邏輯控制電路

邏輯控制電路第1頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四控制電路

開環(huán)控制閉環(huán)控制

第2頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(一)開環(huán)控制測(cè)量電路控制電路

擾動(dòng)量傳感器放大電路輸出變換電路設(shè)定電路執(zhí)行機(jī)構(gòu)給定機(jī)構(gòu)被控對(duì)象圖1-8開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成第3頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四精度不高:一、對(duì)擾動(dòng)的測(cè)量誤差影響控制精度。二、擾動(dòng)模型的不精確性影響控制精度。

第4頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）閉環(huán)控制

設(shè)定電路比較電路校正電路變換電路給定機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象輸出傳感器擾動(dòng)放大電路控制電路圖1-9閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成第5頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四加校正電路

主要考慮從發(fā)現(xiàn)輸出量發(fā)生變化到執(zhí)行控制需要一段時(shí)間，為了提高響應(yīng)速度常引入微分環(huán)節(jié)。另外，當(dāng)輸出量在擾動(dòng)影響下作周期變化時(shí)，由于控制作用的滯后，可能產(chǎn)生振蕩。為了防止振蕩，需要引入適當(dāng)?shù)姆e分環(huán)節(jié)。在實(shí)際電路中，往往比較電路的輸出先經(jīng)放大再送入校正電路，視需要可能再次放大

第6頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)二值可控元件驅(qū)動(dòng)電路

一、功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路二、繼電器與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路第7頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路分類：按照電路中所采用的功率器件類型分類，常見的有晶體管驅(qū)動(dòng)電路、場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路和晶閘管驅(qū)動(dòng)電路等類型。按照電路所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型分類，常見的有電阻性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路和電感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路等類型。按照電路所控制的負(fù)載電源類型分類，常見的有直流電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路和交流電源負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路等類型

第8頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）晶體管直流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路

圖8-1晶體管功率驅(qū)動(dòng)電路負(fù)載所需的電流不太大

第9頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四設(shè)計(jì)要點(diǎn):合理確定Ui、R與V的電流放大系數(shù)

值之間的數(shù)值關(guān)系，充分滿足

I

b

I

L/，可確保V導(dǎo)通時(shí)工作于飽和區(qū)，以降低V的導(dǎo)通電阻及減小功耗。第10頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）場(chǎng)效應(yīng)晶體管直流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路

用于功率驅(qū)動(dòng)電路的場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制器件，具有很高的輸入阻抗，所需的驅(qū)動(dòng)功率很小，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路要求較低。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有較高的開啟閾值電壓，有較高的噪聲容限和抗干擾能力。

第11頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四場(chǎng)效應(yīng)晶體管大多數(shù)為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，亦稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管在制造中多采用V溝槽工藝，簡(jiǎn)稱為VMOS場(chǎng)效應(yīng)管。其改進(jìn)型則稱為TMOS場(chǎng)效應(yīng)管第12頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-2場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率驅(qū)動(dòng)電路a)VMOS場(chǎng)效應(yīng)管電極b)場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路b)a)

漏極D

柵極G

VDS

源極S第13頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）晶閘管交流負(fù)載功率驅(qū)動(dòng)電路

交流負(fù)載的功率驅(qū)動(dòng)電路，通常采用晶閘管來(lái)構(gòu)成。晶閘管有單向晶閘管和雙向晶閘管兩種類型。

第14頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-3a單向晶閘管圖形符號(hào)單向晶閘管亦稱單向可控硅（SCR）第15頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、導(dǎo)通條件二、關(guān)斷條件

單向晶閘管的工作狀況：

第16頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四晶閘管導(dǎo)通條件：在陽(yáng)極A與陰極K之間加正向電壓，同時(shí)在門極G與陰極K之間加正向電壓（觸發(fā)），這樣陽(yáng)極A與陰極K之間即進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管一旦導(dǎo)通，只要陽(yáng)極A與陰極K之間的電流不小于其維持電流IH，門極G與陰極K之間是否還存在正向電壓，對(duì)已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管完全沒有影響。第17頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四晶閘管關(guān)斷條件：主電極陽(yáng)極A與陰極K之間的電流小于其維持電流IH，晶閘管即進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。第18頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-3b雙向晶閘管圖形符號(hào)雙向晶閘管亦稱雙向半導(dǎo)體開關(guān)元件（TRIAC）

第19頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四與單向晶閘管相比較，雙向晶閘管的主要區(qū)別是：①在觸發(fā)之后是雙向?qū)ǖ?；②觸發(fā)電壓不分極性，只要絕對(duì)值達(dá)到觸發(fā)門限值即可使雙向晶閘管導(dǎo)通。

第20頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-4交流半波導(dǎo)通功率驅(qū)動(dòng)電路第21頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四實(shí)用中應(yīng)注意:

如果驅(qū)動(dòng)的是感性負(fù)載，必須設(shè)置合理的關(guān)斷泄流回路，一方面可保護(hù)開關(guān)器件，另外也可起到消除對(duì)外電磁干擾的作用。第22頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、繼電器與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路繼電器廣泛用于生產(chǎn)控制和電力系統(tǒng)中，具有接觸電阻小、流通電流大和耐壓高等優(yōu)點(diǎn)，至今仍無(wú)法用無(wú)觸點(diǎn)器件取代對(duì)繼電器或接觸器的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上是對(duì)其勵(lì)磁線圈電流通斷的控制。繼電器勵(lì)磁線圈所需的勵(lì)磁電源有直流與交流兩種。

第23頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-5交流繼電器的控制第24頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱步進(jìn)電機(jī)，可在開環(huán)條件下十分方便地將數(shù)字系統(tǒng)的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)變成與其相對(duì)應(yīng)的角位移或線位移，因而是控制系統(tǒng)中常用的自動(dòng)化執(zhí)行元件。

第25頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路框圖脈沖分配電路亦稱環(huán)行分配器，用來(lái)對(duì)輸入的步進(jìn)脈沖進(jìn)行邏輯變換，產(chǎn)生給定工作方式所需的各相脈沖序列信號(hào)。功率放大電路對(duì)脈沖分配電路輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，產(chǎn)生使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的激磁電流。步進(jìn)方向信號(hào)指定各相導(dǎo)通的先后次序，用以改變步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。第26頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四電源控制信號(hào)用來(lái)在必要時(shí)使各相電流為零，以達(dá)到降低功耗等的目的。

脈沖分配電路可用數(shù)字電路組合、軟件序列分配、專門單片集成元件、GAL器件等構(gòu)成。

功率放大電路的特性對(duì)步進(jìn)電機(jī)的性能有極其明顯的影響。功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波穩(wěn)流、步距細(xì)分等類型。

第27頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）單電壓功率放大電路

圖8-7單電壓功率放大電路步進(jìn)電機(jī)每相繞組的供電都是由功率開關(guān)電路來(lái)執(zhí)行的，三相步進(jìn)電機(jī)應(yīng)有三個(gè)功率放大電路單元

第28頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-8繞組電流I

L的波形a）Ui頻率低時(shí)b）Ui頻率高時(shí)第29頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四同時(shí)增大外接電阻RC和電源電壓Ec，可使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩顯著提高，但同時(shí)使功耗急劇增大功耗的增加一方面降低了效率，使電源體積龐大；另一方面引起電氣部件發(fā)熱，增大系統(tǒng)故障的發(fā)生率。為此，發(fā)展了雙電壓、斬波穩(wěn)流等驅(qū)動(dòng)電路第30頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）斬波穩(wěn)流式功率放大電路

圖8-9斬波穩(wěn)流式功率放大電路第31頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四經(jīng)D觸發(fā)器引入U(xiǎn)p信號(hào)的主要目的是給定超聲斬波頻率，以避免單純由R6上的電壓波動(dòng)來(lái)控制V1通斷引入的不規(guī)則噪聲。第32頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)可編程邏輯器件(PLD)

PLD與定制器件的主要區(qū)別是可編程性，其邏輯功能可由用戶構(gòu)造或設(shè)置。使用PLD設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)靈活，研制周期縮短，空間尺寸減小，降低系統(tǒng)故障率。PLD從其出現(xiàn)至今，經(jīng)歷了由PROM、FPLA到PAL和GAL的發(fā)展過(guò)程。第33頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-10PLD電路單元圖形符號(hào)及其真值表

圖8-11通常與門和PLD與門的圖形符號(hào)圖8-12通?；蜷T和PLD或門的圖形符號(hào)

第34頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四可編程陣列邏輯PAL（一）PAL器件結(jié)構(gòu)（二）PAL器件的類型（三）PAL器件的應(yīng)用實(shí)例第35頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）PAL器件結(jié)構(gòu)圖8-13PAL器件的基本邏輯結(jié)構(gòu)

輸入

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

1

1

1

1

O2

O1

O0

O3

輸出

可編程的

“與”陣列

不可編程的

“或”陣列

I0I1I2I3

第36頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）PAL器件的類型主要分20引腳和24引腳兩大類，還有40（或44）和80（或84）引腳的宏P(guān)AL器件按電路能耗又可分為標(biāo)準(zhǔn)型、半功耗和1/4功耗型；按運(yùn)行速度又可分為標(biāo)準(zhǔn)型、高速和超高速型；按可靠性又可分為軍用和民用等。第37頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）PAL器件的應(yīng)用實(shí)例圖8-14二相四繞組步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖第38頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-15環(huán)行分配器輸出信號(hào)4序邏輯第39頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四表8-1二相四繞組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步序步進(jìn)步序10101010正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)

Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q31101010102100101103010101014011010011第40頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四表8-2步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)功能選擇

升沿0001步進(jìn)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)CKE1E2SD狀態(tài)功能任意1任意任意任意保持電動(dòng)機(jī)當(dāng)前狀態(tài)任意任意1任意任意保持電動(dòng)機(jī)當(dāng)前狀態(tài)升沿001任意設(shè)置輸出為初狀態(tài)升沿0000步進(jìn)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)第41頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四圖8-16電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)步序卡諾圖第42頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.1已知某直流電磁閥的驅(qū)動(dòng)電流為6A，用2mA的標(biāo)準(zhǔn)TTL電平實(shí)施控制，試設(shè)計(jì)一合適的驅(qū)動(dòng)電路。

按照?qǐng)D組成電路：其中場(chǎng)效應(yīng)晶體管V1采用IRF640，耐壓200(V)，極限工作電流15(A)；泄流二極管VD需耐壓200(V)，極限工作電流10(A)；箝位二極管VS的箝位電壓為6.8(V)，極限工作電流100(mA)；電阻R1為510()，電源Ec按照直流電磁閥的要求取定。

+EC

VD

ZL

IL

R1

VV1

UiVS

第43頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8-2若圖8-4中的負(fù)載ZL是電阻加熱器，應(yīng)在電路中做何改動(dòng)以便實(shí)現(xiàn)不同加熱速度的給定？改動(dòng)后的電路如圖所示。Ui為控制加熱開始和停止的電平信號(hào)。Us則為5kHz的矩形波。通過(guò)改變Us的占空比，可控制V1的導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)不同加熱速度的給定。EZL

ILP1R5R1VDR2R3~ueb2

A

V14N25R6SCR1VSb1

V2C1R4Ui

K4N25P2USR7第44頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8-3圖8-9的電路應(yīng)如何改動(dòng)，才能使圖8-6中的電源控制信號(hào)發(fā)揮作用？改動(dòng)后的電路如圖所示。增加正與門D5，Us為實(shí)現(xiàn)電源控制的電平信號(hào)。當(dāng)Us為高電平