伺服放大器

作用

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(kāi)度大小，并起限幅保護(hù)作用。

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：

(1)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;

(2)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;

(3)伺服放大器線性度誤差小于3%Fs;

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

(5)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;

(6)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。

原理

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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)伺服閥線圈的最大電流，避免線圈過(guò)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(guò)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(kù)侖摩擦力導(dǎo)致的閥芯卡滯。

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(wú)關(guān)，趨于恒流源。