAL)、复复杂杂可编程逻辑器件可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程阵列逻辑和现场可编程阵列逻辑(FPGA)等等。FPGA由可编程逻辑模块由可编程逻辑模块(CLB)、输入输入/输输出模块出模块(IOB)和互联资源和互联资源(IR)三部分组成，用户可以通三部分组成，用户可以通过编程将许多独立的可编程逻辑模块模块连接成所需过编程将许多独立的可编程逻辑模块模块连接成所需要的数字系统要的数字系统。测控电路512024/8/26 周一10.2 可编程逻辑组件可编程逻辑组件10.2.3 现场可编程阵列逻辑现场可编程阵列逻辑(FPGA)IR IRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIRIOBIOBIOBIOB 测控电路522024/8/26 周一10.3.1 工作原理10.3 数控机床控制电路数控机床控制电路位置控制位置控制位置指令位置检测这是一根轴的电路，多轴常还需要联动，数控系统已发展到六轴、七轴全闭环伺服系统全闭环伺服系统 测控电路532024/8/26 周一10.3.1 工作原理如果位置信号不从工作台位移取出，而从传动丝杠的转角取出，则称为半闭环系统。如果没有位置反馈，工作台按指令运动，则称为开环系统。10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例 测控电路542024/8/26 周一10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.1 工作原理细分辨向电路细分辨向电路 位置比较与位置比较与速度给定单元速度给定单元保护电路保护电路速度调节电路速度调节电路电网电源电路电网电源电路电动机电流电动机电流 测试电路测试电路电流调节电路电流调节电路功率驱动电路功率驱动电路触发脉冲发生器触发脉冲发生器可逆计数器可逆计数器0方波方波90方波方波加计数脉冲加计数脉冲零位信号零位信号实测位移实测位移速度给定速度给定实测速度实测速度锁零信号锁零信号电动机电动机电流给定电流给定实测电流实测电流位移传感器信号位移传感器信号测量信号测量信号形成电路形成电路电枢电流电枢电流电枢电流电枢电流去直流稳压电源去直流稳压电源热保护热保护温度测试温度测试3相相/50Hz/380V3相相/50Hz/12V3相相/50Hz/380V位置指令位置指令减计数脉冲减计数脉冲 测控电路552024/8/26 周一 光电编码器输出相位差光电编码器输出相位差90 的两路方波信号，经的两路方波信号，经细分辨向电路输出加减计数脉冲，可逆计数器记录细分辨向电路输出加减计数脉冲，可逆计数器记录工作台位移。配合零位信号确定工作台绝对位置。工作台位移。配合零位信号确定工作台绝对位置。将实际位置与指令位置进行比较确定工作台应当快将实际位置与指令位置进行比较确定工作台应当快速运动、慢速运动或停止运动。在多轴联到的场合速运动、慢速运动或停止运动。在多轴联到的场合下，指令位置可能来自其它运动。下，指令位置可能来自其它运动。根据计数脉冲根据计数脉冲的频率可以确定工作台的实际运的频率可以确定工作台的实际运动速度。动速度。10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.1 工作原理 测控电路562024/8/26 周一10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.1 工作原理 速度调节电路将所要求的给定速度与实测速度进行速度调节电路将所要求的给定速度与实测速度进行比较，确定电动机的给定电流。电流调节电路将给定电比较，确定电动机的给定电流。电流调节电路将给定电流与实测的电动机电枢电流进行比较，进行电流调节。流与实测的电动机电枢电流进行比较，进行电流调节。电流调节电路的输出送到触发脉冲发生器，控制功率驱电流调节电路的输出送到触发脉冲发生器，控制功率驱动电路中的晶闸管的导通时间，从而改变电动机的电枢动电路中的晶闸管的导通时间，从而改变电动机的电枢电流和转速。电网电源电路给触发脉冲发生器、功率驱电流和转速。电网电源电路给触发脉冲发生器、功率驱动电路和直流稳压电路供电。保护电路测试电动机和晶动电路和直流稳压电路供电。保护电路测试电动机和晶闸管的温度，在过热情况下进行保护。闸管的温度，在过热情况下进行保护。10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例细分辨向电路细分辨向电路 位置比较与位置比较与速度给定单元速度给定单元保护电路保护电路速度调节电路速度调节电路电网电源电路电网电源电路电动机电流电动机电流 测试电路测试电路电流调节电路电流调节电路功率驱动电路功率驱动电路触发脉冲发生器触发脉冲发生器可逆计数器可逆计数器0方波方波90方波方波加计数脉冲加计数脉冲零位信号零位信号实测位移实测位移速度给定速度给定实测速度实测速度锁零信号锁零信号电动机电动机电流给定电流给定实测电流实测电流位移传感器信号位移传感器信号测量信号测量信号形成电路形成电路电枢电流电枢电流电枢电流电枢电流去直流稳压电源去直流稳压电源热保护热保护温度测试温度测试3相相/50Hz/380V3相相/50Hz/12V3相相/50Hz/380V位置指令位置指令减计数脉冲减计数脉冲10.3.2 测量信号形成电路 测控电路582024/8/26 周一10.3.2 测量信号形成电路10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例光电编码器一通道电路光电编码器一通道电路GDS+12VVLD1V1N1去细分辨向电路去细分辨向电路 测控电路592024/8/26 周一 传感器可以是码盘或光栅。光电二极管传感器可以是码盘或光栅。光电二极管VD1将码盘将码盘或莫尔条纹光通量的变化转换成电流变化，经场效应或莫尔条纹光通量的变化转换成电流变化，经场效应晶体管晶体管V1构成的跟随器进行阻抗变换和功率放大后，构成的跟随器进行阻抗变换和功率放大后，送入由送入由N1构成的电压比较器，整形成为方波信号。构成的电压比较器，整形成为方波信号。两路相同的测量信号形成电路形成相位差两路相同的测量信号形成电路形成相位差90 的的A、B两个通道方波信号。两个通道方波信号。A、B两路方波信号送入细分两路方波信号送入细分辨向电路。辨向电路。零位传感器可以采用零位光栅、狭缝、光电开关等。零位传感器可以采用零位光栅、狭缝、光电开关等。在光栅零位或狭缝通过时发出零位脉冲信号。在光栅零位或狭缝通过时发出零位脉冲信号。10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.2 测量信号形成电路10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例 位置比较与位置比较与速度给定单元速度给定单元保护电路保护电路速度调节电路速度调节电路电网电源电路电网电源电路电动机电流电动机电流 测试电路测试电路电流调节电路电流调节电路功率驱动电路功率驱动电路触发脉冲发生器触发脉冲发生器可逆计数器可逆计数器0方波方波90方波方波加计数脉冲加计数脉冲零位信号零位信号实测位移实测位移速度给定速度给定实测速度实测速度锁零信号锁零信号电动机电动机电流给定电流给定实测电流实测电流位移传感器信号位移传感器信号测量信号测量信号形成电路形成电路电枢电流电枢电流电枢电流电枢电流去直流稳压电源去直流稳压电源热保护热保护温度测试温度测试3相相/50Hz/380V3相相/50Hz/12V3相相/50Hz/380V位置指令位置指令减计数脉冲减计数脉冲细分辨向电路细分辨向电路10.3.3 细分辨向电路 测控电路612024/8/26 周一10.3.3 细分辨向电路10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例DG7&DG5 DG10 R1&1 1&1 1 1 1A 1 1DG1 C1 DG3 R2 DG2 C2 DG4 DG8 R3 C3 C4 DG9 R4 DG6 A A B B B BB A A A A 1 B B B A A A A B B B 1加法计数脉冲加法计数脉冲减法计数脉冲减法计数脉冲0方波信号方波信号90方波信号方波信号10.3.4 位置比较与速度给定单元10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例保护电路保护电路速度调节电路速度调节电路电网电源电路电网电源电路电动机电流电动机电流 测试电路测试电路电流调节电路电流调节电路功率驱动电路功率驱动电路触发脉冲发生器触发脉冲发生器可逆计数器可逆计数器0方波方波90方波方波加计数脉冲加计数脉冲零位信号零位信号实测位移实测位移速度给定速度给定实测速度实测速度锁零信号锁零信号电动机电动机电流给定电流给定实测电流实测电流位移传感器信号位移传感器信号测量信号测量信号形成电路形成电路电枢电流电枢电流电枢电流电枢电流去直流稳压电源去直流稳压电源热保护热保护温度测试温度测试3相相/50Hz/380V3相相/50Hz/12V3相相/50Hz/380V位置指令位置指令减计数脉冲减计数脉冲细分辨向电路细分辨向电路 位置比较与位置比较与速度给定单元速度给定单元 测控电路632024/8/26 周一10.3.4 位置比较与速度给定单元10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例 远离目标位置时需要快速运动；接近目标位置时需要慢速运动；到达目标后需要停止运动；切削运动与非切削运动速度完全不同；精加工与粗加工切削运动速度不同；切削运动速度还与材料等有关；这一部分工作常以软件为主完成。测控电路642024/8/26 周一10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.4 位置比较与速度给定单元 目标位置常是阶段目标；在多轴联动的情况下，目标位置常取决于另一轴 位置，在联动轴中包含回转轴时，回转轴常是 主导轴；联动运动时两轴运动间存在线性关系占相当比例，如螺旋线加工、渐开线齿轮加工；曲面加工时两轴运动之间存在非线性关系；有时要求三个以上的轴联动，如螺旋齿轮加工，需 要分别确定各个轴与主导轴间传动关系。测控电路652024/8/26 周一10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.4 位置比较与速度给定单元 由于惯性、切削力、摩擦等作用很难通过设定就保 证机床刀具相对于工件按理想轨迹运动；需要不断对轨迹进行修正，将工件形状误差限制在 许可范围内，这种通过对轨迹进行修正使得刀具相 对于工件按接近理想轨迹运动的方法称为插补；按直线运动和按线性传动关系运动最为常见，这种 插补称为直线插补，另一种采用插补为圆弧插补；对于其它传动关系的联动运动，常分段进行直线或 圆弧插补。测控电路662024/8/26 周一10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.4 位置比较与速度给定单元(一）直线插补直线插补时，通常将坐标原点设在直线起点上。对于第一象限直线OA，其方程可表示为 X/Y-Xe/Ye0 偏差函数 FiYiXe-XiYe若Fi0，表示加工点位于直线上；若Fi0，表示加工点位于直线上方；若Fi0，表示加工点位于直线下方。X Y O 测控电路672024/8/26 周一10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.4 位置比较与速度给定单元(一）直线插补若若Fi0，规定在，规定在+X方向走一步方向走一步 若若Fi0，规定，规定+Y方向走一步方向走一步 步长由允许的加工误差确定步长由允许的加工误差确定 A 测控电路682024/8/26 周一10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.4 位置比较与速度给定单元(二）圆弧插补偏差函数若Fi0，表示加工点位于圆上；若Fi0，表示加工点位于圆外；若Fi0，表示加工点位于圆内。测控电路692024/8/26 周一10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.4 位置比较与速度给定单元1）逆圆插补 若Fi0，规定-X方向走一步若Fi0，规定+Y方向走一步(二）圆弧插补011223344YX 测控电路702024/8/26 周一10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.4 位置比较与速度给定单元(二）圆弧插补2）顺圆插补 若Fi0，规定-Y方向走一步若Fi0，规定+X方向走一步011223344YX 测控电路712024/8/26 周一速度反馈信号的形成 计数脉冲的频率表示运动速度，但是进入速度调节电路的速度反馈信号需要电压信号uSF。uSF的幅值由脉冲频率决定，极性由脉冲的极性决定。10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.4 位置比较与速度给定单元频频率率电电压压变变换换电电路路加法计数脉冲加法计数脉冲uSF减法计数脉冲减法计数脉冲SRQ 110.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例10.3.5 速度调节电路保护电路保护电路电网电源电路电网电源电路电动机电流电动机电流 测试电路测试电路电流调节电路电流调节电路功率驱动电路功率驱动电路触发脉冲发生器触发脉冲发生器可逆计数器可逆计数器0方波方波90方波方波加计数脉冲加计数脉冲零位信号零位信号实测位移实测位移速度给定速度给定实测速度实测速度锁零信号锁零信号电动机电动机电流给定电流给定实测电流实测电流位移传感器信号位移传感器信号测量信号测量信号形成电路形成电路电枢电流电枢电流电枢电流电枢电流去直流稳压电源去直流稳压电源热保护热保护温度测试温度测试3相相/50Hz/380V3相相/50Hz/12V3相相/50Hz/380V位置指令位置指令减计数脉冲减计数脉冲细分辨向电路细分辨向电路 位置比较与位置比较与速度给定单元速度给定单元速度调节电路速度调节电路uiRLkuSFuSR 测控电路732024/8/26 周一10.3.5 速度调节电路10.3 数控机床控制电路实例数控机床控制电路实例-+N1-+N2-+N3-+N4uSFuiRuSRR1R2 RPVS 12V+12V V2锁零信号锁零信号信号调理信号调理V1电流给定电流给定速度给定速度给定实测速度实测速度Lk 测控电路742024/8/26 周一 位置比较单元的输出的速度控制指令电压位置比较单元的输出的速度控制指令电压uSR，经，经N1集成运集成运放所构成的反相放大器进行反相和阻抗匹配后加于放所构成的反相放大器进行反相和阻抗匹配后加于N2的反相输的反相输入端。来自测速装置的信号入端。来自