西门子6ES7307-1EA01-0AA0
调速的概念有两个方面的含义：
（1) 改变电机转速：当指令速度变化时，电机的速度随之变化，并希望以*快的加减速达到新的指令速度值；
（2) 当指令速度不变化时，电机的速度保持稳定不变。
为调节电机转速和方向，需对直流电压的大小和方向进行控制，如何控制？
直流速度控制单元的作用：将转速指令信号转换成电枢的电压值，达到速度调节的目的。
直流电机速度控制单元常采用的调速方法：晶闸管（可控硅）调速系统；晶体管脉宽调制（pwm）调速系统。
1、晶闸管调速系统
在交流电压不变的情况下，当改变控制电压un* 时，通过控制电路和晶闸管主电路改变直流电机的电枢电压ud，得到控制电压un*所要求的电机转速。电机的实际电压un作为反馈与un*进行比较，形成速度环，达到改善电机运行时的机械特性的目的。
晶闸管调速系统主电路采用大功率晶闸管。大功率晶闸管的作用：
（1）整流。将电网交流电源变为直流；将调节回路的控制功率放大，得到较高电压与较大电流以驱动电机。
（2）逆变。在可逆控制电路中，电机制动时，把电机运转的惯性能转变为电能，并回馈给交流电网，实现逆变。
为了对晶闸管进行控制，必须设有触发脉冲发生器，以产生合适的触发脉冲。该脉冲必须与供电电源频率及相位同步，保证晶闸管的正确触发
主回路由大功率晶闸管构成的三相全控桥式反并接可逆电路，分成二大部分（ⅰ和ⅱ），每部分内按三相桥式连接，二组反并接，分别实现正转和反转。
各有一个可控硅同时导通，形成回路。为了保证合闸后两个串联的晶闸管能够同时导通或电流截止后再导通，必须对共阳极组的1个晶闸管和共阴极组的1个晶闸管同时发出触发脉冲。
2、pwm调速控制系统
原理：利用大功率晶体管的开关作用，将直流电压转换成一定频率的方波电压，加到直流的电枢上；通过调整控制方波脉冲宽度来改变电枢的平均电压，从而调节电机的转速。
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| （a）原理图 （b）控制电压、电枢电压和电流波形 |
直流电机电压的平均值
其中，t为脉冲周期，ton为导通时间
特点：控制电路简单，不需附加关断电路，开关特性好。广泛应用中、小功率直流伺服系统。
1）pwm系统的组成
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| usr——速度指令转化过来的直流电压； u△——三角波； usc——脉宽调制器的输出（usr+u△）； ub——调制器输出的经脉冲分配、由基极驱动转换过来的脉冲电压。 |
控制回路：速度调节器、电流调节器、固定频率振荡器及三角波发生器、脉宽调制器和基极驱动电路组成。
区别：与晶闸管调速系统比较，速度调节器和电流调节器原理一样。不同的是脉宽调制器和功率放大器。
2）pwm系统的脉宽调制器
作用：将电压量转换成可由控制信号调节的矩形脉冲，为功率晶体管的基极提供一个宽度可由速度指令信号调节的脉宽电压。
组成：调制信号发生器（三角波和锯齿波两种）和比较放大器。
3、全数字直流调速系统
在全数字直流调速系统中，仅功率转换组件和执行组件的输入信号和输出信号为模拟信号，其余的信号都为数字信号，由计算机通过算法实现。
计算机的计算速度很高，在几毫秒内可以计算出电流环和速度环的输入、输出数值，产生控制方波的数据，从而控制电机的转速和转矩。全数字调速的特点是离散化，即在每个采样周期给出一次控制数据。
在一个采样周期内，计算机要完成一次电流环和速度环的控制数据的计算和输出，对电机的转速和转矩控制一次。
增量式角度数字编码器的工作原理：
（图片文字依次为：光源、码盘、光敏元件、放大整形、脉冲输出）
在一个码盘的边缘上开有相等角度的缝隙（分为透明和不透明部分），在开缝码盘两边分别安装光源及光敏元件。当码盘随工作轴一起转动时，每转过一个缝隙就产生一次光线的明暗变化，再经整形放大，可以得到一定幅值和功率的电脉冲输出信号，脉冲数就等于转过的缝隙数。将该脉冲信号送到计数器中去进行计数，从测得的数码数就能知道码盘转过的角度。
为了判断旋转方向 ，可以采用两套光电转换装置。令它们在空间的相对位置有一定的关系，从而保证它们产生的信号在 相位上相差1/4周期。
增量型编码器通过内部两个光敏接受管将编码器的转向转化为a相和b相脉冲的时序和相位关系。编码器每转还输出一个z相脉冲以代表零位参考位。
如图所示，a、b 两点对应两个光敏接受管，a、b 两点间距为 s2，编码器的光栅间距分别为s0 和s1。
当编码器以某个速度匀速转动时，输出波形中的s0:s1:s2 比值与实际编码器的s0:s1:s2相同。如果编码器做变速运动，可以把它看成为多个运动周期的组合，那么每个运动周期输出波形的s0:s1:s2 比值与实际编码器的s0:s1:s2仍相同。
通过输出波形可知每个运动周期的时序为
我们把当前的a，b 输出值保存下来，与下一个a，b 输出值做比较，就可以得出编码器的运动方向。用编码器运动角位移除以所消耗的时间，就得到编码器运动的角速度。
如果s0=s1，且s2=s0/2，1/4个运动周期就可以得到运动方向和位移角度，否则要1个运动周期才可以得到运动方向和位移角度。
综上可知，可以通过判断a相和b相的相位关系来判断编码器的正反转，通过z相脉冲获得零位参考位。
关于增量型编码器的一些技术参数如下：
分辨率：编码器每转提供的通或暗的刻线数叫分辨率，也称解析分度或直接称多少线。一般每转分度5~10000线。
信号输出：信号输出形式有正弦波（电流或电压）、方波（ttl/htl）等多种。其中ttl方波的形式为长线差分信号（对称a+、a-；b+、b-；z+、z-）。
信号连接：编码器的脉冲信号一般连接计数器、、计算机。形式有单相连接（用于单方向测速、计数）；ab两相连接（用于双向测速、计数及判断方向）；abz三相连接（用于带参考位修正的位置测量）；差分连接（用于远距离传输）。
增量型编码器在角度测量和角速度测量中较**型编码器具有廉价和简易的优点。但存在抗干扰能力较差、有零点累计误差、接受设备停机需断电记忆，开机需找参考位等问题。一般应用在测速、测转动方向、测移动角度、测相对距离等方面。
（1）步距角及步距误差步距角是步进的一项重要性能指标，它直接关系到进给伺服系统的定位精度，因此选择电动机也要选择步距角。步进电动机的实际步距角与理论步距角之间有误差，步距误差指一转内误差的*大值。影响步距误差的因素主要是齿和磁极的机械加上及装配精度。步进电动机通、断电一次，转过一个步距角。累积误差是指转子从任意位置开始，经任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的*大值。转一周积累误差为零。步距误差通常为理论步距角的5％。
图1 步进电动机距角特性
（2）静态矩角特性和*大静转矩当步进电动机某相通电时，转子上受到的电磁转矩t称为静态转处于不动状态，这时转子上无转矩输出。如果在电动机轴上加一个负载转矩，转子按一定方向转过一个角度θ，重新处于不动(稳定状态)，这时转子矩。它与负载转矩相等，转过的角度θ称为失调角，静态时t均θ的关系称为矩角特性，它近似于正正弦曲线。图1给出了单相距角特。
特性曲线上的电磁转矩*大值称为*大静转矩。在静态稳定区域内，当外转矩除去后，转子在电磁转矩的作用下．仍能回到稳定平衡点位置。*大静转矩表示步进电动机承受负载的能力。它越大，机带负载能力越强。运行的快速性和稳定性越好。
（3）*大起动转矩电动机相邻两相的静态矩角特征曲线交点所对应的转矩即为*大起动转矩。当外界负载超过*大起功转矩时，步进电动机就不能起动，如图2所示。
图2 步进电动机*大起动转矩
（4）*大起动频率空载时，步进电动机由静止状态起动、达到不丢步的正常运行的*高频串称为*大起动频率。它是步进电动机快速性能的重要指标。—般来说．负载转矩和转动惯量增加，起动频率下降。
（5）连续运行频率步进电动机在*大起功频率以下起动后，当输入脉冲信号频率连续上升时，能不失步运行的*大输入信号频率，称为连续远行频率，该频率远大于*大起动频率。