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1、第八章逻辑控制电路,控制电路,开环控制闭环控制,(一)开环控制,图1-8 开环控制系统的基本组成,精度不高:,一、对扰动的测量误差影响控制精度。二、扰动模型的不精确性影响控制精度。,（二）闭环控制,图1-9 闭环控制系统的基本组成,加校正电路,主要考虑从发现输出量发生变化到执行控制需要一段时间，为了提高响应速度常引入微分环节。另外，当输出量在扰动影响下作周期变化时，由于控制作用的滞后，可能产生振荡。为了防止振荡，需要引入适当的积分环节。在实际电路中，往往比较电路的输出先经放大再送入校正电路，视需要可能再次放大,第一节 二值可控元件驱动电路,一、功率开关驱动电路 二、继电器与电磁阀驱动电路 三、
2、步进电动机驱动电路,一、功率开关驱动电路,分类：按照电路中所采用的功率器件类型分类，常见的有晶体管驱动电路、场效应管驱动电路和晶闸管驱动电路等类型。按照电路所驱动的负载类型分类，常见的有电阻性负载驱动电路和电感性负载驱动电路等类型。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,图8-1晶体管功率驱动电路,负载所需的电流不太大,设计要点:合理确定Ui、R与V的电流放大系数 值之间的数值关系，充分满足 I b I L/，可确保V导通时工作于 饱和区，以降低V的导通电阻及减小功耗。,（二）场效应晶体管直流负载功率驱动电路
3、,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。功率场效应晶体管是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，所需的驱动功率很小，对驱动电路要求较低。功率场效应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。,场效应晶体管大多数为绝缘栅型场效应管，亦称MOS场效应管。功率场效应晶体管在制造中多采用V沟槽工艺，简称为VMOS场效应管。其改进型则称为TMOS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),（三）晶闸管交流负载功率驱动电路,交流负载的功率驱动电路，通常采用晶闸管来构成。晶闸管有单向晶闸管和双向晶闸管两种类型。,图8-3a 单向晶
4、闸管图形符号,单向晶闸管亦称单向可控硅（SCR）,一、导通条件二、关断条件,单向晶闸管的工作状况：,晶闸管导通条件：,在阳极A与阴极K之间加正向电压，同时在门极G与阴极K之间加正向电压（触发），这样阳极A与阴极K之间即进入导通状态。晶闸管一旦导通，只要阳极A与阴极K之间的电流不小于其维持电流IH，门极G与阴极K之间是否还存在正向电压，对已经导通的晶闸管完全没有影响。,晶闸管关断条件：,主电极阳极A与阴极K之间的电流小于其维持电流IH，晶闸管即进入关断状态。,图8-3b 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（TRIAC）,与单向晶闸管相比较，双向晶闸管的主要区别是：在触发之后是双
5、向导通的；触发电压不分极性，只要绝对值达到触发门限值即可使双向晶闸管导通。,图8-4交流半波导通功率驱动电路,实用中应注意:如果驱动的是感性负载，必须设置合理的关断泄流回路，一方面可保护开关器件，另外也可起到消除对外电磁干扰的作用。,二、继电器与电磁阀驱动电路,继电器广泛用于生产控制和电力系统中，具有接触电阻小、流通电流大和耐压高等优点，至今仍无法用无触点器件取代对继电器或接触器的驱动，实际上是对其励磁线圈电流通断的控制。继电器励磁线圈所需的励磁电源有直流与交流两种。,图8-5交流继电器的控制,三、步进电动机驱动电路,步进电动机简称步进电机，可在开环条件下十分方便地将数字系统的脉冲数转变成与其
6、相对应的角位移或线位移，因而是控制系统中常用的自动化执行元件。,图8-6步进电动机控制电路框图,脉冲分配电路亦称环行分配器，用来对输入的步进脉冲进行逻辑变换，产生给定工作方式所需的各相脉冲序列信号。功率放大电路对脉冲分配电路输出的信号进行放大，产生使电动机旋转所需的激磁电流。步进方向信号指定各相导通的先后次序，用以改变步进电机旋转方向。,电源控制信号用来在必要时使各相电流为零，以达到降低功耗等的目的。,脉冲分配电路可用数字电路组合、软件序列分配、专门单片集成元件、GAL器件等构成。功率放大电路的特性对步进电机的性能有极其明显的影响。功率放大电路有单电压、双电压、斩波稳流、步距细分等类型。,（一
7、）单电压功率放大电路,图8-7单电压功率放大电路,步进电机每相绕组的供电都是由功率开关电路来执行的，三相步进电机应有三个功率放大电路单元,图8-8绕组电流I L的波形a）Ui频率低时b）Ui频率高时,同时增大外接电阻RC和电源电压Ec，可使步进电机转速高时的输出转矩显著提高，但同时使功耗急剧增大 功耗的增加一方面降低了效率，使电源体积庞大；另一方面引起电气部件发热，增大系统故障的发生率。为此，发展了双电压、斩波稳流等驱动电路,（二）斩波稳流式功率放大电路,图8-9斩波稳流式功率放大电路,经D触发器引入Up信号的主要目的是给定超声斩波频率，以避免单纯由R6上的电压波动来控制V1通断引入的不规则噪
8、声。,第二节可编程逻辑器件(PLD),PLD与定制器件的主要区别是可编程性，其逻辑功能可由用户构造或设置。使用PLD设计优点 灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，降低系统故障率。PLD从其出现至今，经历了由PROM、FPLA到PAL和GAL的发展过程。,图8-10PLD电路单元图形符号及其真值表,图8-11通常与门和PLD与门的图形符号,图8-12通常或门和PLD或门的图形符号,可编程阵列逻辑PAL,（一）PAL器件结构（二）PAL器件的类型（三）PAL器件的应用实例,（一）PAL器件结构,图8-13PAL器件的基本逻辑结构,（二）PAL器件的类型,主要分20引脚和24引脚两大类，还有40（或4
9、4）和80（或84）引脚的宏PAL器件 按电路能耗又可分为标准型、半功耗和1/4功耗型；按运行速度又可分为标准型、高速和超高速型；按可靠性又可分为军用和民用等。,（三）PAL器件的应用实例,图8-14二相四绕组步进电动机驱动原理图,图8-15环行分配器输出信号4序逻辑,表8-1 二相四绕组步进电机驱动步序,表8-2步进电机状态功能选择,升沿,图8-16电动机驱动步序卡诺图,8.1 已知某直流电磁阀的驱动电流为6A，用2mA的标准TTL电平实施控制，试设计一合适的驱动电路。,按照图组成电路：其中场效应晶体管V1采用IRF640，耐压200(V)，极限工作电流15(A)；泄流二极管VD需耐压200
10、(V)，极限工作电流10(A)；箝位二极管VS的箝位电压为6.8(V)，极限工作电流100(mA)；电阻R1为510()，电源Ec按照直流电磁阀的要求取定。,8-2 若图8-4中的负载ZL是电阻加热器，应在电路中做何改动以便实现不同加热速度的给定？,改动后的电路如图所示。Ui为控制加热开始和停止的电平信号。Us则为5kHz的矩形波。通过改变Us的占空比，可控制V1的导通角，从而实现不同加热速度的给定。,8-3 图8-9的电路应如何改动，才能使图8-6中的电源控制信号发挥作用？,改动后的电路如图所示。增加正与门D5，Us为实现电源控制的电平信号。当Us为高电平时，D5的输出由步进脉冲信号Ui控制；当Us为低电平时，D5的输出为低电平，强制V1与V截止，步进电动机各绕组电流为零,8-4 试设计一完整的三相步进电动机驱动电路。,采用3个题8-3图所示的电路单元，并配置相应的环行分配器电路，即可实现对三相步进电动机的驱动。基本电路如图所示，其中Up为斩波信号，Ui为步进脉冲信号，Ud为旋转方向控制信号，Us为电源控制信号。,
