伺服放大器的原理圖解，伺服放大器原理圖、參數(shù)要求及其輸出電流的計(jì)算

　　伺服放大器是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

　　伺服放大器作用是將輸入指令信號(hào)（電壓）同系統(tǒng)反饋信號(hào)（電壓）進(jìn)行比較、放大和運(yùn)算后，輸出一個(gè)與偏差電壓信號(hào)成比例的控制電流給伺服閥力矩馬達(dá)控制線圈，控制伺服閥閥芯開度大小，并起限幅保護(hù)作用。

　　伺服放大器作用與原理

　　伺服放大器的作用是將多個(gè)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行綜合并加以放大，根據(jù)綜合信號(hào)極性的不同，輸出相應(yīng)的信號(hào)控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。當(dāng)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)相平衡時(shí)，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸便穩(wěn)定在一定位置上。

　　伺服放大器組要由前置磁放大器、觸發(fā)器、晶閘管主回路和電源等部分組成，其組成如下圖所示。

　　為適應(yīng)復(fù)雜的多參數(shù)調(diào)節(jié)的需要，伺服放大器設(shè)置由三個(gè)輸入信號(hào)通道和一個(gè)位置反饋信號(hào)通道。因此，它可以同時(shí)輸入三個(gè)輸入信號(hào)和一個(gè)位置反饋信號(hào)。在單參數(shù)的簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，只使用其中一個(gè)輸入通道和反饋通道。

　　在伺服放大器中，前置磁放大器把三個(gè)輸入信號(hào)和一個(gè)反饋信號(hào)綜合為偏差信號(hào)，并放大為電壓信號(hào)U22-21輸出。此輸出電壓同時(shí)經(jīng)觸發(fā)器1（或2）轉(zhuǎn)換成觸發(fā)脈沖去控制晶閘管主回路1（或2）的晶閘管導(dǎo)通，從而將交流220V電源加到兩相伺服電機(jī)繞組上，驅(qū)動(dòng)兩相伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)△1》0時(shí)，U22-21》0，觸發(fā)器2和主回路2工作，兩相伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)△1《0時(shí)，，觸發(fā)器1和主回路1工作，兩相伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)；兩組觸發(fā)器和兩組晶閘管主回路的電路組成及參數(shù)完全相同，所以當(dāng)輸入信號(hào)和與位置反饋電流If相平衡，前置磁放大器的輸出U22-21≈0，兩觸發(fā)器均無觸發(fā)脈沖輸出，主回路1和2中的晶閘管阻斷，兩相伺服電動(dòng)機(jī)的電源斷開，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　由此可見，伺服放大器相當(dāng)于一個(gè)三位式無觸點(diǎn)繼電器，并具有很大的功率放大能力。

　　伺服放大器由指令和反饋比較處理、調(diào)零電路、限流電路、前置放大、功率放大等功能模塊組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　伺服放大器的具體電路原理圖如圖3所示。

　　前置放大電路的作用是把指令和反饋輸入信號(hào)進(jìn)行比較和放大。該電路K。、Fbk分別為輸入信號(hào)和反饋信號(hào)，通過電位器j匕調(diào)節(jié)電路增益，使其適應(yīng)功率放大電路的要求，使電路電壓前后級(jí)達(dá)到匹配。調(diào)零電路的作用是通過在前置放大電路疊加可調(diào)電壓，調(diào)整電路基準(zhǔn)電壓。通過調(diào)節(jié)電位器如進(jìn)行零偏補(bǔ)償，克服伺服放大器系統(tǒng)偏置。

　　限流電路的作用是限定流過伺服閥線圈的最大電流，避免線圈過載，保護(hù)伺服閥，限制液壓系統(tǒng)最大流量。該電路由運(yùn)放ulD、U2A，二極管D。、D：和可調(diào)電壓源構(gòu)成，通過電位器R。，調(diào)節(jié)功率放大級(jí)的輸入電壓的幅度，達(dá)到限定輸出電流目的。功率放大電路的作用是將小功率電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換放大為功率較大的電流信號(hào)，以便提供足夠的伺服閥額定電流，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。并且要求有良好的抗干擾能力和靜、動(dòng)態(tài)性能，該電路利用NPN和PNP型三極管的基極和發(fā)射級(jí)相互連接在一起，信號(hào)從基極輸入，發(fā)射極輸出。電路可看成由2個(gè)射極輸出器組合而成，構(gòu)成推挽功率放大電路，分別在輸入信號(hào)正負(fù)半周期內(nèi)工作。另外，還可在輸出電流中疊加一個(gè)由8038芯片產(chǎn)生的高頻顫振信號(hào)，以提高伺服閥分辨率和防止由于庫侖摩擦力導(dǎo)致的閥芯卡滯。

　　伺服放大器參數(shù)要求

　　伺服放大器作為驅(qū)動(dòng)電液伺服閥的一種電子設(shè)備，相應(yīng)參數(shù)有一定要求：

　?。?）輸入電壓在±lO V內(nèi)，方便計(jì)算機(jī)和可編程控制器等指令元件實(shí)現(xiàn)控制；

　?。?）輸出電流±10一±100 n認(rèn)可調(diào)，以便適應(yīng)各種型號(hào)力矩馬達(dá)伺服閥；

　?。?）伺服放大器線性度誤差小于3％Fs；

　?。?）具有反饋接入端，以便構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)；

　?。?）為適應(yīng)伺服系統(tǒng)高頻響的特性，伺服放大器頻寬大于l 200 Hz；

　?。?）具有最大輸出電流限制和輸出短路保護(hù)功能，可限制伺服閥最大流量和防止輸出線路短接導(dǎo)致故障。

　　伺服放大器的輸出電流計(jì)算

　　伺服閥線圈為伺服放大器的負(fù)載，相當(dāng)0．3 H電感和80 Q電阻組成的感性阻抗，為了使功率級(jí)的輸出控制電流正比于輸入電壓信號(hào)，采用了電阻如。與負(fù)載線圈串聯(lián)，并將其上電壓經(jīng)電阻如反饋到放大器的反相輸入端，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，精確調(diào)整功率級(jí)輸出電流。因?yàn)楣β始?jí)反饋電壓是由電流產(chǎn)生的，故稱為電流負(fù)反饋。引入電流負(fù)反饋以后，在額定負(fù)載范圍內(nèi)，負(fù)載阻抗變化基本不影響功率級(jí)輸出電流變化，伺服放大器相當(dāng)一個(gè)恒流源。

　　根據(jù)運(yùn)放虛短和虛斷原理，可以推出：

　　式中K為前置放大電路增益。

　　伺服放大器輸出電流和輸入電壓成線性，并和負(fù)載無關(guān)，趨于恒流源