1 引 言
直流伺服電機(jī)具有響應(yīng)快,、低速平穩(wěn)性好、調(diào)速范圍寬等特點(diǎn),，因而常常用于實(shí)現(xiàn)精密調(diào)速和位置控制的隨動(dòng)系統(tǒng)中,，在工業(yè)、國(guó)防和民用等領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用,，特別是在火炮穩(wěn)定系統(tǒng),、艦載平臺(tái)、雷達(dá)天線,、機(jī)器人控制等場(chǎng)合,。盡管交流伺服電機(jī)的發(fā)展相當(dāng)迅速，但在這些領(lǐng)域內(nèi)還難以取代直流伺服電機(jī),?！ 鹘y(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)包含2個(gè)反饋環(huán)路，即速度環(huán)和電流環(huán),，采用測(cè)速機(jī),、電流傳感器（霍爾器件）及模擬電子線路實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。現(xiàn)代數(shù)字直流伺服控制則采用高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）,，直接對(duì)速度和電流信號(hào)進(jìn)行采樣,，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字比較、數(shù)字調(diào)節(jié)運(yùn)算（數(shù)字濾波）,、數(shù)字脈寬調(diào)制等各種功能,，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的精確控制。二者相比,，模擬調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、成本低、可靠性高,，但調(diào)試較復(fù)雜,，因?yàn)槠潆娐穮?shù)的修改往往需要硬件上的改動(dòng)；而數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、成本高,，但是調(diào)速精度很高、調(diào)試過(guò)程也較容易,，調(diào)速系統(tǒng)的性能可以由軟件進(jìn)行控制,。
本文介紹一種方法，介于模擬調(diào)速及數(shù)字調(diào)速二者之間,，即采用可編程模擬器件（ispPAC10）實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)速系統(tǒng),，系統(tǒng)的電路參數(shù)可以通過(guò)軟件進(jìn)行調(diào)整，并且可以對(duì)建立的系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真。采用這種方法對(duì)原有的直流調(diào)速器一種CCD相機(jī)的自動(dòng)變焦系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),，取得了很好的效果,。
2 模擬直流調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理
模擬調(diào)速系統(tǒng)一般是由2個(gè)閉環(huán)構(gòu)成的，既速度閉環(huán)和電流閉環(huán),，為使二者能夠相互協(xié)調(diào),、發(fā)揮作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了2個(gè)調(diào)節(jié)器,，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,。2個(gè)反饋閉環(huán)在結(jié)構(gòu)上采用一環(huán)套一環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu)，這就是所謂的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),，他具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛地應(yīng)用,。圖1是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,，其中ASR，ACR分別是速度和電流調(diào)節(jié)器,，通常是由模擬運(yùn)放構(gòu)成PI或PID電路,；信號(hào)調(diào)理主要是對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行濾波、放大,?？紤]到直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，模擬調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)傳遞函數(shù)關(guān)系如圖2所示,?！?/font>
以速度調(diào)節(jié)器ASR為例，其線路原理如圖3（a）所示,，其中Zin（S）表示輸入網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)阻抗,，Zf（S）表示反饋網(wǎng)絡(luò)的復(fù)數(shù)阻抗。
這樣：
即調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)等于反饋網(wǎng)絡(luò)與輸入網(wǎng)絡(luò)復(fù)數(shù)阻抗之比,。所以，改變Zf（S）和Zin（S）,，就可以獲得所需要的傳遞函數(shù),，以滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正的需要。圖3（b）所示的PI調(diào)節(jié)器,，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖4所示,。
其中：
在模擬調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中，因電機(jī)的參數(shù)或負(fù)載的機(jī)械特性與理論值有較大差異,，往往需要頻繁更換R,，C等元件來(lái)改變電路參數(shù)，以獲得預(yù)期的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，這樣做起來(lái)非常麻煩,，如果采用可編程模擬器件構(gòu)成調(diào)節(jié)器電路,，系統(tǒng)參數(shù)如增益、帶寬甚至電路結(jié)構(gòu)都可以通過(guò)軟件進(jìn)行修改,，調(diào)試起來(lái)就非常方便了,。下面以圖3所示PI調(diào)節(jié)器為例，說(shuō)明如何應(yīng)用可編程模擬器件—ispQAC10實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)節(jié)器電路,。
3 實(shí)現(xiàn)方法
3．1 ispPAC10簡(jiǎn)介
ispPAC10是Lattice公司生產(chǎn)的一種在系統(tǒng)可編程模擬器件,，采用非易失性E2CMOS工藝，其內(nèi)部的模擬部件塊“PACblocks”無(wú)需外接電阻,、電容等元件,，便可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬電路，如運(yùn)算放大器,、濾波器等,；通過(guò)軟件編程，可實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)和修改,，極大地縮短了開(kāi)發(fā),、調(diào)試周期，具有很高的性能價(jià)格比,。Lattice公司為開(kāi)發(fā)ispPAC10而提供的集成軟件包PACDesigner功能強(qiáng)大,、易學(xué)易用，可以在網(wǎng)上下載,。ispPAC10內(nèi)部包含4個(gè)模擬部件塊—內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示,。
PACblock電路原理圖如圖6（a）所示，圖6（b）是PAC-Designer軟件包中PACblock的表示,。
其傳遞函數(shù)關(guān)系如下：
這樣,，式（3）還可以寫(xiě)成如下形式：
通過(guò)式（4）、式（5）以及圖6（b）,，可以看出PACblock模塊具有比例,、求和、積分,、濾波等基本運(yùn)算功能,，而1片ispPAC10包含4個(gè)PACblock模塊，每個(gè)模塊都有2組差動(dòng)輸入,、1路差動(dòng)輸出,。
將這4部分適當(dāng)?shù)剡B接，便可形成較復(fù)雜的模擬電路,。
3．2 ispPAC10實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器電路
以圖（3）所示具體電路為例,，設(shè)R0＝10 kΩ,，C0＝0．15μF，Rf＝40 kΩ,，Cf＝0．5μF,，其傳遞函數(shù)如圖7所示。
為了用ispPAC10實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu),，需將其變成圖8所示的形式,。
現(xiàn)在可以用ispPAC10直接實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)器，具體電路如圖9所示,，其中運(yùn)放的增益,、電容的取值是通過(guò)軟件PAC-Designer設(shè)定的。
4 結(jié) 語(yǔ)
用可編程模擬器件可以很方便地設(shè)計(jì),、實(shí)現(xiàn)模擬電路,。用他設(shè)計(jì)模擬調(diào)速電路，電路的參數(shù),、結(jié)構(gòu)都可以通過(guò)軟件進(jìn)行調(diào)整,，使調(diào)試過(guò)程變得非常簡(jiǎn)單。需要注意的是這一類(lèi)器件工作電壓一般不超過(guò)5 V,，ispPAC10工作電壓為＋5 V,，因此輸入信號(hào)不能太大，目前還只能用于小信號(hào)模擬電路中,，盡管如此,，其發(fā)展前景仍然非常誘人。
參考文獻(xiàn)
［1］ 謝宗安．自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］．重慶：重慶大學(xué)出版社,，1995．
［2］ Lattice Semi．ispPAC10 data sheets［M］,，2000．
［3］ Lattice Semi．ispPAC10 biquad filterimplementation［M］，2000．