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2020-12-12 電子發燒友

伺服放大器的原理圖解，伺服放大器原理圖、參數要求及其輸出電流的計算

發表於 2017-06-12 08:53:26

　　伺服放大器是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似於變頻器作用於普通交流馬達，屬於伺服系統的一部分，主要應用於高精度的定位系統。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制，實現高精度的傳動系統定位，目前是傳動技術的高端產品。

　　伺服放大器作用是將輸入指令信號（電壓）同系統反饋信號（電壓）進行比較、放大和運算後，輸出一個與偏差電壓信號成比例的控制電流給伺服閥力矩馬達控制線圈，控制伺服閥閥芯開度大小，並起限幅保護作用。

　　

　　伺服放大器作用與原理

　　伺服放大器的作用是將多個輸入信號與反饋信號進行綜合併加以放大，根據綜合信號極性的不同，輸出相應的信號控制伺服電機正轉或反轉。當輸入信號和反饋信號相平衡時，伺服電機停止轉動，執行機構輸出軸便穩定在一定位置上。

　　伺服放大器組要由前置磁放大器、觸發器、晶閘管主迴路和電源等部分組成，其組成如下圖所示。

　　

　　為適應複雜的多參數調節的需要，伺服放大器設置由三個輸入信號通道和一個位置反饋信號通道。因此，它可以同時輸入三個輸入信號和一個位置反饋信號。在單參數的簡單調節系統中，只使用其中一個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輸入信號和一個反饋信號綜合為偏差信號，並放大為電壓信號U22-21輸出。此輸出電壓同時經觸發器1（或2）轉換成觸發脈衝去控制晶閘管主迴路1（或2）的晶閘管導通，從而將交流220V電源加到兩相伺服電機繞組上，驅動兩相伺服電動機轉動。當△1》0時，U22-21》0，觸發器2和主迴路2工作，兩相伺服電機正轉；當△1《0時，，觸發器1和主迴路1工作，兩相伺服電機反轉；兩組觸發器和兩組晶閘管主迴路的電路組成及參數完全相同，所以當輸入信號和與位置反饋電流If相平衡，前置磁放大器的輸出U22-21≈0，兩觸發器均無觸發脈衝輸出，主迴路1和2中的晶閘管阻斷，兩相伺服電動機的電源斷開，電動機停止轉動。

　　由此可見，伺服放大器相當於一個三位式無觸點繼電器，並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、調零電路、限流電路、前置放大、功率放大等功能模塊組成，其結構框圖如圖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進行比較和放大。該電路K。、Fbk分別為輸入信號和反饋信號，通過電位器j匕調節電路增益，使其適應功率放大電路的要求，使電路電壓前後級達到匹配。調零電路的作用是通過在前置放大電路疊加可調電壓，調整電路基準電壓。通過調節電位器如進行零偏補償，克服伺服放大器系統偏置。

　　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，保護伺服閥，限制液壓系統最大流量。該電路由運放ulD、U2A，二極體D。、D：和可調電壓源構成，通過電位器R。，調節功率放大級的輸入電壓的幅度，達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轉換放大為功率較大的電流信號，以便提供足夠的伺服閥額定電流，以驅動負載。並且要求有良好的抗幹擾能力和靜、動態性能，該電路利用NPN和PNP型三極體的基極和發射級相互連接在一起，信號從基極輸入，發射極輸出。電路可看成由2個射極輸出器組合而成，構成推挽功率放大電路，分別在輸入信號正負半周期內工作。另外，還可在輸出電流中疊加一個由8038晶片產生的高頻顫振信號，以提高伺服閥解析度和防止由於庫侖摩擦力導致的閥芯卡滯。

　　伺服放大器參數要求

　　伺服放大器作為驅動電液伺服閥的一種電子設備，相應參數有一定要求：

　　（1）輸入電壓在±lO V內，方便計算機和可編程控制器等指令元件實現控制；

　　（2）輸出電流±10一±100 n認可調，以便適應各種型號力矩馬達伺服閥；

　　（3）伺服放大器線性度誤差小於3％Fs；

　　（4）具有反饋接入端，以便構成閉環控制系統；

　　（5）為適應伺服系統高頻響的特性，伺服放大器頻寬大於l 200 Hz；

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

　　

　　伺服放大器的輸出電流計算

　　伺服閥線圈為伺服放大器的負載，相當0．3 H電感和80 Q電阻組成的感性阻抗，為了使功率級的輸出控制電流正比於輸入電壓信號，採用了電阻如。與負載線圈串聯，並將其上電壓經電阻如反饋到放大器的反相輸入端，實現閉環控制，精確調整功率級輸出電流。因為功率級反饋電壓是由電流產生的，故稱為電流負反饋。引入電流負反饋以後，在額定負載範圍內，負載阻抗變化基本不影響功率級輸出電流變化，伺服放大器相當一個恆流源。

　　根據運放虛短和虛斷原理，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，並和負載無關，趨於恆流源

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